Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вибрационного полирования 9
1.1 Технологические возможности методов вибрационной обработки 9
1.2 Моделирование процесса вибрационной обработки
1.2.1 Моделирование процесса перемещения рабочей среды 19
1.2.2 Моделирование процесса взаимодействия абразивной гранулы с обрабатываемой деталью 25
1.3 Требования к оборудованию и абразивным гранулам при вибрационном полировании 32
1.3.1 Способность абразивных гранул производить требуемый вид обработки 33
1.3.2 Соблюдение безопасности труда при использовании абразивных гранул 34
1.3.3 Соблюдение экологической безопасности при использовании абразивных гранул 34
1.3.4 Способность виброполировального оборудования производить требуемый вид обработки 34
1.3.5 Условия соблюдения безопасности труда 35
1.3.6 Условия соблюдения экологической безопасности 36
1.4 Результаты исследования параметров поверхностного слоя при вибрационном полировании 38
1.4.1 Удаление заусенцев и скругление острых кромок 38
1.4.2 Улучшение шероховатости 40
1.5 Постановка цели и задач исследования 42
ГЛАВА 2. Разработка математической модели вибрационного полирования 44
2.1 Принцип работы круговой виброполировальной установки 44
2.2 Движение абразивных гранул в круговой виброполировальной установке 44
2.3 Расчёт составляющих силы действующей со стороны абразивной гранулы на лопатку 52
2.4 Разработка зависимостей требующихся для определения параметров вибрационного полирования 61
2.5 Выводы по главе 2 64
ГЛАВА 3. Математическая модель определения силы резания 66
3.1 Характеристики процесса резания при вибрационном полировании 66
3.2 Выбор математической модели определения силы резания 67
3.3 Выводы по глав 3 74
ГЛАВА 4. Результаты эксперементальных исследований вибрационного полирования 75
4.1 Оборудование и абразивные гранулы для экспериментальных исследований 75
4.2 Определение скорости перемещения лопатки в виброполировальной установке 78
4.3 Определение площади абразивной гранулы в плане 79
4.4 Определение времени необходимого для покрытия поверхности детали следами контакта с абразивными гранулами 80
4.5 Экспериментальное исследование величины съёма материала 84
4.6 Оопределение соотношения величины съёма материала с поверхности пера и кромки лопатки компрессора 85
4.7 Исследование забоин на кромках при критических уровнях загрузки абразивных гранул 87
4.8 Параметры процесса обработки закреплённых деталей 89
4.9 Выводы по главе 4 95
ГЛАВА 5. Методика оптимизации условий вибрационного полирования 97
5.1 Алгоритм оптимизации вибрационного полирования лопаток ГТД 97
5.2 Методика определения количества абразивных зёрен, находящихся в
рабочей зоне абразивной гранулы 98
5.3 Методика определения максимально допустимого уровня загрузки абразивных гранул 101
5.4 Методика назначения условий вибрационного полирования 104
5.5 Использование технологических рекомендаций 110
5.6 Экономический расчёт для подтверждения целесообразности выбора схемы обработки 112
5.7 Выводы по главе 5 113
Заключение 114
Условные обозначения 116
Список литературы
- Моделирование процесса взаимодействия абразивной гранулы с обрабатываемой деталью
- Расчёт составляющих силы действующей со стороны абразивной гранулы на лопатку
- Выбор математической модели определения силы резания
- Определение времени необходимого для покрытия поверхности детали следами контакта с абразивными гранулами
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе совершенствования газотурбинных двигателей (ГТД) происходит постоянная интенсификация режимов работы и увеличение сроков эксплуатации отдельных деталей, сборочных единиц и двигателя в целом. Данная тенденция в полной мере относится и к лопаткам компрессора, которые являются самыми многочисленными деталями в газотурбинном двигателе.
В конструкторской документации к лопаткам компрессора современных ГТД закладываются высокие требования к состоянию поверхности и геометрической точности наружного контура деталей.
