Струйная гидроабразивная обработка поверхностей

       В результате экспериментальных исследований получены эмпирические формулы для расчета шероховатостей поверхности, которые имеют следующий вид:

:

Исследования показали, что зависимость шероховатости обработанной поверхности от размеров абразивных частиц является линейной (рис. 3.20). С увеличением зернистости абразивного материала высота микронеровностей резко возрастает, так как увеличиваются размеры лунок, оставляемых на обрабатываемой поверхности абразивными частицами. Подтверждением этому служат профилограммы поверхностей, обработанных абразивными материалами различной зернистости (рис. 3.21). Для каждого размера абразивных частиц существует максимально достижимое (при данных условиях обработки) значение шероховатости поверхности. Значения шероховатости поверхности, которые могут быть получены в результате обработки абразивными мате риалами различной зернистости, приведены в табл. 3.2.

       На рис.3.22 представлены графики зависимости шероховатости от давления воздуха на входе в активное сопло. С увеличением р* от 0,1 до 0,5 МПа значения Rас увеличиваются примерно на 30...60 % независимо от зернистости абразива, причем в этом диапазоне давлений зависимости Rа от р* носят линейный характер. С увеличением расстояния от среза смесительного сопла до обрабатываемой поверхности в интервале 50...150 мм шероховатость уменьшается примерно на 40...45 % (рис. 3.23), что объясняется снижением скорости движения абразивных частиц. Зависимость шероховатости поверхности от угла атаки а носит ступенчатый характер. С увеличением а от 15 до 45° шероховатость поверхности увеличивается, а затем не изменяется (рис. 3.24). С увеличением о от 15 до 45° глубина внедрения hmax увеличивается более чем в 3,5 раза. В интервале а = 45...90° изменение hmax не превышает 30%, при этом размеры площадки контакта абразивной частицы с поверхностью увеличиваются всего на 15 %. Поэтому при изменении a от 45 до 90° шеро­ховатость поверхности практически не изменяется. Проведенные экспери­менты доказали, что нет существенных различий в значениях шерохова­тости, полученных при обработке образцов из материалов ВТ9, ВТ20, ЖС6Ф, Э437Б, Э961 (разброс значений шероховатости не более 5%),

что по-видимому, объясняется близкими значениями глубин внедрения абразивных частиц.

       На рис. 3.20, 3-22...3.24 штриховыми линиями показаны графики, по­дученные в результате математического моделирования процесса форми­рования микрорельефа обрабатываемой поверхности. Теоретические и экспериментальные зависимости хорошо согласуются между собой, раз­брос значений не превышает 17...22 %, что является вполне удовлетво­рительным для такого сложного процесса обработки.

       При струйной ГАО формирование микрорельефа происходит за счет удаления материала с обрабатываемой поверхности. Чем интенсивнее съем материала, тем меньше время, необходимое для достижения значе­ния шероховатости, соответствующего данным условиям обработки. В об­щем случае время, необходимое для получения заданной шероховатости поверхности, зависит от параметров обработки, исходной шероховато­сти {Rа maх) и площади обрабатываемой поверхности.

       Эксперименты показали, что если в процессе струйной ГАО шерохо­ватость поверхности увеличивается, то, независимо от значения Ra исх формирование нового микрорельефа происходит в течение первых 50... 70 с, а затем шероховатость не изменяется (рис, 3.25). Полученное в данном случае значение шероховатости соответствует зернистости абра­зивного материала. Если в процессе обработки исходная шероховатость поверхности уменьшается, то время, которое необходимо для получения шероховатости, соответствующей зернистости абразивного материала при данных условиях обработки, будет зависеть от соотношении между Ra исх и Ra аб. С увеличением исходной шероховатости необходимое время обработки увеличивается (рис. 3.26). Экспериментальные исследования показали, что получение значений шероховатости, равных Ra аб возмож­но, если Ra исх не превышает Ra аб более чем в 3,5...4 раза. В противном случае уменьшение шероховатости происходит до некоторого значения после чего микрорельеф обрабатываемой поверхности ко­пируется.

