Влияния количества циклов экструзионного хонингования на процесс формирования шероховатости внутренних сложнопрофильных поверхностей детали

Содержание Введение 6 ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ 9 1.1 Механические методы обработки поверхностей 9 1.1.1 Тонкое шлифование 9 1.1.2 Хонингование отверстий 11 1.1.3 Суперфиниширование 14 1.1.4 Абразивная доводка 16 1.1.5 Механическое полирование кругами 18 1.1.6 Вибрационное полирование 19 1.2 Химическое полирование 21 1.3 Химико-механическое полирование 22 1.4 Электрополирование 24 1.5 Электролитно-плазменное полирование 27 1.6 Абразивно-экструзионная обработка 28 ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОГО ХОНИНГОВАНИЯ И МОДЕЛИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ 38 2.1 Система моделирования потока среды при экструзионном хонинговании с использованием программы SolidWorks Flow Simulation 38 2.2 Моделирования потока среды при экструзионном хонинговании с использованием программы ANSYS SFX 39 2.3 Моделирования потока среды при экструзионном хонинговании с использованием программы MSC Marc (модель Максвела) 39 2.4 Трехэлементная механическая модель Бингама 40 2.5 Модель взаимодействия единичного абразивного зерна в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью 42 Выводы 44 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИОННОГО ХОНИНГОВАНИЯ 45 3.1 Вероятностный подход к моделированию процесса экструзионного хонингования 45 3.2 Расчета количества итераций 49 3.2.1 Расчет числа следов обработки в одной итерации. 50 3.3 Моделирование потока движения экструзии в ANSYS fluent 51 3.4 Реализация модели 54 Выводы 55 ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 56 4.1 Исследуемые материалы и образцы 56 4.2 Состав экструзионной пасты 58 4.3 Оборудование 59 4.4 Методика измерения шероховатости поверхности 61 ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 63 5.1 Увеличение количества циклов 63 5.2 Изменение концентрации абразива в пасте 65 5.3 Сравнение результатов эксперимента с результатами математического моделирования процесса 67 Заключение 70 Литература 73 Приложение 1 – исходный код программы 78

Литература 1. Advancement of Abrasive Flow Machining Using an Anodic Solution / Dabrowski L., Marciniak M., Wieczorek W., Zygmunt A. // J. of New Materials for Electrochemical Systems. Vol. 9, 2006, pp. 439–445. 2. CFD (Computational fluid dynamics) Simulation of the Abrasive Flow Machining Process / E. Uhlmann, C. Schmiedel, J. Wendler // Procedia CIRP. 2015. Vol. 31. P. 209-214. 15th CIRP Conference on Modelling of Machining Operations (15th CMMO). 3. Design and development of the magnetorheological abrasive flow finishing (MRAFF) process / Jha S., Jain V. K. // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. Vol. 44, Iss. 10, August 2004, pp. 1019–1029. 4. Determining dynamically active abrasive particles in the media used in centrifugal force assisted abrasive flow machining process / Walia R. S., Shan H. S., Kumar P. // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology October 2008, Vol. 38, Iss. 11–12, pp. 1157–1164. 5. Development of magneto abrasive flow machining process / Singh S., Shan H. S. // Intern. J. of Machine Tools and Manufacture. Vol. 42, Iss. 8, June 2002, pp. 953–959. 6. Experimental investigations and modeling of drill bit-guided abrasive flow finishing (DBG-AFF) process / Sankar M. R., Mondal S., Jain V. K. // The Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology. Vol. 42, Iss. 7–8, pp. 678–688. 7. Pat. 4891916 US, ISC B24B 1/00. Orbital and/or reciprocal machining with a viscous plastic medium / Rhoades L. J., Waldron J. S. ; 02.11.1988; 24.10.1989. 8. Pat. 5054247 US, ISC B24B 57/02. Method of controlling flow resistance in fluid orifice manufacture / Rhoades L. J., Nokovich N. P., Kohut T. A., Johnson F. E. ; 19.07.1990 ; 08.10.1991. 9. Pat. 5070652 US, ISC B24B 19/00. Unidirectional abrasive flow machining / Rhoades L. J., Kohut T. A., Nokovich N. P.; 31.10.1990; 10.12.1991. 10. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov, E. B. Pshenko, D. M. Turilov // Vestnik SibGAU. 2009. № 5 (26). P. 93-99. 11. Simulation of media behaviour in vibration assisted abrasive flow machining / Gudipadu V., Sharma A. K., Singh N. // Simulation Modelling Practice and Theory. Vol. 51, February 2015, pp. 1–13. 12. Бабаев С.Г., Садыгов П.