Для обеспечения соответствующих характеристик лопаток значительное внимание уделяется отделочным (финишным) операциям. Большую долю данных операций занимает ручная обработка. Использование ручного труда накладывает существенные ограничения на достижение требуемой производительности и качества изготавливаемых лопаток компрессоров. С целью замены ручной полировальной обработки в производстве ГТД используются такие методы обработки как центробежное и планетарное полирование. Однако, наиболее широко используется автоматизированная вибрационная полировальная обработка абразивными гранулами в специальных вибрационных установках. Вибрационное полирование – это высокоэффективный метод обработки. К его достоинствам относятся высокая производительность, отсутствие риска образования прижогов и исключение влияния ручного труда полировщиков и слесарей на результат обработки. Для лопаток компрессора вибрационное полирование является завершающей операцией технологического процесса. На этом этапе окончательно формируются: геометрические размеры наружного контура лопаток, параметры качества поверхностного слоя.
В настоящее время существует большое количество работ, в которых даются рекомендации по назначению режимов и условий вибрационного полирования деталей абразивными гранулами. Большинство авторов для назначения технологических условий полирования используют довольно сложные зависимости, требующие большого количества справочных, расчётных и экспериментальных данных. В реальных производственных условиях назначение режимов вибрационного полирования производится, в большей степени, на основе существующего опыта изготовления и эксплуатации лопаток компрессоров. Это обусловлено тем, что существующие модели вибрационного полирования абразивными гранулами в полной мере не учитывают конструктивных особенностей лопаток компрессоров ГТД.
Цель работы. Повышение производительности вибрационного полирования лопаток компрессора ГТД за счёт оптимизации режимов и условий обработки.
Для достижения поставленной цели работы необходимо решить следующие задачи:
1) Определить факторы, влияющие на производительность вибрационного полирования лопаток компрессора ГТД абразивными гранулами.
-
Провести исследования по определению допустимой величины загрузки рабочей камеры вибрационного станка торового типа.
-
Разработать математическую модель, описывающую траекторию движения рабочей среды и обрабатываемых деталей в виброполировальной установке.
-
Разработать динамическую модель, описывающую контактное взаимодействие цепочки колеблющихся гранул.
-
Разработать математическую модель для расчёта составляющих силы микрорезания единичным абразивным зерном.
6) Разработать методику и алгоритм назначения технологических параметров
процесса вибрационного полирования лопаток компрессора ГТД.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием теории колебаний, теории резания, теории вероятности, а также на основе общих положений технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях на специальном оборудовании. При этом применялся метод статистической обработки результатов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современной аппаратуры, методик и пакетов компьютерных программ: Microsoft Office, Mathcad и др.
Научная новизна. Разработана математическая модель вибрационного полирования наружных поверхностей лопаток компрессоров ГТД абразивными гранулами, учитывающая геометрические особенности лопаток компрессора и динамические характеристики движения рабочей среды.
Получены зависимости, позволяющие определить параметры процесса обработки, необходимые для достижения требуемой геометрической точности размеров радиусов кромок лопаток, а также интенсивности съёма металла с наружных поверхностей, с учётом исходного состояния поверхности, габаритов и массы лопаток.
Получены экспериментальные и теоретические зависимости для определения минимально необходимого уровня загрузки рабочей камеры для начала процесса резания и максимально допустимого уровня загрузки рабочей камеры, при достижении которого происходит процесс пластической деформации кромки лопатки.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплексной методики назначения технологических условий вибрационного полирования лопаток ГТД, реализованной в виде руководящих технических материалов. Использование руководящих материалов позволяет технологам сократить процесс назначения режимов вибрационного полирования и определить технологические условия, приводящие к получению требуемого результата обработки с максимально возможной производительностью.
Реализация результатов работы. Основные положения диссертации прошли проверку при внедрении процессов вибрационного полирования на «НПО «Сатурн». На основании результатов, полученных в работе, был разработан руководящий технологический материал (РТМ) «Виброполировальная обработка лопаток ГТД». Также на
основании результатов работы создано учебное пособие, используемое в учебном процессе РГАТУ им. П. А. Соловьёва по курсу «Технология машиностроения».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на Всероссийских научно-технических конференциях: «Теплофизика технологических процессов» (РГАТА, Рыбинск), «Проблемы создания перспективных авиационных двигателей» (ЦИАМ, Москва) и международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов им. П. А. Соловьева и В. Н. Кондратьева «Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений» (РГАТА, Рыбинск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе: 4 в рецензируемых научных журналах и изданиях, 6 в других изданиях.