       Одна и та же шероховатость поверхности может быть получена при различных сочетаниях технологических параметров. Например, обработ­ка абразивным материалом зернистости М40 при pв*=0,4 МПа, а=45° дает значение Ra=0,68...0,7 мкм, такая же шероховатость получается при зернистости М50, рв*=0,25 МПа, а=45° и М63, рв*=0,2 МПа, а=32°. Вре­мя обработки для каждого из трех случаев различно (рис. 3.27). Мини-

мальное время получается при технологических параметрах, обеспечи­вающих максимальный съем металла — М40, рв*=0,4 МПа, а=45°.

       С достаточной степенью точности зависимость шероховатости обрабатываемой поверхности от времени струйной ГАО при различных зна­чениях исходной шероховатости может быть описана следующей эмпи­рической формулой:

Где    линейный съем материала с обрабатываемой поверхности, G- массовый съем материала, г/с: F — площадь обрабатываемой поверхности, мм2; рм — плотность обрабатываемого материала, г/см3; Т  - время обработки, с.

       Полученные экспериментально зависимости (3.50), (3.51), (3.52) ше­роховатости поверхности от основных технологических параметров об­работки позволяют прогнозировать результаты струйной ГАО, а также решать задачу выбора технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность обработки при заданной шерохова­тости.

       Напряженное состояние поверхностного слоя при струйной ГАО преж­де всего зависит от размеров (массы), скорости (определяется давле­нием воздуха на входе в активное сопло) и угла атаки абразивных частиц Для выяснения степени влияния каждого из этих параметров на остаточ­ные напряжения и наклеп были проведены эксперименты на образцах из ВТ9, ЭИ961 и ЖС6Ф при следующих технологических параметрах струйной ГАО: абразивный материал — электрокорунд 24А зернистости 10, М63. М40, М20; К=20 %; po*=0,1...0.4 МПа; а=15...90"; L=100 мм: T=4 мин. Исследования остаточных напряжений проводились на образ­цах с размерами 3,8X10X100 мм, для определения наклепа использова­лись образцы с размерами 3.8Х 10X30 мм. Для снятия начальных макро-напряжений и наклепа все образцы подвергались вакуумному отжигу. Поcледовательность выполнения работ при подготовке и проведении струнной ГАО была такой же, как и при исследовании производитель­ности обработки.

       Остаточные напряжения определялись путем измерения деформации образца при непрерывном травлении с последующим расчетом по фор муле И. П. Давиденкова ,

Глубина и степень наклепа после струйной ГАО определялись путем измерении микротвердости поверхности косых срезов образцов на приборе ПМТ-3 при нагрузках 0,245...0,98 Н. Косые срезы были получены притир­кой образцов абразивными пастами на специальном приспособлении, угол среза равен 1°.

       При струйной ГАО абразивные частицы взаимодействуют с обраба­тываемой поверхностью в среде жидкости, которая, обтекая абразивные частицы, проникает непосредственно в зону контакта. Температурные структурные изменения материала в поверхностном слое при таких усло­виях происходить не могут. Поэтому возникновение остаточных напря­жений обусловлено деформационными процессами, происходящими при многократных ударных воздействиях абразивных частиц на обрабаты­ваемую поверхность. Характер деформирования поверхности абразивны­ми частицами зависит прежде всего от их скорости, массы (размеров) и угла атаки.

       В результате экспериментальных исследований было установлено, что при любых сочетаниях варьируемых технологических параметров в поверхностном слое формируются остаточные напряжении сжатия без подслойного максимума. Общая глубина распространения остаточных напряжений не превышает 50...60 мкм. На рис. 3.28 приведены эпюры остаточных напряжений, полученные при обработке образцов абразив­ными материалами различной зернистости. С увеличением размеров абразивных частиц величина и глубина залегании напряжений увеличи­ваются. Максимум напряжений находится на поверхности, причем на­блюдается резкое снижение этих напряжений в слое толщиной 5... 15 мкм. Характер распространения остаточных напряжений при обработке раз­личных материалов не изменяется. В то же время уровень напряжении у титанового сплава ВТО несколько ниже, чем у сплавов ЖС6Ф и ЭИ961.

       С увеличением давления воздуха на входе в активное сопло величина и глубина залегания остаточных напряжений увеличиваются (рис. 3.29) независимо от обрабатываемого материала и зернистости абразивного материала.

       На рис 3.30 приведены эпюры остаточных напряжений при обработ­ке на различных углах атаки. Максимальный уровень напряжений имеет место при а=90и; Это объясняется тем, что па углах, близких к 90º, практически вся энергия абразивных частиц расходуется на удар с поверхность. С уменьшением а нормальная составляющая скорости дви­жения уменьшается, что приводит к снижению величины и глубины за легация напряжений, причем наиболее сильное снижение происходит к диапазоне изменения угла атаки от 90º до 60...70° (примерно в 1,7. .2,0 раза).

       Определение глубины и степени наклепа проводилось на образцах, прошедших обработку при тех же технологических параметрах, что и об­разцы для исследования остаточных напряжений. Результаты измерения

микротвердости на поверхности косых срезов показали, что при обработ­ке абразивными материалами зернистости М63 и менее микротвердость но глубине поверхностного слоя практически не изменяется (рис. 3.31). При использовании абразивных материалов зернистости 10 увеличива­ется микротвердость на 4...6 % только при рв*=0,4 МПа и а=90", причем глубина упрочненного слоя не превышает 5...7 мкм.

       Наличие значительных остаточных напряжений сжатия при малой степени деформационного упрочнения обуславливает повышенную стой­кость поверхностного слоя деталей к образованию микротрещин в усло­виях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

7. СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ

7.1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К СТРУЙНЫМ АППАРАТАМ

       Производительность и качество струйной ГАО зависят от энергетиче­ских возможностей гидроабразивной струи, формируемой струйным ап­паратом. Основными требованиями, предъявляемыми к струйным аппара­там, являются: обеспечение максимальной скорости струи при минималь­ном расходе энергоносителя и максимальном расходе гидроабразивной суспензии; обеспечение равномерного распределения абразивных частиц по сечению струи. Первое требование определяет производительность, а второе -  качество обработки.

       Число возможных схем, а также разработанных конструкций струйных аппаратов достаточно велико. Па рис, 4.1 приведена классификация струйных аппаратов, разработанная в результате анализа опубликован­ных работ. В настоящее время при струйной ГАО наибольшее приме­нение находят аппараты с принудительной насосной подачей суспензии в камеру смешения и последующим ее разгоном сжатым воздухом. Такие аппараты стабильно работают в широком диапазоне изменения давления воздуха и расхода суспензии, обеспечивая достаточно высокую произво­дительность и качество обработки. Совершенствование струйных аппара­тов ведется по нескольким направлениям: увеличение скорости гидроаб­разивной струи; формирование струй различной формы; уменьшение изно­са сопел. Эффективность работы струйного аппарата определяется его геометрическими параметрами, основными из которых являются: размеры и отношение площадей активною и смесительного сопел; расстояние между активным и смесительным соплами; длина сопел; угол сходимости смесительного сопла; размеры камеры смешения и т. д.

       Скорость истечения гидроабразивной струи зависит от размеров и от. ношения площадей проходных сечений сопел По данным Ш. М. Билика максимальная производительность обработки наблюдается при диаметра, активного и смесительного сопел, равных 8 мм для абразивных материи лов зернистости 12...60 и 10 мм для М40 и меньше.

       Разгон гидроабразивной суспензии осуществляется в смесительном сопле струйного аппарата. Длина сопла должна выбираться таким образом, чтобы обеспечить минимальные потери энергии при разгоне, рав­номерное поле скоростей па выходе из сопла и заданный угол распыла струи. В литературе рекомендуется выбирать длину смесительного сопла из соотношения lс=(6...10)dc где dc— диаметр сопла, мм. В cмесительных соплах струйных аппаратов для струйной ГАО происходит движение трехфазной смеси, поэтому это соотношение, полученное для одно- и двухфазных потоков, требует экспериментальной проверки. Практически во всех конструкциях струйных аппаратов предусмотрено регулирование расстояния между выходным торцем активною сопла и входным торцем смесительного сопла, что объясняется отсутствием надежных рекомендаций по выбору этого параметра.

