Струйная гидроабразивная обработка поверхностей (стр. 6 из 9)

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 исхи 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, р_в*=0,25 МПа, а=45° и М63, р_в*=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; р_м — 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=90^и; 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 кобразованию микротрещин в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

7. СХЕМЫ ИКОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ

7.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ИТРЕБОВАНИЯ 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 иотношение площадей активною и смесительного сопел; расстояние между активным и смесительным соплами; длина сопел; угол сходимости смесительного сопла; размеры камеры смешения ит. д.