Глубинное шлифование турбинных лопаток из труднообрабатываемых материалов с применением планетарных шлифовальных головок

11_Statya_09Адсорбционно-пластифицирующий эффект (АПЭ), под которым принято понимать комплекс явлений, протекающих на микроуровне на поверхности раздела «твердое тело-среда» при деформировании и разрушении металлов в условиях воздействия адсорбционных сред и приводящих к изменению характера и энергосиловых параметров деформирования материала на макроуровне. Адсорбционно-пластифицирующий эффект проявляется практически повсеместно и чаще всего оказывает значительное влияние на энергетические и силовые параметры процесса деформирования и разрушения металлов, однако условия его протекания и степень проявления при шлифовании остаются пока малоизученными, хотя и представляют большой практический интерес. При этом современные методы формообразования чаще всего не обеспечивают возможности проявления АПЭ в наиболее полной возможной мере, а существующие представления о возможности проявления АПЭ и его роли при шлифовании требуют своего уточнения. Следовательно, была предложена методика и критериальные условия определения и обеспечения проявления АПЭ в зоне обработки. Показано, что кинематические параметры известных способов глубинного шлифования не обеспечивают условий проявления АПЭ. Предложен способ плоского глубинного шлифования с помощью планетарно-шлифовальной головки (ПШГ), кинематические параметры которой обеспечивают условия проявления АПЭ. Найдена точная временная зависимость температуры в зоне контакта, которая позволяет управлять прерывистостью процесса шлифования с целью устранения прижогов на обрабатываемой поверхности. Экспериментально установлено, что использование рациональных кинематических параметров обработки с помощью ПШГ способствует снижению энергетических и силовых параметров в 1,5…3 раза, увеличению производительности в 1,5…2,5 раза, снижению температуры обработанной поверхности до 50…600С, упрочнению поверхности и улучшению физико-механических показателей образуемых поверхностей по глубине, увеличению стойкости и износостойкости абразивного инструмента не менее, чем в 2…5 раз. Установлено, что применение ПШГ позволяет вести качественную обработку даже без применения СОЖ. Был предложен новый технологический процесс, в котором предлагается заменить операции глубинного шлифования на операции планетарного глубинного шлифования при изготовлении лопаток ТВД.

Повышение производительности обработки при обычных методах шлифования всегда сопровождается повышением температуры в зоне резания, что приводит к дефектам в виде шлифовальных трещин и припалин.

Таким образом, исследования, которые направлены на повышение производительности шлифования без повышения температуры в зоне резания более критической, путем усовершенствования кинематики процессов формообразования плоских и плоско-фасонных поверхностей деталей из труднообрабатываемых материалов, являются актуальными, имеющими как практическое, так и чисто теоретическое значение.

Данные исследования проводились на кафедре «Технология производства авиационных двигателей» Национального аэрокосмического университета им. М. Е. Жуковского «ХАИ» совместно с отделом общетехнических исследований в энергомашиностроении Института проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, и направлены на создание техники и технологии планетарного глубинного шлифования, обеспечивающих отсутствие трещин при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов за счет создания условий для взаимодействия компонентов смазочно-охлаждающей технологической среды с образованными во время резки ювенильными участками обрабатываемой поверхности в достаточном для адсорбционно-пластифицирующего эффекта в объеме.

11_Statya_09-02В связи с этим возникает необходимость решения следующих задач:

  1. Проанализировать кинетику механохимических процессов при абразивном диспергировании деталей и установить критериальные условия, относительно проявления адсорбционно-пластифицирующего эффекта при плоском глубинном шлифовании.
  2. Установить пути интенсификации процесса глубинного шлифования деталей из труднообрабатываемых материалов, определить наиболее эффективный и перспективный из предложенных методов.
  3. Найти конструктивные, кинематические и технологические параметры предложенного метода, обеспечивающего благоприятные условия стружкообразования за счет адсорбционно-пластифицирующего эффекта.
  4. На базе решения уравнений теплового баланса при глубинном шлифовании с помо-щью планетарно-шлифовальных головок (ПШГ) найти временную зависимость температуры в зоне контакта, которая позволит регулировать тепловой режим обработки во избежание дефектов в виде трещин и пришлось.
  5. Провести экспериментальное исследование влияния режимов процесса глубинного шлифо-вания с помощью ПШГ на энергосиловые показатели и на формирование физико-механических свойств поверхностных слоев труднообрабатываемых материалов.
  6. Определить экономическую эффективность предложенных техники и технологии по сравнению с традиционными методами обработки плоских и плоско-фасонных поверхностей турбинных лопаток.