       Производительность и качество струйной ГАО могут быть повышены за счет применения струйных аппаратов, формирующих плоскую гидро­абразивную струю. Щелевые смесительные сопла, применяемые в этих аппаратах, обеспечивают но сравнению с круглыми более равномерный съем материала и наиболее эффективны при обработке сложнопрофильных поверхностей.

       Внутренняя поверхность смесительного сопла при работе струйного аппарата подвергается интенсивному абразивному воздействию. Поэтому материалы, из которых изготавливаются сопла, должны иметь повышен­ную износостойкость. В настоящее время для изготовления сопел струйных аппаратов широко используются твердые сплавы и металлокерами­ка. Стойкость таких сопел составляет около 100 часов. В несколько раз большую стойкость имеют сопла из карбида вольфрама и карбида бора, однако их стоимость весьма высока. Уменьшить стоимость сопел можно за счет применения для их изготовления обычных конструкционных ма­териалов с последующим нанесением на внутреннюю поверхность защитного износостойкого покрытия.

Технология изготовления сопел струйного аппарата должна обеспечи­вать минимальную шероховатость внутренней поверхности и правильную геометрическую форму проходных сечений. При сборке струйного аппара­та должна быть обеспечена соосность активного и смесительного сопел, что позволяет уменьшить потери энергии при разгоне суспензии и повысить стойкость сопел за счет исключения одностороннего износа.

7.2 КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ

7.2.1 Струйные аппараты, формирующие струи круглого сечения

       В настоящее время разработано и используется на производстве достаточно большое количество струнных аппаратов, формирующих гидроабразивную струю круглого сечения. Ниже рассмотрены наиболее часто применяемые конструкции.

На рис. 4.25 представлена конструкция струйного аппарата, позво­ляющая изменять его геометрические параметры. На корпус 4, пред­ставляющий собой втулку с наружной резьбой, навертываются перед­ний ,3 и задний 7 корпусы. На переднем корпусе 3 гайкой 2 крепится смесительное сопло 1. В задний корпус 7 ввернута трубка 6, на конец которой навертывается активное сопло 5. Трубка в корпусе 7 крепится гайкой 10. На нижнем конце трубки с помощью накидной ганки 11 крепится штуцер 12. По этому штуцеру к струйному аппарату подво­дится сжатый воздух. К корпусу 7 накидной гайкой 8 присоединяется штуцер 9 для подвода суспензии.

       Сменные активные сопла 5 имеют диаметры выходных сечений 4...14 мм, длину в пределах 52…64 мм, что позволяет регулировать расстояние между активным и смесительным соплами. Смена активного и смесительного сопел и расстояния между ними осу­ществляется с малой затратой времени.

       Для обработки фасонных и плоских поверхностей применяют струйный аппарат, конструкция которого представлена на рис. 4.26. Аппарат состоит из корпуса 5, в который вставлен ствол 4 со сменным активным соплом 2. В корпус с передней стороны ввернут стакан 3 со сменным смесительным соплом / С другой стороны кор­пуса через штуцер в в аппарат подается суспензия, а через штуцер 7 - сжатый воздух. Сжатый воздух, проходя между конусами активного и смесительного сопел, эжектирует суспензию и выбрасы­вает ее на обрабатываемую поверхность.

       Схема струйного аппарата для обработки отверстий показана на рис. 4.27. Он состоит из корпуса 1, направляющего наконеч­ника 5, активного сопла 2 и втулки 3. Разрезная шайба 4 фикси­рует положение втулки 3, через отверстии в которой в смеситель­ную камеру поступает суспензия. Последняя увлекается сжатым воз­духом и направляется через выходные отверстия в корпусе на обрабатываемую поверхность. Направление струи осуществляется профи­лем канала наконечника. При эксплуатации таких струйных аппара­тов быстро изнашиваются и требуют частой замены наконечники 5 и корпусы 1.

