Литература

1. Сулима А.М. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов / А.М. Сулима, М.И. Евстигнеев. М.: Машиностроение, 1974. 256 с.

2. А.с. 1085734 СССР, МКИ³ В 23 Р 1/04. Способ электрохимикомеханической обработки / А.И. Болдырев, В.П. Смоленцев (СССР). Опубл. 1984, Бюл. № 14.

3. Болдырев А.И. Расчет основных параметров технологического процесса электрохимикомеханической обработки / А.И. Болдырев // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2011. № 2/2 (286). С. 61-66.

4. Смоленцев В.П. Формирование поверхности после электрохимической размерной обработки / В.П. Смоленцев, А.И. Болдырев // Доклади електротехнологии четвьерти научно-технически семинар международно участие по неконвенционални технологии в машиностроенето (АМО - 89). Ботевград, 1989. С. 184-194.

5. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей / В.П. Смоленцев. М.: Машиностроение, 1978. 176 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.9.047

Г.А. Сухочев, е.Г. Смольянникова, и.С. Григоревский

Отделочно-упрочняющая комбинированная

обработка поверхностей каналов

сложного профиля

Работа посвящена вопросам повышения показателей каче­ства дета­лях типа «крыль­чатка» или «турбина» различных транспортных машин с исполь­зованием ме­тодов ком­бини­рованного воздей­ствия на поверхность сложного профиля при фор­мообразо­вании ­межлопа­точных кана­лов, рас­смот­рены возможности рас­чета опти­мальных параметров обра­ботки с ис­пользова­нием анодного растворения металла. Показаны возможные направ­ления совершенст­вования технологии комбинированных процессов отде­лочно-упрочняющей обра­ботки.

В рассматриваемых деталях типа «крыльчатка» или «турбина» (рис. 1) с различной исходной инженерией поверхности обрабаты­ваются «за­крытые» наружным бандажом каналы сложного профиля, в которые ограничен или ис­ключен доступ абразивного или режу­щего инструмента, сложно под­вести электрод-инструмент. Попытки использования сборных электродов и ин­струментов нежесткой кон­ст­рукции частично решили задачу [1], но высокие за­траты на подоб­ный ин­струмент не позволили применять его для изделий малой се­рийности.

Рис. 1. Турбина с «закрытыми» межлопаточными каналами

Имеются данные по обработке межлопаточных каналов тра­диционной виброударным методом и экструдированием гранулиро­ванной обрабатывающей среды. Обнадеживающие результаты пока­зывает метод виброэкструзионной обработки, которая заключается в периодическом возвратно-поступа­тельном экструдировании грану­лированной рабочей среды через межлопаточные каналы детали в условиях низкочастотной вибрации. Это продвижение осуществля­ется под действием динамического давления, создаваемого в ра­бо­чей среде попеременно на входе и выходе межлопаточного канала в соответствии с направлениями ее виброэкструдирования [2]. Од­нако, эти спо­собы не позволяют достичь высокой равномерности наклепа и стабильно повышать чистоту поверхности в узких (менее 5 мм) криволинейных каналах с углом раскрытия канала менее 45°. Для решения поставленных задач необходимо использо­вать комби­нированные методы, где, наряду с пластической деформацией, при­меняется локальное анодное растворение материала.

В этом случае:

• механическое воздействие на поверхность изменяет усло­вия анодного растворения, механизм формообразования микропо­верхности и физико-меха­нических свойств поверхностного слоя;

• анодное растворение изменяет наследственность поверх­ностного слоя и позволяет стабилизировать технологические показа­тели механического кон­тактного воздействия. Изменение усилий, возникающее за счет переменного сечения детали, можно компенси­ровать перераспределением остаточных на­пряжений под воздей­ствием внешнего электрического поля;

• исходная поверхность детали должна рассматриваться как дискретная на уровне макро и микрогеометрии. Эти показатели за­висят от профиля, сте­пени наклепа и энергии гранул на разных эта­пах обработки;

• энергия гранул, необходимая для получения расчетного наклепа, зави­сит для рассматриваемых деталей от углов соударения, определяемых геомет­рией стенок каналов, состоянием исходной поверхности, и энергией нагрузки.

Таким образом, локальное анодное растворение способно из­менять вели­чину наклепа и уско­рять растворение микро и макровы­ступов (рис. 2), за счет чего происходит выравнивание физико-меха­нические характеристик обработанных участков и по всему про­филю поверхности достигается заданная степень упрочнения.

На рис. 2 показана схема выравнивания микроповерхности при перемещении гранул в канале, где усилие P будет зависеть от размеров гранул (в рассматриваемом случае сферической формы), а также  профиля узкого межлопаточного канала. В случае анодного растворения усилие будет снижаться за счет жидкостной и оксидной пленок между заготовкой и гранулой, а также вследствие анодного растворения вершин неровностей на заготовках в местах контакта с гранулой, что снижает сопротивление трению.

Рис. 2. Выравнивание микроповерхности при комбинирован­ной обработке:

1 – зоны наклепа поверхности заготовки; 2 – гранула;

3 – ок­сидная пленка

При ком­бинированном процессе

Р=k_кР_пр,

где Р_пр - усилие экструдирования гранул без наложения тока; k_к – коэффициент, учитывающий снижение усилий экструдирования гранул при наложении тока.

Скорость анодного растворения возрастает с увеличением на­клепа. При этом предельный рост скорости съема металла может достигать 60-70 % относительно исходной поверхности. Однако, как показано в [1, 3], высокие значения наклепа приводят к снижению предела устало­стной прочности при знакопеременных термодина­мических нагрузках. При оптимальном наклепе увеличение скоро­сти анодного растворения не превышает 45%. Для жаропрочных сплавов по известным данным оптимальный наклеп составляет 3-5 %, для титановых сплавов 15-18 %, конструкционных материалов 10-22 %.

Величина припуска на обработку зависит от микрогеометрии поверхно­сти. Для расчета неровностей необходимо установить ве­личину зазора между гранулой и деталью. Принимаем толщину пленки постоянной, равной средней величине. Толщина пленки _n измерялась нами через фиксированное значение напряжения и, определяемый по амперметру, ток при постоянном известном диа­метре гранул и плотности пленки _n.

.

Минимальный припуск на обработку находился расчетным путем и экспериментально подтверждался путем прямых измерений размеров каналов при обработке с наложением тока относительно исходной величины. Из таблицы 1 видно, что величина припуска под комбинированную обработку литой поверхности примерно вдвое выше по сравнению с предвари­тельной электрохимической обработкой (ЭХО).

Таблица 1

Минимальный припуск под комбинированную обработку

Исходная поверхность	Минимальный припуск для сплавов, мм
	титановых	жаропрочных	конструкци­онных
литая	0,05	0,02	0,02
после электро­эрозии	0,06	0,05	0,05
после ЭХО	0,02	0,01	0,01

В тоже время установлено, что шероховатость поверхности в месте наи­меньшего сече­ния канала снижается и достигает ста­бильного значения через 6090 виброэкструзионной обработки в специальных устройствах или 2530 минут комбинированной обра­ботки (табл. 2). Таким образом, примерно в 2 раза сокращается тех­нологический цикл, что снижает недопустимое расклепывание кро­мок лопаток и при­пуск на последующую обработку [4].

Из таблицы 2 видно, что проблема шероховатости решается по­ложительно при всех методах обработки, хотя анодное растворе­ние позволяет выровнять показатели шероховатости до погрешности измерений и снизить не­ровности до теоретически необходимого уровня с позиций обеспечения наи­большей усталостной прочности детали, работающей в экстремальных усло­виях эксплуатации.

Таблица 2