Повышение качества поверхностного слоя деталей гидроабразивной обработкой с локальным анодным растворением

УДК 621.9.047

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКОЙ С ЛОКАЛЬНЫМ АНОДНЫМ

РАСТВОРЕНИЕМ

О.Н. Кириллов, Е.В. Гончаров, В.И. Котуков

В статье рассмотрены способы отделочной обработки изделий, имеющих сложную геометрическую форму. Приведены результаты экспериментов комбинированной обработки поверхностного слоя изделий космической техники гидроабразивным способом с локальным анодным растворением

Ключевые слова: комбинированная обработка, анодное растворение, качество поверхностного слоя, свободный абразив

В современном наукоемком машиностроении значительно повысились требования к качеству поверхностного слоя изготавливаемых деталей. При этом геометрическая форма обрабатываемых поверхностей постоянно усложняется, что затрудняет использование традиционных методов повышения качества поверхностного слоя [1]. Основными критериями качества поверхностного слоя являются толщина и степень измененного слоя, шероховатость поверхности, наличие инородных включений.

В случае обработки деталей сложной формы наиболее предпочтительно использование инструмента со свободными гранулами, т.к. это позволяет удешевить процесс обработки благодаря возможности обрабатывать различные поверхности одним универсальным инструментом и позволяет избежать создания сложных дорогостоящих фасонных инструментов, как правило, изготовляемых из труднообрабатываемых, дефицитных материалов. Обработка свободными гранулами позволяет формировать более равномерный поверхностный слой. К таким видам обработки относятся струйная абразивная обработка и струйная электрохимическая обработка с токопроводящим наполнителем [2].

При использовании струйно-абразивной обработки снижается шероховатость обрабатываемой поверхности, уменьшается толщина измененного слоя. Недостатком данного метода является наличие у обработанной поверхности шероховатости, имеющей гребенчатый характер (рис. 1), что снижает коррозионную стойкость, повышает сопротивление прокачки жидкости вдоль обработанной поверхности, снижа-

Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, е-mail: кт!^.olli@yandex.ru, тел. 89081472413 Гончаров Евгений Владимирович - ВГТУ, аспирант, е-тай: 2рпеу2@уа^ех.ги, тел. 89056557621 Котуков Василий Иванович - ВГТУ, аспирант, тел. 89092108255

ет усталостную прочность. Также в результате струйной абразивной обработки на поверхности изделия образуется наклеп, который может превышать требования, заданные в конструкторской документации, что приводит к появлению трещин и последующему разрушению изделия.

Рис. 1. Профиль шероховатости поверхности изделия после струйной абразивной обработки

Использование струйной электрохимической обработки с токопроводящим наполнителем позволяет значительно снизить толщину измененного слоя и улучшить шероховатость обработанной поверхности. Шероховатость при этом носит волнистый характер, что повышает коррозионную стойкость и усталостную прочность обработанной поверхности. Однако этот метод обработки малопроизводителен, а в случае скопления на обрабатываемой поверхности нетокопроводящих шлаков (например, при литье заготовки) обработка вообще не возможна.

Для устранения указанных недостатков используется комбинированный струйный гидроабразивный способ обработки с локальным анодным растворением [3], схема которого представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема комбинированного струйного гидроабразивного способа обработки с локальным анодным растворением

Обработка осуществляется абразивом 1 покрытым хрупким токопроводящим покрытием 2 в рабочей жидкости 3. Рабочая жидкость 3 подается через трубку 4 и смешивается с абразивом, имеющим хрупкое токопроводящее покрытие, в смесительной камере 5. В смесительную камеру абразив подается из устройства 6 в котором наносится токопроводящее покрытие. После смешивания он попадает в сопло 7, к которому подключен отрицательный полюс источника тока 8, положительный полюс подключен к заготовке 9. Носителем электрического заряда является токопроводящее покрытие на абразиве. При столкновении абразива имеющего покрытие и заготовки происходит электрохимическая реакция с растворением части припуска с поверхности заготовки. После этого покрытие под воздействием кинетической энергии разрушается, и абразив механически снимает часть материала в виде стружки с заготовки. Это позволяет добиться высокой производительности процесса, появляется возможность удаления нетокопроводящих инородных включений, достигается низкая шероховатость поверхности заготовки имеющая волнистую форму (рис. 3), с обрабатываемой поверхности удаляется измененный слой.

