УДК 621.9.047

Сравнение методов полирования деталей «Моноколесо»

Куширов Сергей Владимирович – магистрант Уфимского университета науки и технологий

Рахимова Гузалия Хуснулловна – магистрант Уфимского университета науки и технологий

Криони Николай Константинович – профессор Уфимского университета науки и технологий

Аннотация: В настоящей статье подробно рассмотрена обработка деталей «Моноколесо» ГТД методом сухого электрополирования, проведен сравнительный анализ с технологией виброгалтовки, предложена схема будущей установки.

Ключевые слова: сухое электрополирование, виброгалтовка, моноколесо, окончательная обработка поверхностей деталей.

Для деталей авиастроения характерна сложная геометрия, что предполагает большое количество операций ручной полировки (шлифовки) на пути к конечному изделию.

Поэтому и существует еще одна проблема: получение стандартного качества от изделия к изделию, потому что ручные методы не позволяют получить повторяемость.

СЭП представляет собой процесс электросухого полирования, который особенно подходит для использования в авиастроении по нескольким причинам. Во-первых, он сохраняет первоначальную форму деталей, не затирая острых углов и кромок, как это делает механическая обработка, и при этом удовлетворяет всем допускам формы. Во-вторых, он обеспечивает зеркальную полировку и повторяемость результатов.

Суть процесса СЭП заключается в использовании гранул-анионитов, содержащих жидкий электролит внутри себя, чтобы обеспечить ионный унос материалов с поверхности детали. Благодаря этому процессу, названному «сухим электрополированием», между обрабатываемой деталью (катодом) и внешним электродом (анодом) создается разность потенциалов, которая обеспечивает унос материала детали с выступов на ее поверхности. Таким образом, СЭП позволяет эффективно и точно обрабатывать детали в авиастроении.

Гранулы-аниониты представляют собой электрические твердые тела, содержащие тот или иной вид электролита, который подбирается в зависимости от типа металла или сплава. Гранулы могут обеспечить электрический ток при содержании его ниже уровня насыщения, что позволяет гарантировать отсутствие свободной жидкости на поверхности частиц.

С помощью СЭП процессы снижают сложность и становятся автоматическими, что уменьшает трудозатраты и исключает брак, что приводит к экономии расходов, уменьшению времени и оптимизации производства.

На многих предприятиях широко используется трехкоординатная виброуставка, при которой микроудары гранулами шлифовального материала наносятся последовательно на поверхность деталей под воздействием направленной вибрации. Это позволяет выемки металлов через механическую или химическую дисперсию частиц металла и их окислов с поверхности абразивными гранулами.

Выемка металлов происходит вследствие механической или химической дисперсии мельчайших частиц металла и их окислов с обработанной поверхности абразивными гранулами.

Схема вибрационной обработки приведена на рисунке 1.

1

Рисунок 1. Схема вибрационной обработки деталей.

Для обработки деталей в рабочую камеру 2 загружают детали 1 и шлифовальный материал. Основание 3 вибрирует с частотой f и амплитудой А=0,5...9 мм, таким образом, за счет вибрации детали и шлифовальный материал осуществляют относительное интенсивное движение, включая колебания и циркулярное движение, что позволяет равномерно обработать все поверхности. В процессе обработки детали могут переориентироваться и менять зоны рабочей камеры. Технологическая жидкость подается для улучшения процесса обработки, а используемый абразивный материал может варьироваться в зависимости от требуемого качества поверхности и формы покрытий, металлических или неметаллических.

Существуют основные факторы, которые влияют на интенсивность виброобработки и включают в себя амплитуду А и частоту f, длительность цикла обработки, объем и степень заполнения рабочей камеры, а также механические свойства материала обрабатываемых деталей.

При скорости гранулы шлифовального материала в диапазоне от 0,3 до 1 м/с, ускорения находятся в пределах 20-150 м/с, а силы микроударов находятся в диапазоне от 1,5 до 30 Н. Во время процесса абразивного микрорезания генерируется тепловая энергия, однако средняя температура в рабочей камере не превышает 30-40 градусов Цельсия. Динамический эффект от шлифовального материала на деталь возрастает с увеличением глубины погружения детали и зависит от расстояния деталей до стенок рабочей камеры, параметров вибрации А и fк или размера гранул. Однако может возникнуть неравномерность снятия металла и различия качества поверхности деталей в рамках одной партии, которые были обработаны в рамках одного загруза.

Во время вибрационной обработки происходит обработка поверхности за счет многократного воздействия микроударов гранул, абразивного материала. Эти микроудары приводят к изменению геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя (таких как шероховатость и толщина) и структуры.

Существует несколько технологических схем обработки деталей вибрационным способом:

  • обработка свободных деталей, которые находятся в камере;
  • обработка тяжелых или крупных деталей, закрепленных в специальные приспособления;
  • чистка и обработка длинных деталей типа прутков, профилей или проволоки путем медленного перемещения их через окна рабочей камеры;
  • шпиндельная виброотделка.