       Одним из существенных недостатков в работе струйного аппа­рата является абразивный износ рабочей части смесительного сопла. Для уменьшения этого недостатка используется струйный аппарат, конструкция которого представлена на рис. 4.28. Аппарат состоит из кор­пуса 1, втулки 2 для подачи суспензии, срез выходного отверстия которой расположен на 1/3 длины рабочей части смесительного соп­ла 5, и штуцера 3 для подвода сжатого воздуха. Во втулке 2 выполнены отверстия 4, которые равномерно расположены под острым углом к оси втулки по направлению движения абразивных частиц в непосредственной близости от среза выходного отверстии втулки.

       При работе сжатый воздух через штуцер 3 подается в кольцевую щель между втулкой 2 и корпусом 1 в рабочую часть смесительно­го сопла 5. При обтекании втулки 2 в кольцевом потоке создает­ся разрежение, которое способствует всасыванию абразивных частиц вме­сте С воздухом через отверстия 4 в рабочую часть сопла 5. Благо­даря тому, что скорость в центре потока выше, чем на периферии.

абразивные частицы стремятся в центр потока, поэтому он проходит рабочую часть сопла 5, не касаясь его стенок. В результате этого абразивный износ смесительного сопла 5 значительно уменьшается.

       На рис. 4.29 представлена конструкция струйного аппарата с соплом из минералокерамических колец. В корпусе 3 установлено активное сопло 2, в которое через штуцер 6 и муфту 5 подводит­ся сжатый воздух. Подвод суспензии к аппарату осуществляется через штуцер 4. Смесительное сопло выполнено в виде сменных минерало­керамических колец 1, стойкость которых к абразивному износу лежит в пределах 90... 100 часов работы.

       Струйный аппарат, конструкция которого представлена на рис. 4.30, позволяет повысить производительность обработки. Аппарат имеет ко­нус 1, корпус 2, активное сопло 3, кольцо 4, стакан 5, воздухо­провод 6 и штуцер дли подвода суспензии 7. Корпус 2 полого цилинд­ра, переходящего в расширяющийся внутренний конус, соединяется

наружной резьбой со стаканом 5. К стакану 5 приварен штуцер 7 для подвода суспензии. Через центральное отверстие донышка стакана уста­новлен воздухопровод 6, соединенный посредством сварки с кольцом 4. На наружную поверхность кольца навинчено активное сопло 3, а к переднему торцу кольца при помощи центрального болта крепит­ся конус 1 таким образом, что конус 1 и коническая поверхность корпуса 2 образуют в сборе камеру смешивания и разгона суспен­зии, переходящую в кольцевое сопло.

       Суспензия через штуцер 7 подается в полость, образованную ста­каном 5 и воздухопроводом 6 , затем по кольцевому каналу поступа­ет в камеру смешивания и разгона. Под действием ускоренной струи

воздуха суспензия смешивается, разгоняется и выбрасывается из аппа­рата в виде кольцевой рабочей струи. Потоки суспензии, соприка­сающиеся с поверхностями конуса и корпуса, на которых выполнены сферические выступы, подвергаются турбулентным пульсациям, т. е. пристеночные потоки отрываются от образующих поверхностей. Это явление снижает износ детали струйного аппарата и уменьшает сопротивление движению основного потока.

       В производстве используется значительное количество установок, в которых применяются ручные струйные аппараты. При эксплуатации эти аппараты располагаются в рабочей камере, оператор держит их в руках и тем самым направляет струю суспензии на обрабатывае­мую поверхность.

       На рис. 4.31 представлены конструкции типичных ручных струй­ных аппаратов. В корпусе 2 (рис. 4.31, а) закреплены штуцер 4 для подвода суспензии и активное сопло 3 для подачи сжатого воздуха. Смесительное сопло 1 ввинчивается в корпус по резьбе. Тем самым обеспе­чивается быстрая замена изнашиваемого сопла. К корпусу прикреп­лена ручка 5, необходимая для эксплуатации струйного аппарата.

       В аппарате, показанном на рис. 4.31, б, в отличие от ранее описанной конструкции воздух и суспензия в смесительное сопло посту­пают параллельными потоками. В корпусе 3 закреплены активное соп­ло 4 и штуцер 5 для подвода суспензии. Для регулировки положения активного сопла относительно смесительного используется винт 5. Сме­сительное сопло 1 закрепляется в корпусе 3 резиновой крышкой 2, что позволяет осуществлять быструю замену сопла. Сжатый воздух подается в струйный аппарат через штуцер 7 и муфту 6. При работе на штуцеры устанавливаются шланги, держась за которые, опе­ратор направляет струю на обрабатываемую заготовку.