Рис. 3. Профиль шероховатости поверхности изделия после гидроабразивной обработки с локальным анодным растворением

Для изучения возможностей способа гидроабразивной обработки с локальным анодным растворением экспериментальные исследования проводились на лопатках закрытого колеса турбины после электроэрозионного прожига (рис 4).

Рис. 4. Разрез лопаток закрытых колес турбин после электроэрозионного прожига

Металлографические исследования лопаток закрытых колес турбин после электроэро-зионного прожига показали, что толщина измененного слоя составляет 8^12 мкм, шероховатость поверхности лопатки Яа = 2,8^3,6 мкм. (рис. 5).

Рис. 5. Шлиф лопатки закрытого колеса турбины после электроэрозионного прожига

х120

Металлографические исследования лопаток закрытых колес турбин проводились с помощью металлографического микроскопа ММУ-3. Предварительно исследуемая поверхность была обработана на шлифовальнополировальном станке «НЕРИС» модели 3Е881

и подвергалась травлению реактивом «Марбле».

После этого была произведена гидроабразивная обработка с локальным растворением поверхности лопаток закрытых колес турбин. В качестве токопроводящего покрытия на абразивных зернах использовался намороженный слой 20% раствора №С1 толщиной 0,05 мм. Обработка лопаток проводилась при напряжение 800 В. Наклон сопла относительно обрабатываемой поверхности (материал нержавеющая сталь) 50^60°, давления среды - 10 МПа, время обработки составляло 15 секунд. После этого напряжение уменьшали до 220 В, давление рабочей среды снижали до 0,6 МПа, время обработки составляло 15 сек.

Металлографические исследования лопаток закрытых колес турбин после комбинированной обработки показали, что измененный слой отсутствует, при этом достигается шероховатость Яа = 0,7^1,2 мкм. (рис. 6).

Вывод:

Использование гидроабразивной обработки с локальным анодным растворением позволяет повысить качество поверхностного слоя изготавливаемых деталей. При обработке изделий космической техники, таких как лопатки закрытого колеса турбины, с поверхности лопатки был удален измененный слой, образованный во время электроэрозионного прожига, и снижена шероховатость с Яа = 2,8^3,6 мкм до Яа = 0,7^1,2 мкм (рис. 5, 6), что позволило повысить коррозионную стойкость лопаток закрытых колес турбин и уменьшить сопротивление прокачки жидкости, что повышает коэффициент полезного действия турбонасосного агрегата.

Литература

1 .Кириллов, О. Н. Механизм контактной комбинированной размерной высокоскоростной обработки непро-филированным электродом [Текст]/ О. Н. Кириллов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т. 6. - № 1. - С. 91-95.

2. Кузовкин А.В., Смоленцев В.П. Размерное формообразование сложнопрофильных деталей с применением твердого токопроводящего наполнителя // Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. - 176с.

3. Гончаров Е.В., Смоленцев В.П., Кириллов

О. Н. Комбинированное разделение металлов в электрическом поле // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел: Машиностроение 2012 №2-5 (292). - Стр. 10 - 15.

Рис. 6. Шлиф лопатки закрытого колеса турбины после гидроабразивной обработки с локальным анодным растворением х120

Воронежский государственный технический университет

QUALITY SURFACES WATERJET MACHINING WITH A LOCAL ANODIC DISSOLUTION OF

O.N. Kirillov, E.V. Goncharov, V.I. Kotukov

In the article the processing methods of finishing articles having complex geometry. Shows the results of experiments, the combined treatment of the surface layer of products Space hydro-abrasive way to the local anodic dissolution

Key words: combined treatment, anodic dissolution of the quality of the surface layer, free abrasive