Личный вклад автора. Проведение обзора современного состояния технологических возможностей вибрационного полирования абразивными гранулами. Разработка математической модели вибрационного полирования лопаток ГТД. Доработка математической модели определения составляющих силы резания в соответствии с условиями вибрационного полирования. Разработка методики назначения технологических условий вибрационного полирования. Проведение экспериментальных исследований.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 136 страниц, 82 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 120 наименований.
Моделирование процесса взаимодействия абразивной гранулы с обрабатываемой деталью
Кроме рабочих тел, при Вибрационном полировании, используют разнообразные абразивные пасты.
Обрабатываемые детали и рабочие тела помещаются в рабочую камеру, как в свободном, так и в закреплённом состоянии. В ходе обработки поверхность де талей, находящихся в рабочей камере, подвергается многократным, повторяю щимся ударным воздействиям со стороны рабочих тел. При этом, на поверхности детали происходят процессы, сопровождающиеся такими явлениями как: снятие тончайших микростружек, деформация поверхностного слоя, формирование сжи мающих остаточных напряжений [31, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42]. Для по вышения интенсивности вибрационной обработки могут быть привлечены допол нительные виды энергии: химическая, электрическая, магнитная. М.А. Тамаркин [1] указывает на широкие технологические возможности вибрационного полиро вания, как метода обработки свободным абразивом. Этот метод обработки позво ляет производить операции шлифования, полирования, удаления заусенцев и об лоя, скругления острых кромок, упрочнения и др. Объём рабочих камер изменяет ся в широком диапазоне, от 0,1 дм3 до нескольких м3, что позволяет производить обработку различных по габаритам деталей (от заклёпок до панелей крыла само лёта). На российском рынке представлены большое количество иностранных компаний, производящих виброполировальные установки: OTEC Przisionsfinish GmbH (Германия), VIBROCHIMICA (Италия), Kromas Deutschland GmbH (Герма ния), ROTAR MACHINERY INDUSTRIAL CO., LTD ALL RIGHT RESERVED (Тайвань), Zakad Mechaniki Maszyn AVALON (Польша), RSLER Oberflachentechnik GmbH (Германия), Voegele Oberflaechen GmbH & Co.KG (Германия), Vibromak (Турция), Walther Trowal GmbH & Co.KG (Германия), Spaleck Oberflachentechnik GmbH (Германия), Rollwasch (Италия), Hammond RotoFinish (США), SWECO (Бельгия) и др. Также присутствуют и отечественные производители, например ООО «КОМПАНИЯ СТАНКЕ» (г. Санкт-Петербург). В ходе анализа номенклатуры оборудования производимого данными компаниями выявлено, что существует несколько наиболее распространённых типов установок, производимых серийно всеми рассмотренными компаниями. В зависимости от задачи и габаритов деталей используется тот или иной тип и размер рабочих камер. Так на рисунках 1.7, 1.8, 1.9 и 1.10 представлены основные типы виброполировальных установок.
На рисунке 1.7 показана тороидальная виброполировальная установка. Тороидальная установка является наиболее универсальной и может применяться в производстве различной серийности от мелкосерийного до крупносерийного. За одной установкой может быть закреплено большое количество деталей с различным временем, требующимся для обработки. Ограничивающим фактором являются габариты установки и абразивные гранулы, загруженные в неё. Детали должны свободно помещаться в рабочую камеру, а гранулы должны свободно входить во все радиусы деталей и не застревать в отверстиях, если они есть в детали. На рисунке 1.8 показана лотковая виброполировальная установка. Лотковая установка, как правило, используется для обработки крупногабаритных деталей (лопатки вентилятора, панели крыла самолёта и др.) или тяжёлых деталей.
