Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю

Реферат: Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення. Робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення. Для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 3,0-10,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з кількістю оксиду титану ТіО2 у складі абразиву 1,9-2,0 %. При цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 100-110 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 10-15 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 25-30 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,7-2,0 МПа. UA 104869 U (12) UA 104869 U UA 104869 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, синтезованих на основі відходів виробництва деталей з нікелевих сплавів, що належать до класу важкооброблюваних сплавів зі спеціальними властивостями, наприклад деталей тертя (підшипники ковзання, вкладні сегменти) високошвидкісних поліграфічних машин офсетного друку, що працюють в умовах тертя при жорстких режимах експлуатації (температура до 800-900 °C, тиск 5,0-8,0 МПа, швидкості обертання до 1-5 м/с, агресивне зовнішнє середовище - кисень повітря, абразивний пил, випромінювання УФ-ламп та інше), а також деталей аерокосмічної техніки, компресорних станцій магістральних газогонів та спеціальних деталей військової техніки. Відомий спосіб тонкого абразивного оброблення високолегованих зносостійких матеріалів пермалоєвого класу типу 79НМ, 80НХС, 81НМТ, Mu-metal, Supermaloy та Sinko системи "нікельзалізо-хром-титан", при застосуванні якого використовують дрібнозернисті інструменти з карбіду кремнію зеленого (63С), зернистістю 10-14 мкм на еластичній гліфталевій зв'язці (Гл), а обробку поверхонь здійснюють, призначаючи оздоблювальні режими різання [1]. Недоліком цього способу є те, що при обробленні поверхонь деталей з підвищеним складом нікелю у матеріалі під час зрізання тонких стружок з невеликим їх перерізом, а саме такими є композитні сплави на основі нікелю ХН55ВМТКЮ та ХН50ВТФКЮ, відбувається миттєве окиснення субмікронних часток елементів стружки, активне налипання їх до ріжучої кромки абразивного зерна карбіду кремнію зеленого, що, решті-решт, змінює умови різання у зоні обробки, зокрема веде до збільшення радіуса заокруглення та кута різання при вершині ріжучого поодинокого зерна, що обумовлює передчасну втрату ріжучої здатності абразивного інструмента, суттєво змінює формування силового та температурного полів у зоні тонкого фінішного абразивного оброблення і, решті-решт, стає причиною суттєвого зниження параметрів якості поверхні деталі, що підлягає обробці. Також відомий спосіб оброблення поверхонь композитних деталей абразивними інструментами з карбіду кремнію зеленого 63СМ14СМ2Гл з інтенсивним застосуванням для обробки мастильно-охолоджувальної рідини (МОР) і використанням тонких режимів різання [2]. Спосіб (2) по суті та ефекту є найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, і тому був вибраний як прототип. Недоліком вказаного способу є те, що в результаті його застосування на практиці не вдасться отримати параметри шорсткості поверхні обробки Ra менші 0,600-0,650 мкм і глибини наклепу (дефектного шару деталі) меншого 8-10 мкм, що не дає змоги у перспективі підвищити зносостійкість та довговічність деталей тертя поліграфічних машин. Крім того, при застосуванні для фінішного оброблення пермалоєвих сплавів на основі нікелю абразивних інструментів з карбіду кремнію зеленого було встановлено, що плівка вторинних структур, що виникає на поверхні оброблення, має ознаки, які відзначаються відсутністю ділянок сколу, глибинних вирв та руйнації втомлюваності. Це веде до утворення дрібнозернистої структури активного шару деталі і локалізує у ньому поверхневу деформацію при терті, що є негативним фактором. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості поверхонь обробки отворів деталей тертя з високолегованих важкооброблюваних композитних матеріалів на основі нікелю шляхом застосування абразивного хонінгування зі зрізанням тонких стружок абразивними зернами інструмента за рахунок суттєвого зниження складових сил різання у зоні обробки та завдяки ускладненню траєкторії переміщення ріжучого абразивного зерна відносно оброблюваної поверхні отвору деталі. Це створює необхідні можливості для суттєвого зменшення перерізу стружки az, що зрізується з поверхні оброблення деталі і, відповідно, зменшуючи складові сил різання, сприяє формуванню більш якісної поверхні (параметр шорсткості Ra, глибина та ступінь наклепу, знак і величина залишкових напружень). Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованому способі хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення, а хону-оправці надають обертальні рухи з нормованою швидкістю навколо своєї осі та плавні переміщення з заданою швидкістю вздовж осі поверхні оброблення і одночасно з цим надають поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з відповідною частотою та амплітудою, згідно з корисною моделлю, для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 3,0-10,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з 1 UA 104869 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кількістю оксиду титану ТіО2 у складі абразиву до 1,9-2,0 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 100-110 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 10-15 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 25-30 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,7-2,0 МПа. Спосіб здійснюється наступним чином. Деталь з композитного матеріалу на основі нікелю з оброблюваним отвором циліндричної форми затискається у пристрої хонінгувального верстату для обробки з вертикальним розташуванням осі отвору, що оброблюється. Абразивні інструменти для обробки отворів деталі у вигляді дрібнозернистих брусків з відповідного абразивного матеріалу розміщуються у хоні-оправці для оброблення так, що вісь оправки точно співпадає з розташуванням осі отвору обробки, а бруски міцно притискуються з заданою силою до поверхні оброблення. Одночасно обробляюча хон-оправка з абразивними брусками обертається з нормованою швидкістю навколо своєї осі, виконує плавні переміщення зі сталою швидкістю вздовж осі деталі оброблення та разом з цим отримує поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з частотою 25-30 кГц, а абразивні інструменти створюють тиск на поверхню оброблення в діапазоні 0,7-2,0 МПа. Спосіб реалізується за схемою, наведеною на кресленні. Деталь 2 за допомогою технологічних пристроїв 5 закріплюють для оброблення на столі хонінгувального верстата. В отвір деталі для прецизійної фінішної обробки робочої поверхні тертя підшипника 4 заводять хон-оправку 1, якій за допомогою кінематичних механізмів верстата надається обертальний рух зі швидкістю Von навколо своєї осі, яка співпадає з вертикальною віссю деталі. Одночасно абразивні бруски 3, розташовані на периферії хона-оправки 1, завдяки його конструктивним особливостям силою Р міцно притискуються до поверхні оброблення 4, створюючи відповідний тиск. Разом з обертанням хон-оправка 1 плавно поздовжньо-зворотно переміщується вздовж вертикальної осі деталі зі швидкістю Vпв, здійснюючи ультразвукові коливання частотою пч.к., а для робочого процесу викінчувально-оздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 3,0-10,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з кількістю оксиду титану ТіО2 у складі абразиву до 1,9-2,0 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі підшипника (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 100-110 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 10-15 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 25-30 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення в діапазоні 0,7-2,0 МПа. Особливою рисою даного способу хонінгування прецизійних отворів деталей з високолегованих композитних матеріалів є застосування як абразивного інструмента брусків з електрокорунду титанового 37А з кількістю оксиду титану ТіО2 у складі абразиву 1,9-2,0 % та складної траєкторії переміщення ріжучого зерна абразиву на поверхні оброблення, яка утворюється за рахунок обертання хона-оправки з брусками навколо своєї осі з нормованою швидкістю, його плавного поздовжньо-зворотного переміщення вздовж вертикальної осі деталі та одночасної дії ультразвукових коливань з частотою 25-30 кГц, створюючи при цьому необхідний питомий тиск абразивних брусків на поверхню оброблення. Застосування для оздоблювального хонінгування прецизійних отворів деталей тертя з композитів на основі нікелю електрокорунду титанового 37А дозволяє попередити утворення наростів на ріжучих кромках абразивних зерен та забезпечити збереження гостроти вершини зерна (мінімальні радіус заокруглення та головний кут різання), бо дослідженнями процесу різання нікелевих композитів було доведено, що рівень дифузійного проникнення при терті пари "електрокорунд 37А - композит на основі нікелю" - найменший серед інших абразивних матеріалів (електрокорунд 32А, електрокорунд хромчастий 33А, карбід кремнію зелений 63С). Це обумовлює значне зменшення перерізу az стружки, яка знімається з робочої поверхні отвору композитного підшипника ковзання. Як наслідок, знижуються складові сил різання окремим зерном, створюються позитивні умови для покращення якості поверхні оброблення, в першу чергу, параметра шорсткості поверхні Ra, а також фізичних властивостей поверхневого шару, що оброблюється абразивними брусками. Це безпосередньо впливає на параметри довговічності та зносостійкості готових виробів. При використанні традиційних технологій оброблення отворів підшипників ковзання поліграфічних машин параметри якості поверхонь знижуються (табл. 1, 2). 