Спосіб надтонкої абразивної обробки отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю

Реферат: Спосіб надтонкої абразивної обробки отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю абразивними інструментами з карбіду кремнію зеленого на гліфталевій зв'язці, в якому оброблювана деталь обертається навколо своєї осі з одночасним зрізанням стружки з поверхні отвору абразивним інструментом при його обертанні навколо осі, паралельної осі отвору деталі і застосуванням мастильно-охолоджуючої рідини зі складом, об. %: олеїнова кислота - 4÷9; мурашина кислота - 3÷5; щавлева кислота - 2÷3; гліцерин 10÷15; дисульфід молібдену - 3÷5; 10 %-й водний розчин аміаку - 2÷3; індустріальне мастило "И-20" - 9÷10; дистильована вода - решта. Вказана рідина змішується протягом 60÷70 хв у герметичних ультразвукових ваннах за тиску 3+5 атм. і частоти коливань ультразвуку в межах 25÷50 кГц. UA 103588 U (12) UA 103588 U UA 103588 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі технології машинобудування, зокрема до способів високоточних оздоблювальних методів обробки поверхонь отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, що належать до класу важкооброблюваних сплавів зі спеціальними властивостями, наприклад деталей аерокосмічної техніки, газотурбінних систем, компресорних станцій магістральних трансєвропейських газогонів та деталей тертя (підшипники ковзання, вкладні, сегменти) високошвидкісних поліграфічних машин офсетного друку, що працюють в умовах тертя при жорстких режимах експлуатації (температура до 900 °C, тиск 5,0÷8,0 МПа або швидкості обертання до 500 об/хв, агресивне оточуюче середовище - кисень повітря, виробничий пил з абразивною здатністю). Високоточне фінішно-оздоблювалювальне оброблення вказаних важкооброблюваних композитних матеріалів відомими технологічними методами не забезпечує виконання необхідних технічних вимог до якості поверхонь таких деталей, які піддаються при роботі інтенсивним експлуатаційним навантаженням, що впливає на техніко-економічні показники спеціальної техніки, зокрема на параметри надійності (зносостійкість, довговічність, ремонтоздатність). Ці показники залежать від параметрів якості поверхонь оброблення деталей вказаної техніки (шорсткість, величина та глибина наклепу, величина та знак залишкових напружень поверхневої зони). Відомий спосіб прецизійного оброблення важкооброблюваних матеріалів, зокрема, високо зносостійких композитів на основі шламових відходів інструментальних сталей, при застосуванні якого досягають високої якості робочих поверхонь тертя деталей шляхом використання мастильно-охолоджуючих рідин - (МОР), що являють собою складну суміш багатьох речовин з певним їх пропорційним співвідношенням [1]. Проте використання цих МОР для надтонкої абразивної обробки композитів на основі нікелю - неможливе, бо фізична сутність процесу різання важкооброблюваних нікелевих сплавів корінним чином відрізняється від процесу різання інших типів аналогічних матеріалів, зокрема, композитів, що, наприклад, синтезовані зі шламових відходів штампових та швидкорізальних інструментальних сталей і містять у своєму складі вольфрам, молібден, ванадій, титан та ніобій, що є головним чинником їх важкої механічної (насамперед, абразивної) оброблюваності. Нікелевим композитам типу ХН55ВМТКЮ та ХН50ВТФКЮ притаманна підвищена в'язкість, що сприяє утворенню наростів на ріжучих кромках абразивного зерна, обумовлюючи суттєву зміну геометричних параметрів їх ріжучого леза (радіуса заокруглення вершини зерна, головного кута різання при вершині), а, отже, незаперечний перерозподіл (у бік погіршення) складових сил різання та миттєвих контактних температур. Усе це веде до погіршення якості поверхні оброблення і супроводжується змінами дисперсності структури активного шару, а також невизначеністю локалізації у ньому поверхневої деформації при терті. Покращити вказану ситуацію при тонкому шліфуванні нікелевих композитів МОР, що використовуються для абразивного оброблення композитних матеріалів на основі інструментальних сталей, суттєво не вдається. Найбільш близьким до корисної моделі по технічній суті та ефекту, що досягається, є надтонке внутрішнє шліфування отворів деталей на верстатах прецизійної точності за допомогою спеціальних абразивних інструментів із застосуванням як мастильно-охолоджуючих засобів 3 % водного розчину емульсії, індустріальних мастил, гасу та охолоджуючих рідин "Укрнітол" та "Волжаночка" [2]. Недоліками відомого способу [2] є технічна неможливість забезпечення мінімізації параметрів наклепу та шорсткості поверхні в оброблюваній зоні та відсутність засобів керування процесом надтонкої абразивної обробки для підвищення параметрів якості поверхонь тертя. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості поверхонь обробки отворів деталей тертя з високолегованих важкооброблюваних композитних матеріалів на основі нікелю шляхом зрізання тонких стружок абразивними зернами інструменту за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки завдяки зменшенню тертя зерен інструменту по поверхні оброблення. При цьому застосовується спеціальний склад мастильно-охолоджуючої рідини (МОР). Поставлена задача досягається тим, що у запропонованому способі надтонкої абразивної обробки отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі відходів нікелю здійснюється обробленням абразивними інструментами з карбіду кремнію зеленого на гліфталевій зв'язці, в якому оброблювана деталь обертається навколо своєї осі з одночасним зрізанням стружки з поверхні отвору абразивним інструментом при його обертанні навколо осі, паралельної осі отвору деталі і застосуванням мастильно-охолоджуючої рідини зі складом, 1 UA 103588 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 об. %: олеїнова кислота - 4÷9; мурашина кислота - 3÷5; щавлева кислота - 2÷3; гліцерин - 10÷15; дисульфід молібдену - 3÷5; 10 %-й водний розчин аміаку - 2÷3; індустріальне мастило "И-20" 9÷10; дистильована вода - решта, який відрізняється тим, що вказана рідина змішується протягом 60÷70 хв у герметичних ультразвукових ваннах за тиску 3÷5 атм. і частоти коливань ультразвуку в межах 25÷50 кГц та безперервно протягом технологічного процесу оброблення поверхонь у стані постійного перемішування подається у зону обробки зі швидкістю 2÷5 л/хв, при цьому мастильно-охолоджуюча рідина (МОР) повинна надходити у зону різання в охолоджувальному стані до температури 10÷12 °C. Спосіб здійснюється наступним чином. Деталь циліндричної форми з оброблюваним отвором затискається у пристрої верстату. Абразивний інструмент у вигляді абразивного круга з карбіду кремнію зеленого на гліфталевій зв'язці розміщується у отворі деталі так, щоб вісь обертання круга була паралельна осі обертання деталі. Одночасно абразивні зерна входять у робочий контакт з поверхнею оброблення і інструменту надається переміщення вздовж осі деталі, при цьому в зону зрізання стружки подається мастильно-охолоджуюча рідина наступного складу, об. %: олеїнова кислота 4÷9; мурашина кислота - 3÷5; щавлева кислота - 2÷3; гліцерин - 10÷15; дисульфід молібдену 3÷5; 10 %-й водний розчин аміаку - 2÷3; індустріальне мастило "И-20" - 9÷10; дистильована вода - решта. Компоненти рідини безпосередньо перед застосуванням протягом 60÷70 хв змішують в ультразвукових ваннах за тиску 3÷5 атм. і частоти коливань ультразвуку в межах 25÷50 кГц, а після цього у стані постійного перемішування рідина подається у зону обробки зі швидкістю 2÷5 л/хв. протягом всього технологічного процесу оброблення поверхонь отворів деталей тертя, при цьому мастильно-охолоджуюча рідина (МОР) повинна надходити у зону різання в охолодженому стані до температури ~ 10÷12 °C. Спосіб реалізується за схемою, наведеною на кресленні. Деталь 1 з отвором затискається у пристрої 3 верстата прецизійної точності і обертається зі швидкістю Vд. Абразивний круг 2 з відповідною оправкою розташовується в отворі деталі і обертається зі швидкістю Vі. Абразивний круг 2 за розрахунок відповідної кінематики верстату здійснює переміщення вздовж осі оброблення зі швидкістю Vn. Круг 2 має жорсткий контакт з деталлю 1, внаслідок чого зрізується припуск на обробку t. В процесі зрізання стружок з поверхні оброблення у ріжучу зону за допомогою трубопроводу 4 подається мастильно-охолоджуюча рідина 5 наступного складу, об. %: олеїнова кислота - 4÷9; мурашкова кислота - 3÷5; 10 %-й водний розчин аміаку - 2÷3; індустріальне мастило "И-20" 9÷10; щавлева кислота - 2÷3; дисульфід молібдену - 3÷5; гас - 65÷70; дистильована вода решта. Особливостями даного способу обробки деталей є не тільки попереднє ретельне змішування мастильно-охолоджуючої