Спиральная виброполировальная установка На рисунке 1.9 показана спиральная виброполировальная установка. Такие установки целесообразно применять при крупносерийном и массовом производстве или при наличии большого количества однотипных деталей. В такой установке детали обрабатываются, проходя по спиральному каналу похожему на улитку, а затем попадают на сепарационную решетку. Абразивные гранулы проваливаются через решетку, а детали остаются на ней. Время обработки у всех деталей, обрабатываемых на этой установке должно быть одинаковым. В такой установке обрабатываются небольшие детали, габаритами до 100 мм.
При необходимости провести в условиях крупносерийного или массового производства вибрационное полирование более габаритных деталей используют виброполировальную установку, показанную на рисунке 1.10. В качестве рабочей камеры в данном случае применяется лотковая установка. Кроме самой лотковой установки, в таком комплексе присутствует дополнительное оборудование в виде транспортёров для подачи и деталей и вывода деталей из зоны обработки, а также транспортёр возврата абразивных грану в зону обработки.
Расчёт составляющих силы действующей со стороны абразивной гранулы на лопатку
Принцип работы виброполировальных установок подробно описан в целом ряде работ [14, 32, 35, 36, 43, Ошибка! Источник ссылки не найден., 53, 77]. Рабочая камера круговой установки имеет тороидальную форму как показано на рисунке 2.2. Камера смонтирована на основании через пружинные опоры и имеет возможность колебаться в различных направлениях. Движение рабочей камере сообщает расположенный в центре привод. Привод состоит из электродвигателя и дисбалансных грузов, развёрнутых друг относительно друга на определённый угол. Из-за наличия дисбалансов рабочая камера при включении двигателя приобретает колебательные движения. Частота колебаний прямо пропорциональна частоте вращения двигателя. Большинство производителей используют двигатели с частотой вращения от 1500 об/мин до 3000 об/мин. От массы дисбалансов и их расположения зависит амплитуда колебаний установки. Наиболее часто используются амплитуды колебаний от 1 мм до 9 мм. Колебания стенок установки передаётся рабочим телам. Рабочими телами для круговых виброполировальны установок являются абразивные, пластиковые, стальные, стеклянные и деревянные гранулы, реже используются гранулы из других материалов. Колеблющиеся рабочие тела увлекают за собой и обрабатываемые детали. В процессе работы установки рабочая среда совершает локальные колебательные движения и кроме того движется по спиральной траектории вписанной в тор.
Операции вибрационного полирования широко используются в авиационной промышленности для отделочной обработки лопаток компрессора. В производстве чаще всего применяются установки с рабочим торообразным бункером. Основная проблема данной технологии состоит в том, что длительность обработки, формирующийся съем материала и показатели качества, в частности параметры шероховатости обработанной поверхности, устанавливаются экспериментальным путем. Они существенно зависят от силы воздействия абразивной гранулы на деталь, траектории движения рабочих тел и деталей, формы, размера, плотности и зернистости абразивных гранул, уровня загрузки абразивных гранул, амплитуда и частота колебаний установки, а также формы и материала детали.
Целью данной работы являлись аналитические и экспериментальные исследования параметров динамического взаимодействия абразивных гранул с обрабатываемой поверхностью детали, которые необходимы для прогнозирования съема, параметров шероховатости и в целом повышения производительности вибрационного полирования.
Схема виброгалтовки Многие исследователи [15, 57, 70] при описании процесса вибрационного полирования используют ударную модель взаимодействия рабочих тел и обрабатываемой детали. Аналогичная модель используется при описании процессов упрочняющей виброударной обработки [78, 79, 80, 81, 82], таких как, например, виброгалтовка. На рисунке 2.1 в качестве примера представлена схема виброгал товки.
Опытным путём установлено, что при вибрационном полировании в круговых установках из-за своей специфической формы лопатка компрессора газотур 46 бинного двигателя (ГТД) занимает в среде колеблющихся абразивных гранул такое положение, при котором вектор движения абразивных гранул направлен по касательной к поверхности пера лопатки, как это показано на рисунке 2.2. Именно при таком положении лопатки все силы, действующие на неё, находятся в сбалан сированном состоянии.