Г. Притирка и доводка поверхностей деталей машин - М. : Машиностроение, 1976 13. Бабичев А.П., Мотренко П.Д. Инновационные технологии виброволновой обработки деталей машиностроения и вертолетостроения. Наукоемкие технологии в машиностроении. 2017. № 8 (74). С. 17-23. 14. Байков А.В. Обеспечение шероховатости поверхности при тонком шлифовании изделий из природного камня. Прогресивні технології і системи машинобудування. 2013. № 1 (46). С. 9-15. 15. Бишутин С.Г. Особенности формирования микро- и наноструктурных состояний поверхностных слоёв деталей при шлифовании. Вестник Брянского государственного технического университета. 2010. № 3 (27). С. 10-13. 16. Гольдштейн Р.В., Осипенко М.Н. Химико-механическое полирование. Москва, 2009. Сер. № 918 Препринт / Российская акад. наук, Учреждение Российской акад наук Ин-т проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН 17. ГОСТ 23505–79. Обработка абразивная. Термины и определения (с изм. № 1). Введен с 01.01.80 18. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М.: Металлургия, 1994. 264 с. 19. Зарубин Д.А., Ушомирская Л.А. Электролитно-плазменное струйное полирование деталей, изготовленных аддитивными технологиями. В сборнике: Неделя науки СПбПУ Материалы научной конференции с международным участием. Лучшие доклады. 2016. С. 74-77. 20. Королев А.В., Королев А.А., Носков А.С. Безабразивное суперфиниширование. Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. Т. 3. № 2 (58). С. 68-70. 21. Космачев И.Г. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении. Лениздат, 1966. 544 с. 22. Кремень З.И. Абразивная доводка / под ред. Г.Ф. Кудасова. - М. : Машиностроение, 1967. - 137 с. 23. Кульков А.В. Абразивное суперфиниширование с применением ультразвука. Известия Волгоградского государственного технического университета. 2010. № 12 (72). С. 20-26. 24. Левко В. А. Абразивно-экструзионная обработка. Современный уровень, проблемы и на правления развития // Изв. Томск. политех. ун-та. 2006. Т. 309. № 6. С. 125–129 25. Левко В. А. Контактные процессы при абразивно-экструзионной обработке // Металлообработка. 2008. № 3. С. 19–23. 26. Левко В. А. Научные основы абразивно-экструзионной обработки деталей : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 222 с. 27. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Изв. высш. учеб. заведений. Авиационная техника. 2009. № 1. С. 59–62. 28. Макаров В.Ф., Муратов К.Р. Анализ оборудования для финишной абразивной обработки плоских прецизионных поверхностей изделий. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19. № 1. С. 170-187. 29. Моделирование процессов абразивно-экструзионной обработки в SolidWorks / Д. М. Тури- лов, И. А. Ларкина // Решетневские чтения. 2009. № 13. С. 353-354. 30. Муратов К.Р. Повышение эффективности финишной абразивной обработки внутренних цилиндрических поверхностей методом растрового хонингования; автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пермский государственный технический университет. Пермь, 2010 31. Муратов К.Р., Гашев Е.А. Динамика изменения формы поверхности в процессе абразивной доводки. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2014. Т. 14. № 4. С. 46-54. 32. Отений Я.Н., Вирт А.Э. Обработка длинных цилиндрических отверстий центробежным хонингованием. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 9-4. С. 599-602. 33. Пат. 2469832 РФ. МКИ B24B 31/116. Способ абразивно-экструзионной обработки канала с цилиндрической и конусной частями / Левко В. А., Пшенко Е. Б. ; 11.07.2011; Бюл. № 35 от 20.12.2012. 34. Пат. 3521412 США, МКИ В24В 1/00, 19/00. Способ снятия заусенцев и отделки поверхностей абразивной массой / Мак-Карти Р. У. [Б. н.] ; заявл. 05.11.65; ИСМ. 1970. № 10. С. 35. 35. Попова С.В., Мубояджан С.А., Будиновский С.А. Электролитно-плазменная финишная обработка металлов и сплавов. Письма о материалах. 2015. Т. 5. № 1 (17). С. 39-43. 36. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хонингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография / Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с 37. Установка для экструзионного шлифования крупногабаритных деталей УЭШ-350 : инф. Листок крупногабаритных деталей УЭШ-350 : инф. листок № 532-91 / С. К. Сысоев, В. И. Суетов, В. А. Левко, М. А. Лубнин ; ЦНТИ. Красноярск, 1991.