Стойкость рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

УДК 621.923.01

В. А. Левко, Д. О. Харин, А. С. Шлыков

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

СТОЙКОСТЬ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ1

Приведены результаты исследования влияния характера контакта между микронеровностями обрабатываемой поверхности и абразивного зерна на стойкость рабочей среды.

Стойкость инструмента является одним из важных параметров, определяющих эффективность механической обработки деталей. Абразивно-экструзионная обработка (АЭО) является разновидностью струйной абразивной обработки. Рабочая среда является композиционным абразивным инструментом. В качестве основы среды применяют полимерные композиции, наполненные абразивными зернами и способные к вязкоупругому деформированию с последующей релаксацией напряжений.

Объектом исследования являлся поток рабочей среды в процессе АЭО при многократном сдвиговом течении. В ходе обработки поток принимает форму обрабатываемого канала, что позволяет осуществлять финишную обработку внутренних поверхностей. Предметом исследований являлась стойкость рабочей среды как абразивного инструмента.

Известно [1; 2], что стойкость рабочей среды при АЭО колеблется в широком временном интервале в зависимости от вида материала и геометрических характеристик обрабатываемой детали, а так же от величины дефектного слоя, удаляемого в ходе обработки. Основным требованием к стойкости рабочей среды является обеспечение заданных условий контакта между микронеровностями абразивных зерен и микровыступами обрабатываемой поверхности [3; 4].

Контакт происходит при сдвиговом течении среды в достаточно узком диапазоне скоростей (0,001... 0,1 м/с), а напряженно-деформированное состояние вяз-коупругой основы определяет степень подвижности зерен в контакте. Вращение абразивного зерна во время течения рабочей среды, обеспечивает периодическую смену микронеровностей зерен, находящихся в контакте, что обуславливает эффект постоянного самозатачивания среды как абразивного инструмента и не вызывает снижения ее стойкости [5; 6].

Основным фактором, снижающим стойкость, является накопление продуктов отходов обработки в рабочей среде. Поскольку обработка ведется в замкнутой области, то частички удаленного материала детали дополнительно наполняют рабочую среду и постепенно меняют ее вязкоупругие свойства.

В этом процессе можно выделить два этапа. На первом этапе происходит увеличение вязкоупругих свойств за счет дополнительного наполнения рабочей среды. При достижении некоторого предельного значения наполнения частицами полимерной основы

(75.85 % в массовом отношении) наступает второй этап. Он характеризуется началом катастрофического разрыва межмолекулярных связей в полимерной основе, что приводит к разрушению структуры рабочей среды и потере стойкости рабочей среды как абразивного инструмента.

Процесс наполнения рабочей среды продуктами отходов идет более интенсивно при АЭО цветных металлов и сплавов, а также при обработке поверхностей с большим дефектным слоем. Удаляемые частицы поверхностного слоя при этом имеют большие размеры.

Такие геометрические характеристики обрабатываемой детали, как площадь поперечного сечения обрабатываемого канала и его длина влияют на объем используемой рабочей среды. Чем больше объем рабочей среды, тем больше частиц обрабатываемых поверхностей может наполнить этот объем до потери стойкости.

Другим фактором, влияющим на условия контакта, является температурный нагрев рабочей среды. Часть тепла, выделяемая при контакте, накапливается в рабочей среде, повышая ее температуру. С ростом температуры идет уменьшение вязкоупругих свойств. Часть тепла повышает температуру технологической оснастки. Предложено поддерживать температуру рабочей среды и оснастки за счет ее принудительного охлаждения [1]. Рассмотрена возможность управления вязкоупругими свойствами рабочей среды за счет регулирования ее температуры [2]. Длительная обработка в условиях высокого нагрева рабочей среды приводит к быстрому температурному старению полимерной основы и потери ее стойкости.

В результате проведенных исследований установлено, что стойкость рабочей среды при АЭО зависит от степени ее наполнения продуктами отходов обработки. Для периодического контроля вязкоупругих свойств рабочей среды предложено использовать методику определения коэффициентов вязкости, упругости и пластичности рабочей среды [7].

Библиографическая ссылка

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.

* Работа выполнена в рамках НИР «Развитие научных основ абразивно-экструзионной обработки деталей».

Решетневскце чтения

2. Левко В. А. Абразив но-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса: монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007.

3. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Авиационная техника. Известия вузов ; под ред. проф. В. А. Фирсова ; Казан. гос. техн. ун-т. Казань. 2009. № 1. С. 59-62.

4. Levko V. A. Calculation of surface roughness in abrasive-extrusion machining on the basis of contact-interaction model // Russian Aeronautics; ALLERTON PRESS, INC. New York. 2009. Vol. 52. № 1. P. 94-98.

5. Исследование влияния формы обрабатываемого канала на течение рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, М. А. Лубнин, П. А. Снетков и др. // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 138 - 145.

6. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov et al. // Vestnik. SibSAU. 2009. № 5 (26). P. 93-99.

7. Экспериментальное определение коэффициентов вязкости, упругости и пластичности рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, П. А. Снетков, Е. Б. Пшенко, М. А. Лубнин // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 134-138.

V. A. Levko, D. O. Kharin, A. S. Shlykov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

TOOL LIFE FOR ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS

The results of studies of the effect nature of the contact between the treated surface micro roughness and abrasive grain on the tool life.

© Левко В. А., Харин Д. О., Шлыков А. С., 2012

УДК 669.058.67

А. Ю. Литвинчук, В. В. Азингареев ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПО НАНЕСЕНИЮ ИЗНОСОСТОЙКОГО И УПРОЧНЯЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ МЕТОДОМ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ

Рассмотрена технология по нанесению износостойкого и упрочняющего покрытия на режущий инструмент методом ионно-плазменного осаждения.

Широкое применение новых конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, такими как жаростойкость, жаропро-прочность, коррозионная стойкость зачастую сдерживается их низкой обрабатываемостью, поэтому важной научно-практической задачей является повышение работоспособности металлообрабатывающего инструмента.

Одним из наиболее эффективных путей повышения свойств металлообрабатывающего инструмента является нанесение на рабочие поверхности износостойких покрытий по технологии вакуумной ионно-плазменной конденсации на основе нитридов, карбидов и карбонитридов тугоплавких металлов, которая дает возможность наносить покрытия различного состава на инструмент, выполненный из быстрорежущих сталей и твердых сплавов.

Механизм износа инструмента различен и зависит от условий его работы. Твердосплавные инструменты с покрытием, работающие на скоростях резания 50-100 м/мин, изнашиваются в результате адгезион-

ных процессов. На скоростях резания 100-150 м/мин эффективность покрытий резко снижается из-за склонности к коррозионному растрескиванию и глубинной коррозии с образованием поверхностных очагов окисления. Работоспособность инструмента с покрытием резко возрастает при скоростях резания более 150 м/мин, когда покрытие повышает сопротивляемость твердосплавной матрицы диффузионному растворению в обрабатываемом материале и износ происходит в результате пластического деформирования режущего клина инструмента с последующим растрескиванием.

Метод конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ) основан на генерации осаждаемого вещества катодным пятном вакуумной дуги - сильноточного низковольтного разряда, развивающегося в парах материала катода. Подача в вакуумное пространство реагирующих газов (азота, метана и др.) приводит к протеканию плазмохимических реакций и к конденсации продуктов реакции на рабочих поверхностях режущего инструмента в условиях ионной бомбарди-