На рисунке 2.2 (1) – рабочая камера; (2) – привод; (3) – пружинная подвеска; P – давление со стороны абразивных гранул; Fcos(t) – колебательное движение абразивных гранул и функция, определяющая закон изменение силы, возбуждающей колебания.
По причине затруднительности в описании процесса вибрационного полирования лопаток компрессора ГТД с помощью разработанных ранее методик требуется новая методика позволяющая определить динамические параметры процесса взаимодействия абразивной гранулы и пера лопатки.
Составляющие силы, действующей на деталь со стороны абразивной гранулы Сила, которая действует со стороны абразивной гранулы на деталь, как показано на рисунке 2.3 складывается из двух составляющих: Fn - сила, с которой на абразивную гранулу, находящееся на детали, давит столб гранул над ней, Н; FT - сила, которая возникает при колебательном движении абразивной гранулы вдоль поверхности обрабатываемой детали, Н. При разработке новой методики позволяющей определить динамические параметры процесса взаимодействия абразивной гранулы и пера лопатки в первую очередь необходимо разработать математический аппарат для расчёта Fn и FT.
Экспериментально подтверждено, что при свободном размещении в рабочей камере установки детали типа лопатка с максимальными габаритными размерами от 30 мм до 200 мм в процессе вибрационной полировальной обработки перемещаются в пограничном слое рабочих тел у стенки вибрационной полировальной установки, как показано на рисунке 2.2. Лопатки значительную часть времени обработки касается одной из кромок стенки установки. При подъеме лопатка выходит на поверхность торгового потока. В этот момент гидростатическое давление от столба абразивных гранул на поверхность лопатки равняется нулю. Данное явление также подтверждается в работах [21, 34]. При создании модели взаимодействия абразивных гранул и детали может быть сделано допущение, что деталь движется с постоянной скоростью по спиральной траектории, а абразивные гранулы, контактирующие со стенкой, сталкиваются с деталью на той же скорости, с которой движется стенка рабочей камеры. Факт, что на определённом участке траектории абразивные гранулы движутся с той же скоростью, что и стенка установки подтвержден в ряде работ [21, 34, 54].
Выбор математической модели определения силы резания
Абразивные гранулы, предназначенные для вибрационного полирования, обладают различной формой и зернистостью абразивной составляющей и составом связующего материала.
Новые гранулы после засыпки в виброполировальную установку проходят операцию обкатки. При обкатке новых гранул установка два часа работает на рабочих режимах, но без загрузки деталей. Во время обкатки острые грани гранул скругляются, а режущие кромки отдельных зёрен притупляются. Обработка деталей возможна только гранулами прошедшими обкатку. В противном случае на поверхности деталей будут оставаться грубые риски. После проведения обкатки резание происходит тупой режущей кромкой и, как уже было сказано, с низкой скоростью резания. Поверхность обкатанной абразивной гранулы показана на рисунке 3.1. На фотографии видно, что на поверхности абразивной гранулы нет значительно выступающих зёрен, а все режущие кромки сильно притуплены.
Во второй главе описано, что сила, с которой абразивная гранула воздействует на обрабатываемую деталь, складывается из нормальной и тангенциальной составляющих. При этом нормальная составляющая зависит от давления создаваемого столбом абразивных гранул, а тангенциальная составляющая зависит от динамических характеристик колебательного движения абразивных гранул и массы гранулы. Также произведены расчёты, позволяющие определить значения данных параметров. Для проведения дальнейших расчётов и создания методики оптимизации процесса вибрационного полирования лопаток ГТД, необходима математическая модель, позволяющая определить составляющие силы, требующейся для резания единичным абразивным зерном.
Вопросы определения параметров взаимодействия абразивных гранул и обрабатываемых деталей при обработке абразивным инструментом без жёсткой кинематической связки рассмотрены в работах многих исследователей [22, 72, 70, 73, 92, 93, 94, 95, 96, 97]. Предложенные модели учитывают основные особенности процесса взаимодействия абразивной гранулы и детали при вибрационном полировании. Вместе с тем данные модели требуют дополнения для описания процесса контактного взаимодействия абразивной гранулы с поверхностью лопатки компрессора и дополнения, в части описания сил возникающих при резании единичным абразивным зерном.
