Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время характерным для машиностроения является повышение надежности, долговечности и точности машин и механизмов путем совершенствования технологии изготовления входящих в них деталей. Однако это сопряжено с рядом трудностей, так как становится неэффективно (или невозможно) изготавливать некоторые элементы деталей традиционными методами. К таким элементам относятся отверстия малого диаметра (0,6...3,0 мм) различной глубины. Анализ показывает, что охлаждающие и функциональные отверстия этого типа весьма распространены в конструкциях деталей авиационных двигателей (лопатки турбин и соплового аппарата, экраны и кольцевые детали камер сгорания, форсунки, детали топливной аппаратуры), а также в конструкциях деталей различных гидравлических и пневматических систем. Механические методы их изготовления в подобных деталях далеко не всегда применимы, поэтому на большинстве предприятий используют операции электроэрозионного прошивания одиночными электродами-инструментами (ЭИ) или инструментальными наладками на универсальном или специальном оборудовании.
К числу недостатков ЭЭО и других методов, основанных на тепловом механизме разрушения материала, относится формирование на обработанной поверхности дефектного слоя, имеющего литую мелкозернистую структуру с высокой химической стойкостью, требующего удаления. Очевидно, что гарантированное удаление возможно при съеме большего или равного толщине дефектного слоя припуска, то есть при последующей доводке поверхности, но при доводке одного или нескольких отверстий в детали (например, форсунка), выход размера сечения за предел максимально допустимого значения приводит к появлению брака и возникает необходимость в его устранении путем уменьшения размера.
Одним из возможных путей решения указанной проблемы является установка компенсирующих элементов, однако использование такой технологии далеко не всегда применимо и достаточно трудоемко. В свою очередь попытки нанести покрытие на внутреннюю поверхность существующими методами, в частности гальваническим, не дали положительных результатов, так как из-за ограниченного доступа компонентов рабочей среды процесс затухал в начальный момент времени, вследствие чего не удавалось обеспечить требуемое качество осажденного слоя: сжимающих остаточных напряжений, малой высоты микронеровностей, равномерности покрытия и др.
С созданием в Воронежском государственном техническом университете нового метода восстановления деталей путем гальваномеханического хромирования (ГМХ) появилась возможность осаждения на внутренних поверхностях качественных покрытий с шероховатостью менее Ra=0,l мкм. Однако традиционные ЭИ могут обеспечить нормальное давления и хороший доступ компонентов рабочей среды к различным участкам по глубине только для отверстий с диаметрами более 8-10 мм., в то время как в деталях типа форсунки размер может быть на порядок ниже. Понадобились новые конструкции, которые в настоящее время не изучены: нет рекомендаций по точности обработки, расчетам ЭИ. Отсутствие разработок по теории и проектированию технологического процесса восстановления внутренних каналов не позволяет использовать перспективный метод ГМХ при доводке отверстий малого диаметра. Имеющаяся теория не учитывает связь технологических показателей процесса с особенностями конструкции обрабатывающего инструмента и его геометрических размеров, а как показали эксперименты, последние оказывает существенное влияние на процесс.
Положительные результаты работы позволяют выполнять доводку отверстий малого диаметра с размерами сечения, выходящими за пределы максимально допустимого значения, путем его уменьшения, что существенно снижает процент бракованных дорогостоящих деталей и повышает качество работы механизма в целом.
Таким образом, тема работы отвечает современным требованиям машиностроения и является актуальной.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с программой АТН РФ «Новые технологические процессы» на 1995 - 2010 гг.
Целью настоящей работы является разработка технологии, конструкции устройства (ЭИ) и режимов управляемого нанесения покрытия с заданной точностью и заранее установленными свойствами на поверхность отверстий малого диаметра методом ГМХ, без применения дополнительных технологических приемов.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи исследования:
разработка технологической схемы и конструкции устройства (ЭИ) для нанесения и формирования слоев покрытия на поверхности отверстия малого диаметра;
изучение механизма осаждения покрытия с заданной точностью и заранее установленными свойствами в условиях ограниченного доступа компонентов рабочей среды;
расчет и обоснование режимов, при которых осуществляется протекание процесса нанесения покрытия на внутреннюю поверхность отверстия малого диаметра;
разработка технологии доводки каналов, подобных по форме и размерам рассматриваемым, путем уменьшения размера сечения нанесением покрытия, для типовых деталей.