2 UA 104869 U Таблиця 1 Вплив ультразвукових коливань абразивних брусків з електрокорунду титанового 37А з вмістом оксиду титану ТіО2 в складі абразиву 1,9-2,0 % зернистістю 10 мкм при надтонкій обробці отворів деталей композитних матеріалів на основі нікелю ХН55ВМТКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Спотворення Спотворення Частота Параметр Глибина Параметр Глибина ІІ-го роду ІІ-го роду ультразвуков шорсткості наклепу h, шорсткості наклепу h,   их коливань 4 10 104 Ra, мкм мкм Ra, мкм мкм nч.к., КГц   25 0,018 2,9-3,0 5,9-6,0 0,060 7-8 9,8 27 0,015 3,5-4,0 6,3-6,8 0,050 6-7 9,2 30 0,025 4,0-4,5 7,2-7,5 0,040 5-6 8,3 Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Voп=100 м/хв.; 2 - швидкість поздовжнього переміщення Vпв.=10 м/хв.; 3 - питомий тиск брусків qa=2 МПа; 4 - хонінгувальний брусок 37АМ10Гл. Таблиця 2 Вплив поздовжньої швидкості хона з брусками електрокорунду титанового 37А з вмістом оксиду титану ТіО2 в абразиві біля 1,9-2,0 % зернистістю 10 мкм при надтонкій обробці отворів деталей з композитів на основі нікелю ХН50ВТФКЮ Обробка згідно з запропонованим способом Обробка згідно з найближчим аналогом [1] Параметр Поздовжня Глибина Спотворення ІІ- Параметр Глибина Спотворення ІІшорсткості швидкість наклепу h, го роду  104 шорсткості наклепу h, го роду  104 Ra, vп.в., м/хв. мкм Ra, мкм мкм   мкм 10 0,018 2,9-3,0 5,9 0,055 6-7 9,5 12 0,015 2,0-2,5 6,2 0,045 5-6 9,0 15 0,010 1,0-1,5 6,0 0,035 4-5 8Д Примітки: 1 - швидкість обертання оправки Von=100 м/хв.; 2 - частота ультразвукових коливань nч.к. = 30 кГц; 3 - питомий тиск брусків qa=2 МПа; 4 - хонінгувальний брусок 37АМ10Гл. 5 10 15 Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю може використовуватись у вузлах швидкісних підшипників ковзання поліграфічних офсетних друкарських машин, а також при обробці спеціальних деталей для аерокосмічних систем, деталей тертя газотурбінних і компресорних станцій магістральних газогонів та деталей військової техніки. Джерела інформації: 1. Чеповецкий И. X. Основы финишной алмазной обработки / И. X. Чеповецкий. - К.: Наукова думка, 1980.-467 с. 2. Спосіб абразивного хонінгування отворів підшипників ковзання зі складнолегованих композитних сплавів: пат. №87073 Україна: МПК (2006) G11В 5/127 / Гавриш А. П., Роїк Т. А., Киричок П. О., Віцюк Ю. Ю., Гавриш О. А.; заявник і патентовласник Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" - №и201307483; заявл. 12.06.2013; опублік. 27.01.2014, Бюл. № 2. - С 4. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб хонінгування отворів деталей тертя з високолегованих композитних матеріалів на основі нікелю, в якому оброблювана деталь фіксується на хонінгувальному верстаті з вертикальним розташуванням осі отвору деталі оброблення, а робочий інструмент у вигляді хона-оправки з закріпленими у ньому дрібнозернистими абразивними брусками розташовують співвісно з 3 UA 104869 U 5 10 оброблюваним отвором так, що абразивні бруски з заданою силою притискаються до поверхні оброблення, а хону-оправці надають обертальні рухи з нормованою швидкістю навколо своєї осі та плавні переміщення з заданою швидкістю вздовж осі поверхні оброблення і одночасно з цим надають поздовжньо-зворотні ультразвукові коливання з відповідною частотою та амплітудою, який відрізняється тим, що для робочого процесу викінчувальнооздоблювального оброблення застосовують абразивні бруски зернистістю 3,0-10,0 мкм з електрокорунду титанового 37А з кількістю оксиду титану ТіО 2 у складі абразиву 1,9-2,0 %, при цьому хон-оправку переміщують в отворі деталі оброблення (в залежності від складу легуючих елементів у композитному сплаві) зі швидкістю обертання 100-110 м/хв., одночасно надаючи плавні поздовжні переміщення вздовж осі оброблення хона зі швидкістю 10-15 м/хв. і здійснюючи ультразвукові коливання частотою 25-30 кГц, створюючи питомий тиск абразивних брусків на поверхню обробки в діапазоні 0,7-2,0 МПа. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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