Анализ работ учёных, изучающих методы обработки резаньем [98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117], позволил выявить модель наиболее подходящую для описания процесса резания единичным абразивным зерном. Это модель была предложенная в работе Д. И. Волкова [98]. Модель учитывает наличие как срезаемого, так и подминаемого слоев, что связано с резанием абразивным зерном с большим радиусом округления режущей кромки.
Как показано на рисунке 3.2 схема расчета составляющих силы резания для единичного абразивного зерна представляет сечение абразивного зерна и детали плоскостью, расположенной по нормали к поверхности детали в направлении движения абразивного зерна. Сила, действующая на абразивное зерно, складывается из сил, которые возникают в зоне стружкообразования и сил, которые возникают на задней поверхности. Не весь материал, захватываемый передней поверхностью абразивного зерна, срезается в виде стружки. Часть материала подминается задней поверхностью абразивного зерна и оттесняется в боковые навалы Из-за наличия большого радиуса округления абразивного зерна разделение потоков на материал отделяемый как стружка и материал подминаемый задней поверхностью абразивного зерна сопровождается образованием заторможенной зоны, возникающей из-за симметрии сил в какой-либо точке радиусного перехода. В работе [98] предложены зависимости, позволяющие провести расчёт составляющих силы резания на всех участках абразивного зерна.
Составляющие силы резания, возникающие на передней поверхности абразивного зерна, будут равны: где а эф - срезаемый в виде стружки слой, м; рд - плотность материала обрабатываемой детали, кг/м3; тр - сопротивление пластическому сдвигу, Па; Ъср - средняя ширина реза, м; cps - угол трения в плоскости сдвига, град; Д? - угол наклона условной плоскости сдвига, град; Vp - скорость резания, м/с; у - передний угол, град.
Зависимости 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 позволяют определить все действующие силы, что даёт возможность определить составляющие силы резания путем суммирования соответствующих составляющих сил на различных участках. При этом учтено обстоятельство, что при недостаточной глубине врезания абразивного зерна происходит только подмятие материала. И в этом случае сил действующих в плоскостях сдвига нет. Путём суммирования проекции сил на оси z и у получены следующие формулы [98]:
Определение времени необходимого для покрытия поверхности детали следами контакта с абразивными гранулами
Использование Вибрационного полирования лопаток ГТД с целью улучшения шероховатости профиля пера имеет большое распространение в современных технологических процессах. Применение вибрационного полирования позволят добиться требуемых результатов, при этом повышается производительность операции, по сравнению с ручной обработкой. Кроме повышения производительности, вибрационное полирование позволяет повысить стабильность получаемого результата за счёт сокращения влияния человеческого фактора на результат обработки.
Многие исследователи [1, 16, 34, 36, 54, 55, 56, 57] разрабатывали модели оптимизации условий вибрационной обработки. Данные методики справедливы и хорошо работают в описанных авторами условиях. Лопатки ГТД отличаются от большинства деталей машин и механизмов наличием тонкой кромки и массы достаточной для деформации кромки при столкновении двух лопаток, при определённых условиях вибрационного полирования. Именно по этой причине, требуется методика позволяющая назначить оптимальные условия вибрационного полирования с учётом данной особенности лопаток ГТД.
С целью оптимизации условий вибрационного полирования по критерию минимального времени обработки разработана методика, позволяющая минимизировать время достижения установившейся шероховатости за счёт оптимального подбора всех условий вибрационного полирования включая размер, форму и зернистость абразивных гранул, амплитуду и частоту колебаний установки, уровень загрузки рабочих тел.
Подбор условий вибрационного полирования является задачей, требующей комплексного решения. Для этого необходимо определить все параметры процесса, способные влиять на конечный результат. Под конечными результатами следует понимать следующие характеристики обработанной поверхности: обработка всех зон детали подлежащих обработке, наличие требуемой шероховатости, минимально возможное время обработки, отсутствие на детали механических повреждений. На основании данных ограничений, разработан алгоритм определения оптимальных параметров процесса вибрационного полирования лопаток компрессора ГТД.