7.2.2 Струйные аппараты, формирующие плоские струи

       Плоская гидроабразивная струя в отличие от осесимметричной обладает более широкими технологическими возможностями, особенно при обработке сложнопрофильных поверхностей. Применение струйных аппаратов, формирующих плоские гидроабразивные струи, позволяет в большинстве случаев значительно упростить схему обработки, обеспе­чить равномерный съем материала при стабильном получении задан­ных показателей поверхностного слоя обрабатываемой детали. В то же время формирование плоской струи, в которой профиль скорости и рас­пределение абразивных частиц по ширине были бы равномерными, является более сложной задачей, чем в случае струи круглого сечения. Несколько усложняется конструкция струйного аппарата, а также технология изготовления активных и смесительных сопел.

       В отличие от распространенных струйных аппаратов, формирую­щих круглые струи, число реально действующих конструкций струйных аппаратов для формирования плоских гидроабразивных струй ограни­чено. Плоскую струю можно получить различными способами.

       На рис. 4.32 показан струйный аппарат, который формирует струю с равномерным по ширине профилем скорости за счет перекрытия расположенных в ряд с определенным шагом струй круглого сечения. Аппарат используется для обработки сложнопрофильных поверхностей, причем его конструкция позволяет в широких пределах регулировать

размеры зоны обработки. Струйный аппарат состоит из корпуса 1 со штуцером 2, через который подается суспензия. В корпусе 1 уста­новлены секции активных 3 и смесительных 4 сопел, причем расстояние между осями сопел выбирается из соотношения h=kdс, где к — коэффициент смещения осей, изменяющийся в пределах 1,1...2,9 и за­висящий от угла распыла сопла β и диаметра смесительного сопла dс. Секция активных сопел 3 имеет распределительную камеру 5, закрытую крышкой 6, на которой установлен штуцер 7, служащий Для подачи активного газа (воздуха). На крышке 6 установлены запорные устройства 8 активных сопел 3. Для уменьше­ния износа выходной части смесительные сопла 10 снабжены керамиче­скими вставками 11.

       Струйный аппарат работает следующим образом. Воздух через штуцер 7 подается в распределительную камеру 5, откуда попадает в активные сопла 9, где разгоняется до звуковой скорости. Одно­временно суспензия через штуцер 2 поступает к смесительным соплам 10, где происходит ее подмешивание к потоку воздуха. Гидроабразивные струи 12, выходящие из смесительных сопел, имеют угол распыла β и пересекаются в плоскости X—X, за которой образуется сплошной гидроабразивный поток. В результате наложения и взаимодействии от­дельных гидроабразивных струй происходит выравнивание поля скоро­стей внутри сплошного потока. На некотором расстоянии L от смесительных сопел, которое зависит от угла распыла струи, выходного диаметра смесительных сопел и расстояния между их осями, ско­рости внутри потока выравниваются настолько, что обеспечивают равно­мерный съем материала с обрабатываемой поверхности.

       Для обработки поверхностей различных размеров без изменения по­ложения струйного аппарата активные сопла имеют запорные устрой­ства 8. Перекрывая доступ воздуха к части активных сопел, можно регулировать размеры зоны обработки, что расширяет технологиче­ские возможности струйного аппарата.

       В большинстве случаев плоские гидроабразивные струи формируют­ся струйными аппаратами, в которых смесительное сопло выполнено в виде щели. На рис. 4.33 приведены конструкции щелевых смеситель­ных сопел. Сопло (рис. 4.33, а) с размерами выходного отверстия 5X16 мм состоит из двух половин, соединенных винтами. На внутрен­нюю поверхность сопла нанесено износостойкое покрытие на основе карби­да вольфрама. Разъемная конструкция позволяет по мере износа покры­тия наносить новое, что значительно увеличивает срок службы сопла. На рис. 4.33, б показано щелевое сопло с размерами выходного отверстия 4X16 мм. Сопла данной конструкции изготавливаются пу­тем спекании абразивного порошка черного карбида кремния и имеют срок службы более 100 часов.