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ 1.1 Механические методы обработки поверхностей 1.1.1 Тонкое шлифование Процесс тонкого шлифования отличается тем что он проходит при малой глубине резанья (0,01-0,02 мм). Это обеспечивает получение шероховатости порядка Ra 0.32 , Rz 1.6. В настоящее время на операциях тонкого шлифования все чаще применяют шлифовальный инструмент на полимерном, эластичном связующем[1]. Основным достоинством данного инструмента является способность режущих зерен перемещаться под действием сил резания в упругой связке. При этом нивелируется расположение вершин режущих зерен по высоте рабочей поверхности круга и снижается вероятность появления отдельных царапин на обработанной поверхности. Графическое представление зависимости шероховатости при тонком шлифовании изделий из Коелгинского мрамора от модуля упругости связки представлено на рисунке 1.1. Упругие характеристики связки шлифовального инструмента представлены на графике величиной модуля упругости[2]. Рисунок 1.1. Зависимость шероховатости поверхности от степени эластичности связки шлифовального инструмента различной зернистости Недостаточно освящен процесс правки таких кругов. При применении обычных способов правки (алмазный карандаш) эластичная основа, обладая высокой пластичностью будет периодически упруго деформироваться, что в свою очередь может вызвать негативные гармонические явления. При тонком шлифовании возможно возникновение негативных тепловых процессов. Чередование быстрого нагрева и охлаждения может привезти к образованию микротрещин и нежелательных фазовых превращений в поверхностном слое. В высокоуглеродистых сталях, особо восприимчивых к термическому воздействию, значительное повышение контактной температуры может вызвать появление микротрещин и даже отслаивание фрагментов приповерхностных слоев (рисунок 1.2), что крайне негативно сказывается на эксплуатационных показателях детали, в частности, на интенсивности изнашивания, поскольку значительно облегчается процесс отделения материала с поверхности трения[3]. Рисунок 1.2. Отслоение приповерхностного слоя вследствие высоких контактных температур (?500) Управлять состоянием приповерхностного слоя без негативного влияния температурного фактора можно путем увеличения числа выхаживающих ходов круга, скорости вращения (перемещения) заготовки и расхода смазочно-охлаждающей жидкости, применения высокопористых и прерывистых шлифовальных кругов, а также путем перехода на более грубые режимы правки или применения непрерывных способов правки круга[4]. 1.1.2 Хонингование отверстий Хонингование представляет собой процесс суммарного микрорезанья металла с участием сотен тысяч абразивных зерен при наличии обильной смазочно-охлаждающей жидкости. Применение нескольких абразивных брусков, расположенных по окружности хонинговальной головки на одинаковом расстоянии друг от друга и прижимаемых к стенкам отверстия под действием радиальной подачи, при наличии одновременного вращательного и возвратно-поступательного движения хонинговальной головки устраняет овальность отверстия (рисунок 1.3) [5]. Рисунок 1.3. Схема съема металла при устранении овальности: I – исходная форма отверстия; II – форма отверстия после хонингования Значительным преимуществом процесса хонингования является самоцентрирование хонинговальной головки по оси обрабатываемого отверстия. Шарнирное соединение хонинговальной головки со шпинделем существенно снижает требования к точности самого станка. В настоящее время ведется разработка различных конструкций хонинговальных головок. Одним из новых перспективных методов является центробежное хонингование. Сущность метода – усилие резанья создается центробежными силами, возникающими при вращении инструмента. При вращении инструмента (рисунок 1.4) с определенной заранее рассчитанной частотой, абразивные бруски под действием центробежных сил перемещаются в радиальном направлении до их соприкосновения и внедрения в поверхность отверстия. Усилие резания создается совместным действием масс вставок и брусков, за вычетом усилия пружин. [6] Кроме того конструкцией предусмотрена замена вставок с брусками на более тяжелые, что позволяет регулировать силу резанья не изменяя при этом скорость резанья (число оборотов). Рисунок 1.4. Эскиз головки хонинговальной центробежной Другим перспективным направлением развития хонингования является хонингование с использованием специальных брусков, которые в процессе обработки образуют антифрикционное покрытие. В процессе обработки материал брусков переносится на пове