Методы исследований. При выполнении работы использовались теоретические положения ГМХ, теория упругости, вопросы оптимизации технологических процессов и конструкций, теория гидродинамики.
Научная новизна работы включает:
разработку новой технологической схемы нанесения хрома на труднодоступные поверхности путем принудительной подачи компонентов рабочей среды управляемым перемещением дорнов ЭИ;
новый подход к управлению процессом осаждения покрытия на различные участки по глубине отверстия, который заключается в периодическом воздействии силы от ЭИ, регулируемой при этом комплексом воздействий на поверхность, что учитывает динамику, режимы осаждения покрытия, интервалы воздействия, а также зону обработки;
новую конструкцию устройства, которая содержит электрод и дорны, и отличается тем, что дорны выполнены в виде упрочняющих поясков из диэлектрического материала и установлены на электрод (положительное решение по заявке на получение патента РФ).
Практическая значимость заключается:
- в разработке режимов обработки, структура которых включа
ет кинематические параметры, связанные с процессом осаждения по
крытия через контактную силу, позволяющую обеспечить равномер
ное нанесение слоев и точность профиля по всей глубине отверстия;
в создании технологии доводки для получения требуемого размера отверстия малого диаметра различной глубины с гарантированным обеспечением заданного качества поверхностного слоя;
в разработке рекомендаций по созданию технологии и проектированию средств технологического оснащения, позволяющих широко применять процесс ГМХ для доводки за счет уменьшения размера элементов деталей различных гидравлических систем, авиационных двигателей, транспортной техники и др.
Личный вклад в работу:
- обоснование основных параметров процесса управляемого
осаждения покрытия на поверхность отверстия малого диаметра;
пути контроля за электродинамическим и гидродинамическим процессами в условиях ограничений по прочности несущей части инструмента и массообмена на поверхности электролиза механизма управления при нанесении покрытия методом ГМХ;
создание нового устройства, содержащего электрод и дорны и отличающегося тем, что дорны выполнены в виде упрочняющих поясков переменного сечения из диэлектрического материала, обладают высокой адгезией и износостойкостью;
новая технология изготовления ЭИ, заключающаяся в последовательном наращивании размерных слоев на расчетных участках по длине электрода при ограничении ширины контактной зоны по предельной прочности основы и шага между поясками в зависимости от глубины отверстия;
разработка режима нанесения качественных покрытий с регулируемой толщиной на поверхность отверстий малого диаметра;
технология типовых процессов изготовления отверстий, которая обеспечивает при доводке (например, по распылу и расходу жидкой или газообразной среды) изделий получение заданных эксплуатационных характеристик.
Реализация результатов работы. Проведен комплекс испытаний деталей, имеющих размер сечения одного или нескольких отверстий, превышающий максимально допустимое значение. После доводки ГМХ размера сечения все изделия признаны годными. Устранение бракованных деталей позволило получить экономический эффект около 5000 р.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции "Студент, специалист, профессионал ССП-2005" (Воронеж, 2005); на Международной конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ (Липецк, 2006); научных семинарах кафедры "Технология машиностроения" ВГТУ (Воронеж, 2004 - 06).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 1 положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в автореферате, лично соискателю принадлежит:
- [1] - выявление и учет влияния особенностей обрабатываю
щего ЭИ и его геометрии на физико-химические процессы в зоне об
работки при осуществлении технологии доводки отверстий малого
диаметра методом ГМХ;
[2] - конструкция нового устройства, позволяющая осуществлять уменьшения размера сечения отверстий малого диаметра методом ГМО;
[3] - анализ возможных способов доводки форсунок двигателей с целью управления расходом рабочей жидкости.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и положений, изложенных на 128 страницах, содержит 32 рисунка, 9 таблиц и библиографический список из 112 наименований.
Похожие диссертации на Разработка технологии доводки проточных трактов форсунок путем уменьшения сечения канала