       На рис. 4.34 приведена конструкция струйного аппарата со щелевым соплом, предназначенного для обработки фасонных поверхностей (пресс-форм) . Аппарат работает следующим образом. Гидроабра­зивная суспензия через пульпопровод 2 поступает в корпус 1, который заканчивается насадкой прямоугольного сечения. Сюда же через трубопровод 4 поступает сжатый воздух. Смешиваясь с воздухом, суспен­зия разгоняется в камере смешивания и с большой скоростью выходит из щели под заданным углом, который регулируется с помощью подвес­ки 3, на обрабатываемую деталь 5.

       Для обработки лопаток ГТД используется струйный аппарат, показан­ный на рис. 4.35. Конструкция струйного аппарата позволяет устанав­ливать щелевые смесительные сопла с шириной выходного отверстия до 50 мм. Аппарат состоит из смесительного сопла 1, двух корпу­сов 2 и 10, соединенных винтами 4, активного сопла 3, закрепленного с помощью винтов 12 на переходни­ке 5, крышки в со штуцером 9 для подачи сжатого воздуха, крышки 7 со штуцером 15 для подачи суспен­зии, клина 14, приваренного к крыш­ке 6 и служащего для разделения потока суспензии, кронштейна 11 для крепления струйного аппарата, штифтов 13 для центрирования относительно друг друга смеситель­ного и активного сопел. Регулировка расстояния между выходным торцем активного сопла и входным горнем смесительного сопла осу­ществляется гайками 8. Смесительное сопло струйного аппарата по аналогии с соплом, показанным на рис. 4.33а состоит из двух поло­вин, на внутреннюю поверхность которых нанесено износостойкое покры­тие. При ширине выходного отверстия более 20 мм на внутренней поверхности сопла с равномерным шагом выполняются радиусные канав­ки, диаметры   DR   которых выбирают равными 1,2...1,5, а шаг   Hk 1,0—2,2  высоты hc   щелевою отверстии   При  этом  активное  сопло выполняется в виде ряда круглых отверстий, расположенных соосно с радиусными канавками. Данная конструкция смесительного и активного сопел обеспечивает равномерное распределение абразивных частиц по сечению гидроабразивной струи, что приводит к повышению производи­тельности обработки при более равномерном съеме материала.

       Было отмечено, что при прочих равных условиях (отно­шение площадей сечений, расходов и давлений подачи воздуха и суспен­зии и т. д.) струйные аппараты со щелевыми соплами обеспечи­вают более высокую производительность обработки, чем аппараты с круг­лыми соплами. Иллюстрацией этому служат графики на рис. 4.36.

       Результаты исследования шероховатости поверхности после струйной ГАО щелевыми соплами показали, что она не отличается от шерохова­тости, получаемой при обработке соплами с круглым выходным сече­нием. Это объясняется весьма близкими значениями скорости частиц на оси в плоской и круглой струях (см. рис. 3.37, 4.20) при изменении рас­стояния от среза смесительного сопла в диапазоне от 5мм до 150 мм. Следует отметить хорошую стабильность результатов измерений шерохо­ватости поверхности после обработки щелевыми соплами, что объясняется более равномерным съемом металла.

       Исследования остаточных напряжений после обработки плоской гидроабразивной струей показали, что при одинаковой глубине залегания они имеют несколько большие значения (на 5...8 %), чем при обработке струей круглого сечения. Увеличение напряжений происходит за счет уве­личения и более равномерного распределения по обрабатываемой по­верхности абразивных частиц, имеющих в момент удара максималь­ную скорость (скорость на оси струн).

8. ЗАКОН БЕРНУЛЛИ

       Закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

Здесь

— плотность жидкости,

     — скорость потока,

       — высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

— давление.

       Константа в правой части обычно называется напором, или полным давлением, а также интегралом Бернулли. Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости.

       Это соотношение, выведенное Даниилом Бернулли в 1738 г., было названо в его честь уравнением Бернулли. (Не путать с дифференциальным уравнением Бернулли.)

       Для горизонтальной трубы h = 0 и уравнение Бернулли принимает вид:   .