Теоретическое выявление конструктивных, кинематических и технологических параметров процесса плоского глубинного шлифования выполним с помощью анализа кинематики планетарного движения абразивного инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Моделирование тепловых явлений исследуемого процесса проведем на базе решения уравнений теплового баланса при глубинном шлифовании с помощью планетарных шлифовальных головок.

Экспериментальные исследования выполняем в лабораторных условиях с применением современных методов исследования и измерительной аппаратуры. Физико-механические свойства поверхностных слоев обрабатываемых материалов определяем с помощью приборов «Пион-2», пирометра «Нимбус-500» и микротвердомера ПМТ-3.

В результате получаем методику расчета рациональных значений конструктивных, кинематических и технологических параметров процесса формообразования плоских поверхностей с помощью планетарно-шлифовальных головок, при которых выполняются критериальные требования по адсорбционно-пластифицирующем эффекте при шлифовке, проявление которого вызывает снижение удельной эффективности шлифования в 1,5 … 3 раза, при этом температура в зоне резания снижается до величин, при которых исключается вероятность возникновения шлифовальных трещин и припалин. Это способствует повышению эффективности шлифования труднообрабатываемых материалов.

Для воспроизведения планетарного глубинного способа шлифования плоских поверхностей изготовлен промышленно-опытный образец планетарно-шлифовальной головки (ПШГ), использование которой позволило повысить производительность шлифования труднообрабатываемых материалов (по отношению к традиционному глубинному) в 3‑5 раз, при этом уменьшить на порядок (или исключить) объем смазочно-охлаждаемой жидкости и полностью исключить вероятность возникновения шлифовальных трещин и припалин. ПШГ испытана на ПО «Ленинградский завод турбинных лопаток» им. 50‑летия СССР, г. Санкт-Петербург, ГП НПО «Зоря-Машпроект», г. Николаев и внедрена на опытном производстве ИПМаш НАН Украины.

11_Statya_09-03Предложенный метод, критериальной оценки наличия условий для проявления адсорбционного эффекта при шлифовке, обуславливает достижение указанных требований за счет управления кинематическими параметрами процесса, либо за счет электрохимических, химических и других воздействий на процесс взаимодействия СОЖ с обрабатываемой поверхностью, либо за счет одновременного использования того и другого одновременно.

Можно утверждать, что кинематические параметры известных режимов и методов плоского глубинного шлифования не обеспечивают выполнение критериальных требований для проявления адсорбционно-пластифицирующих эффекта, поэтому известные процессы требуют усовершенствования.

Теоретически обосновано и экспериментально исследованы кинематический способ интенсификации процесса плоского глубинного шлифования путем применения планетарно-шлифовальных головок (ПШГ), которые обеспечивают условия обеспечения критериальных требований для проявления адсорбционно-пластифицирующего эффекта.

Экспериментально установлено, что использование рациональных значений кинематических параметров шлифования деталей из труднообрабатываемых материалов, при которых обеспечиваются критериальные условия для проявления адсорбционно-пластифицирующего эффекта, качественно изменяет процесс стружкообразования и способствует повышению его эффективности, которое выражается как:

  • уменьшение энергетических и силовых параметров в 1,5 … 3 раза;
  • увеличение производительности 1,5 … 2,5 раза;
  • снижение температуры в зоне резания до значений, при которых полностью исключается вероятность возникновения шлифовальных трещин и припалин (температура обработанной поверхности не превышает 50 … 600С);
  • повышение микротвердости поверхности и изменение к лучшему распределению физико-механических показателей образуемых поверхностей по глубине;
  • повышение в 2 … 5 раз устойчивости и износостойкость абразивного инструмента;
  • уменьшение на порядок потребностей в расходах охлаждающей жидкости, причем требования к их физико-химических свойств становятся менее критичными.

Соответственно, шлифование с помощью планетарно-шлифовальной головки позволяет вести высококачественную глубинную обработку даже без применения смазочно-охлаждающей жидкости. СОЖ используется только для уменьшения пылеобразования при шлифовке.

Горбачёв А.А.


Комментарии (0)