рідини протягом 60÷70 хв. в ультразвукових ваннах за тиску 3÷5 атм. і частоти коливань ультразвуку в межах 25÷50 кГц, але й інтенсивна подача рідини у стані постійного перемішування у зону обробки зі швидкістю 2÷5 л/хв протягом всього технологічного процесу оброблення поверхонь отворів деталей тертя, при цьому мастильноохолоджуюча рідина (МОР) повинна надходити у зону різання в охолодженому стані до температури 10÷12 °C. Завдяки цьому досягається ефект зменшення тертя абразивних зерен з оброблюваною поверхнею, що обумовлює суттєве зниження складових сил різання, які виникають при стружкоутворенні. Ці фактори, у свою чергу, впливають на фактичну температуру різання та переріз стружки, що призводить до покращення якості поверхні оброблення, зокрема, суттєво (на 20-30 %) зменшуються параметри шорсткості, спотворення поверхневих шарів (напруження II-го роду, 50 a ) як основної характеристики наклепу, при цьому одночасно відбувається a зменшення (на 30-35 %) глибини проникнення наклепу у поверхневий шар деталі. Це безпосередньо впливає на параметри довговічності та зносостійкості готових виробів. При використанні традиційних технологій оброблення отворів деталей параметри якості поверхонь оброблення знижуються (табл. 1, 2). 2 UA 103588 U Таблиця 1 Вплив складу мастильно-охолоджуючої рідини на параметри якості поверхні при обробці отворів деталей з композитного матеріалу на основі нікелю ХН55ВМТКЮ при застосуванні абразивного круга з карбіду кремнію зеленого зернистістю 28 мкм на гліфталевій зв'язці 63СМ28Гл Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Параметр Спотворення Глибина шорсткості Ra, II-го роду наклепу h, мкм -4 мкм Δа/а·10 0,700 8-10 18-20 Обробка згідно з запропонованим способом Параметр Спотворення Глибина шорсткості Ra, ІІ-го роду наклепу h, мкм -4 мкм Δа/а·10 0,585 6,5-7,5 16-17 Таблиця 2 Вплив швидкості подачі мастильно-охолоджуючої рідини у зону різання на якість поверхні при абразивній обробці отворів деталей з композитного матеріалу на основі нікелю Параметри якості поверхні Швидкість подачі МОР у зону Параметр шорсткості Глибина Спотворення ІІ-го роду оброблення л/хв -4 Ra, мкм наклепу h, мкм Δа/а·10 0,5-1 0,580 6,5-7,5 14,5-15,5 2-5 0,590 6,5-7,5 15,5-16,5 5-8 0,600 8,5-9,5 17-17,5 9-12 0,630 11,0-12,0 18,0-18,5 5 10 15 Спосіб надтонкої абразивної обробки отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю може використовуватись при обробці спеціальних деталей для аерокосмічних систем, деталей тертя газотурбінних і компресорних станцій магістральних газогонів, ракетних двигунів та швидкісних підшипників ковзання поліграфічних машин офсетного друку. Джерела інформації: 1. Спосіб тонкої абразивної обробки циліндричних отворів деталей обертання з високолегованих композитів: пат. № 818449 Україна: МПК (2006.01) В24В 5/01 /Гавриш А.П., Роїк Т.А., Киричок П.О., Мельник О.О., Віцюк Ю.Ю., Гавриш О.А.; опублік. 10.07.2013, Бюл. № 13. 2. Гавриш А.П., Мельничук ПП. Фінішна алмазно-абразивна обробка магнітних матеріалів. Житомир: вид. Житомирського держ. техн. ун-ту, 2004. - 552 С. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Спосіб надтонкої абразивної обробки отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю абразивними інструментами з карбіду кремнію зеленого на гліфталевій зв'язці, в якому оброблювана деталь обертається навколо своєї осі з одночасним зрізанням стружки з поверхні отвору абразивним інструментом при його обертанні навколо осі, паралельної осі отвору деталі, і застосуванням мастильно-охолоджуючої рідини зі складом, об. %: олеїнова кислота - 4÷9; мурашина кислота - 3÷5; щавлева кислота - 2÷3; гліцерин - 10÷15; дисульфід молібдену - 3÷5; 10 %-й водний розчин аміаку - 2÷3; індустріальне мастило "И-20" 9÷10; дистильована вода - решта, який відрізняється тим, що вказана рідина змішується протягом 60÷70 хв у герметичних ультразвукових ваннах за тиску 3+5 атм. і частоти коливань ультразвуку в межах 25÷50 кГц та безперервно протягом всього технологічного процесу оброблення поверхонь у стані постійного перемішування подається у зону обробки зі швидкістю 2÷5 л/хв, при цьому мастильно-охолоджуюча рідина (МОР) повинна надходити у зону різання в охолодженому стані до температури ~ 10÷12 °C. 3 UA 103588 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4