Для обеспечения возможности работы с данным алгоритмом произведена разработка методик определения или расчёта параметров, требующихся на каждом из этапов.
С целью определения минимальной силы со стороны рабочих гранул, требующейся для начала резания проведён эксперимент по определению количества абразивных зёрен рабочего тела (абразивной гранулы) производящих одновременно процесс резания.
Для эксперимента использовалась алюминиевая пищевая фольга ГОСТ 745-2003 [120]. Фольга толщиной 0,02 мм была сложена в несколько слоёв и по данной стопке фольги провели бывшей в эксплуатации абразивной гранулой RMB/D1 15/18 S с небольшой силой. Величина тангенциальной и нормальной составляющих силы при этом не фиксировалась. На рисунке 5.1 представлен след оставленной абразивной гранулой на фольге. Большая часть фольги находившейся в зоне воздействия абразивной гранулы приобрела характерный металлический блеск, но присутствуют и матовые полосы. Как было отмечено в главе 3 не все абразивные зерна, участвующие в обработке режут металл, многие только подминают его. Для оценки числа зёрен имеющих возможность участвовать в резании была изучена обратная сторона фольги, представленная на рисунке 5.2.
На рисунке 5.2 видно, что присутствуют отдельные следы от абразивных зёрен. Ширина данных следов находится в диапазоне от 0,01 мм до 0,03 мм. Таким образом, ширина режущей части абразивных зёрен находится в указанном диапазоне.
На втором слое фольги следы от абразивных зёрен едва различимы только с одной стороны, а с тыльной стороны они не просматриваются, соответственно абразивные зёрна выступают из абразивной гранулы в среднем на 0,02 мм.
После проведения десяти аналогичных исследований выявлено, что в рабочей зоне абразивной гранулы RMB/D1 15/18 S одновременно находятся от 10 до 15 абразивных зёрен выступающих на высоту достаточную для резания. При таких условиях для начала процесса резания со стороны рабочих тел требуется наличие составляющих силы минимум в десять раз превышающей значение составляющих силы резания рассчитанной в главе 3. При этом процесс резания начинается при условии Fn 10Py.ед. На рисунке 5.3 представлена зависимость глубины
Как показано на графике, резание начинается только после увеличения Fn до 0,4Н. Для сопоставления полученных результатов с расчетами, выполненными во второй главе, на рисунке 5.4 представлен график зависимости Fn от глубины погружения для абразивных гранул RMB/D1 15/18 S.
Как указывают многие авторы, для интенсификации процесса вибрационного полирования наиболее рационально использовать увлечение силы, с которой воздействует абразивная гранула на обрабатываемую деталь. Данный эффект может быть достигнут двумя способами:
В случае обработки лопаток компрессора газотурбинного двигателя наиболее уязвимой зоной детали является кромка. Толщина кромки может составлять несколько десятых долей миллиметра.
При обработке лопаток компрессора, наиболее часто используются торо-вые установки и схема обработки без закрепления. При такой схеме, в установке одновременно обрабатывается большое количество деталей. Свободно перемещаясь в установке, лопатки неизбежно сталкиваются друг с другом большое количество раз за время обработки. Как было ранее сказано, наиболее уязвимой зоной является кромка лопатки. При столкновении двух лопаток кромками, как это показано на рисунке 5.5, существует риск деформации кромки. Деформация происходит в случае приложения к кромке силы приводящей к превышению предела прочности материала.
На рисунке 5.5 показано как одна из лопаток под воздействием силы F сталкивается со второй лопаткой, удерживаемой давлением Раг. Сила F сообщается лопатке стенкой установки и на определённом участке траектории колебательного движения они перемещаются вместе. По этой причине сила F имеет величину достаточную для деформации кромок лопаток. Но определяющую роль в данном случае играет Раг действующее со стороны рабочих тел на вторую лопатку и толщина кромок лопаток.