Исследование изменения профиля канала по его длине при абразивно-экструзионной обработке

Решетневские чтения

УДК 621.923.01

В. А. Левко, Е. О. Нуждова, Д. О. Харин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОФИЛЯ КАНАЛА ПО ЕГО ДЛИНЕ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ*

Приведены результаты исследования изменения профиля канала по его длине. Выявлено, что расчет изменения профиля канала при установившемся течении рабочей среды на основе преобразованной модели Карги-на-Слонимского-Рауза дает более точный результат.

Для теоретического описания процесса течения рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке (АЭО) применяются два подхода. Согласно модели бингамовского пластика [1] сдвиговое течение РС при АЭО осуществляется за счет перепада давлений среды на входе и выходе обрабатываемого канала. Исходя из этой модели в каналах большой длины перепад давлений приводит к появлению неравномерности обработки по длине. Модель течения среды, построенная на преобразованной модели Каргина-Слонимского-Рауза (КСР) [2], показывает, что при установившемся течении сдвига перепад давлений при АЭО будет минимальным.

Объектом исследования являлся процесс АЭО прямоугольного канала при установившемся потоке рабочей среды. Для проведения экспериментов по выявлению характера изменения давления в обрабатываемом канале создано опытное приспособление и схема измерения параметров процесса. Состояние поверхностного слоя образцов после обработки (центральная часть образцов) выявила равномерность съема материала по всей длине канала (рис. 1).

Профиль обработанной детали без применения направляющего устройства, которое формирует профиль потока на входе в канал, имеет две ярко выраженные зоны: входную зону 1 с максимальным значением удаленного металла и среднюю зону 2 (рис. 2, б).

1 2 3 2 1

7777у ъшшШЪ

1 2 1

2

в

Рис. 1. Образцы после обработки

По результатам исследований было проведено сравнение двух продольных профилей каналов образцов (рис. 2). Согласно теории бингамовского пластика, для случая двунаправленной АЭО в каналах большой длины продольный профиль должен иметь ярко выраженную конусность. Наибольший съем металла должен наблюдаться на входе в канал в зоне 1. Наименьший съем - в центральной части канала, т. е. зоне 3 (рис. 2, а).

Рис. 2. Продольный профиль обработанной поверхности образца: а - по теории бингамовского пластика; б - экспериментальный;

в - экспериментальный с выравниванием профиля потока на входе

Профиль обработанной детали, закрепленной в устройстве, которое формирует профиль потока на входе в канал, имеет одну ярко выраженную среднюю зону 2 (рис. 2, в).

Согласно классификации зон течения [3], для данного случая АЭО входная зона А формируется в рабочем цилиндре установки. Режим деформирования рабочей среды в этой зоне на условия обработки непосредственного влияния не оказывает. Зона В, или входная зона 1, формируется на входе в исследуемый канал и в его выходной зоне. В зоне В перестройка профиля потока максимальна. Далее по длине канала формируется зона С, которая переходит в зону установившегося течения Б. Условия обработки в этих зонах можно отнести к условиям средней зоны и расчет режимов АЭО вести по методике, описанной в [2].

Основное влияние на параметры абразивно-экструзионной обработки оказывает градиент скорости сдвига рабочей среды, а не перепад давлений на входе и выходе в обрабатываемом канале. Этот эффект объясняется высокими вязкоупругими свойствами абразивных рабочих сред. Установленные факты позволяют расширить технологические возможности способа АЭО по обработке каналов большой длины.

*Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России ».

а

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

Библиографические ссылки

1. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005.

2. Левко В. А. Модель течения рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке тонких осесим-метричных каналов большой длины // Вестник Чу-

вашского государственного педагогического университета. Механика предельного состояния : сб. науч. тр. / под ред. акад. Д. И. Ивлева ; Чувашск. гос. педаг. ун-т. Чебоксары, 2008. № 2. С. 85-94.

3. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007.

V. A. Levko, E. O. Nyzhdova, D. O. Kharin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

STUDY OF ALTERATIONS OF A CHANNEL PROFILE OF ALONG ITS LENGTH UNDER ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS

The authors present the results of the study of talteration of a profile of the channel along its length. The authors determine that calculation of alteration of a profile of a channel under formed flow media more exact on base transformed to models Kargin-Slonimskiy-Rouse is more precise.

© ^eBKO B. A., HyxgoBa E. O., XapuH fl. O., 2011

УДК. 621.924.079

В. А. Левко, Л. В. Полякова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ВИДЫ КОНТАКТА АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ*

Приведено описание контакта абразивного зерна и микронеровностей обрабатываемой детали при абра-зивно-экструзионной обработке.

Основным отличием абразивно-экструзионной обработки (АЭО) от других видов струйной абразивной обработки является то, что в качестве носителя абразивных зерен применяется полимерная основа, способная к вязкоупругому деформированию. Поток вяз-коупругой рабочей среды в процессе АЭО при многократном сдвиговом течении принимает форму обрабатываемого канала, что позволяет осуществлять финишную обработку внутренних поверхностей различных сложнопрофильных деталей авиационно-космической техники [1]. Параметры течения наряду с геометрическими характеристиками обрабатываемого канала и свойствами материала определяют вид контактных взаимодействий микронеровностей поверхностного слоя обрабатываемого канала и абразивных зерен, перемещаемых в канале потоком вязкоупругой среды [2]. Механизм возникновения упругих деформаций в потоке при АЭО рассмотрен в работе [3].

Вращение среды как абразивного инструмента в обрабатываемом канале отсутствует. В контакте находятся разные по физико-механическим свойствам

тела, причем среда представляет собой композицию из самых твердых абразивных зерен и вязкоупругой полимерной основы. Контакт происходит при сдвиговом течении среды в достаточно узком диапазоне скоростей (0,001...0,1 м/с), а напряженно-деформированное состояние вязкоупругой основы определяет степень подвижности зерен в контакте.

Экспериментально наблюдалось пристеночное вращение зерна совместно с некоторым объемом среды. При этом частота вращения зависит от скорости сдвигового течения и размеров вращающегося объема среды. В то же время вращение обеспечивает периодическую смену микронеровностей зерен, находящихся в контакте, что обуславливает эффект постоянного самозатачивания среды как абразивного инструмента.

При течении вязкоупругой основы 1 абразивные зерна 2, контактируя с выступами 3 и впадинами 4 микронеровностей поверхностного слоя, копируют его микрорельеф (рис. 1).

*Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные, научно-педагогические кадры инновационной России ».