9. ВЫВОДЫ

       Практика показала, что многие ручные слесарно-зачистные операции и слесарно-полировальные операции могут быть успешно заменены высокоэффективной механизированное или автоматизированной струйной гидроабразивной обработкой. Этот метод обработки обладает высокими технологическими возможностями, он может использоваться для различных видов обработки, например, для: скругления острых кромок и сопряженных радиусов; полировки и шлифовки сложных поверхностей; удаления заусенцев и зачистки сварных швов; снятия со всей поверхности или локально дефектного слоя; подготовки поверхности под покрытие; снятия небольшого припуска с целью снижения шероховатости поверхности; удаления оксидных пленок, нагара, различных повреждений с поверхностей деталей. При этом обеспечивается высокая производительность и хорошее качество поверхностного слоя.

       Однако этот метод обработки еще не получил широкого распространения. Это объясняется, в первую очередь, тем, что инженерно-технические работники предприятий недостаточно осведомлены о технологических возможностях струйной гидроабразивной обработки, они не располагают необходимыми материалами по выбору параметров и режимов обработки, применяемых абразивах и составах суспензии, конструкций струйных аппаратов, имеющегося технологического оборудования и т.п.

       Учитывая это, нужно стремиться показать возможности струйной гидроабразивной обработки, привести необходимые данные по разработке технологических процессов с использованием данного метода обработки, описать конструкции и методики расчета струйных аппаратов.

10. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биргср И. Л. и др. Конструктивная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение. 1981.

2. Бородин В. В. Определение эффективных областей применения техноло­гических процессов изготовления лопаток компрессора ГТД. М.:  НИИМАШ 1983. № 2.

3. Виноградов В. Н., Сорокин Г. М., Албаганчев А. Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение. 1982.

4. Второв Е. Л., Мещеряков А. В., Беляев М. А., Шманев В. Л. Повышение технологической надежности деталей ГТД за счет внедрении гидроабразивной обработки на окончательных операциях изготовления // Материалы IX Всесоюз­ной научно-технической конференции «Конструкционная прочность двигателей». Куйбышев. 1983.

 5. Второв Е. Л., Мещеряков Л. В., Никифоров В. Г. Влияние режимов и схем гидроабразивной обработки образцов и лопаток ГТД на титановых и жаро­прочных сплином на производительности и качество поверхности // Прогрессивные методы в технологии производства авиадвигателей. Куйбышев: КуАИ. 1984..

6. Второв Е. Л., Мещеряков А. В., Попов Л. С, Никифоров В. Г. Влияние режимов гидроабразивной обработки жаропрочных и титановых сплавов на производительность и шероховатость//Прогрессивные методы проектирования технологических процессов и производства двигателей летательных аппаратов. Куйбышев: КуАИ. 1983.

7. Дейч М. Е., Филиппов Г. Л. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат. 1981.

8. Икрамов У. А. Расчетные методы оценки абразивного износа. М.: Машиностроение.1987.

9. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение.1978.

10. Колымцев П. Т. Жаростойкие диффузионные покрытии. М.: Металлургия.1979.

11. Кононов В. К. Определение поверхностных напряжений с применением электронного автоматического самопишущего потенциометра ЭПП-09М // Высоко­эффективные методы механической обработки жаропрочных и титановых сплавов. Куйбышев; КуАИ. 1981.

12. Костенецкий  Б.   И. Износостойкость металлов. М.: Машиностроение.

1980.

13. Кошелев А. А., Эйзнер Л. А. Технологии и оборудование для автоматизированной гидроабразивной обработки деталей // Автоматизация техно­логических процессов в области машиностроения для животноводства и кормо­производства. Ростов-на-Дону: НИИТМ. 1981.

14. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977.

15. Мартынов А. И. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами. Саратов: Издательство Саратовского ун-та. 1981.

16. Мещеряков А. В., Второв Е. А., Никифоров В. Г. К вопросу о выборе геометрических параметров струйно-абразивного аппарата //Совершенствование технологических процессов изготовления и сборки авиадвигателей. Куйбышев: КуАИ. 1988.

Страницы: 1, 2, 3