2

Рисунок 2. Деталь, обработанная в виброустановке.

3

Рисунок 3. Увеличенный вид обработанной поверхности (х10).

Преимущества:

  1. Во время виброшпиндельной обработки одним из основных движений является вращение детали. Благодаря вращению рабочей камеры шлифовальный материал двигается и его плотность уменьшается, что позволяет свободно загружать в камеру шпиндели детали, которые уже были обработаны.
  2. На шпинделях могут быть установлены различные детали. Они также могут располагаться вертикально, горизонтально или под разными углами. В их распоряжении могут быть как вращательные, так и осцилляционные или качательные движения.

Что касается недостатков:

  1. Использование виброшпиндельной обработки не является эффективным методом для достижения высокого качества поверхности деталей, изготовленных из цветных металлов. Это связано с тем, что быстро вращающаяся поверхность детали подвергается ударному воздействию частиц шлифовального материала, что приводит к образованию отдельных глубоких кратеров на поверхности.
  2. При шлифовке детали, вокруг которой вращается шлифовальный материал, возникает "свод", состоящий из его частиц, формирующихся под действием центробежных сил и аэродинамического взаимодействия с воздушным слоем. Этот воздушный слой мешает достичь полного контакта между шлифовальным материалом и поверхностью детали, что снижает эффективность финишной обработки.
  3. Различные приспособления в виде контейнеров;
  4. Ежедневное загрязнение рабочего места;
  5. Требуется дополнительная комната для запуска установки;
  6. Огромная вредность для здоровья.

В качестве эксперимента была проведена обработка лопаток на лабораторной установке DLyte100.

Технология DLyte – технология сухой электрополировки, в которой сухой порошковый электролит взаимодействует со стальной деталью и делает ее поверхность ровной.

Это происходит благодаря тому, что частицы электролита достигают всех внутренних полостей объектов, которые недоступны механически. DLyte может покрывать все металлические детали, полученные в результате разных производственных процессов.

Созданное DLyte решение для шлифования и полировки поверхностей из самых распространенных металлических сплавов имеет сразу несколько преимуществ:

  • полная автоматизация процесса, один щелчок кнопки и час ожидания до результата;
  • высокое качество получаемых поверхностей с сохранением формы и геометрии;
  • обеспечение безопасности оператора от пыли и испарений.

Благодаря универсальности DLyte можно полировать литые, 3D -печатные и фрезерованные поверхности, а также обрабатывать их.

Технология роботизации позволяет использовать их с роботами, используя их для создания автоматизированных ячеек высокой производительности, которые могут работать без остановки.

Недостатками являются:

  1. Бывает, что не всегда удается обработать радиус скругления перьев к замку.
  2. Спустя более чем 200 часов после эксплуатации рычажный механизм вышел из строя. Причиной стал обрыв силовых проводов, которые подводят напряжение к обрабатываемой детали и катоду.
  3. В данный момент невозможно назначать широкий спектр технологических режимов для обработки различных отечественных материалов на данном станке (режимы устанавливаются последовательно).
  4. Это очень дорогой и некачественный товар, который не может быть качественным.

По результатам работы было принято решение разработать собственную (отечественную) установку по сухому электрополированию деталей. Для установки будет использована принципиальная схема виброгалтовки, которая является самой технологичной. С DLyte100 будут взяты необходимые конструкции токоподводов и компрессоров. Также будет дополнительно введен электродвигатель, который будет задавать вращение стола, на котором будет установлены приспособление с деталью.

В будущем на установке можно будет обрабатывать радиус скругления пера лопатки в замке, а также любые труднодоступные места детали. Кроме этого, стоимость установки будет в несколько раз ниже, чем у DLyte100.

Список литературы

  1. Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: теория и практика. Влияние на свойства металлов. 2-е изд., перераб. и доп.: Машиностроение, Ленигр. отд-е, 1987. 232 с.
  2. Макаров В.Ф., Бычина Е.Н., Чуян А.О. Математическое моделирование процесса полирования лопаток газотурбинных двигателей // Авиационно-космическая техника и технология.
  3. Мингажев А.Д. и др. Патент РФ № 2716330. Способ обработки перфорационных отверстий и внутренней полости лопатки турбомашины. Заявка № 2019137220. Бюл. № 8. 11.03.2020.
  4. Patent WO 2017/186992, IPC C25F 3/16 (2006.01). Method for smoothing and polishing metals via ion transport by means of free solid bodies, and solid bodies for carrying out said method / Sarsanedas Millet Pau. – 2017.
  5. Конструирование и расчет технологического оборудования: курс лекций для студентов инженер. специальностей / Н. М. Федосов. – Барановичи: РИО БарГУ, 2010. – 148 с.
  6. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. / В. И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 2006.

Интересная статья? Поделись ей с другими: