реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Струйная гидроабразивная обработка поверхностей

Струйная гидроабразивная обработка поверхностей

 












ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ................................................................... .....3

1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ. ….4

2. МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ….  5

3. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ……………………………………………………………………………………6

4. СРОК СЛУЖБЫ СУСПЕНЗИИ И РЕГЕНЕРАЦИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА………………………………………………………………………………...  10

5. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ………………………………………………………………………………  …11

6. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОСЛЕ СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ……………………………………………………...14

7. СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ……………………..……26

7.1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К СТРУЙНЫМ АППАРАТАМ……...…26

7.2 КОНСТРУКЦИИ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ………………………………...……..28

7.2.1 СТРУЙНЫЕ АППАРАТЫ,ФОРМИРУЮЩИЕ СТРУИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ……………………………………………………………………………………...28

7.2.2 СТРУЙНЫЕ АППАРАТЫ,ФОРМИРУЮЩИЕ ПЛОСКИЕ СТРУИ…………...33

8. ЗАКОН БЕРНУЛЛИ………………………………………………………..………..…….38

9. ВЫВОДЫ…………………………………………………………………....………..……..38

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………..…….40

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГАО- гидроабразивная обработка

ГТД- газотурбинный двигатель







1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

       Обработка поверхностей заготовок точением, фрезерованием, протя­гиванием и шлифованием характеризуется тем, что режущие элементы металлического или абразивного инструмента в течение всего пронесен удаления металла соприкасаются с обрабатываемыми поверхностями. При этом образуется замкнутая технологическая система, включающая станок, приспособление, инструмент и заготовку, Обработка сопровож­дается нагревом и вибрацией всех составляющих этой системы и дефор­мацией металла в зоне действия режущей кромки. Обработка лезвийным инструментом требует значительных затрат энергии для удаления при­пуска металла с обрабатываемой заготовки.

       В авиадвигателестроении необходимость обработки сложных фасон­ных поверхностей привела к созданию новых методов обработки, харак­теризующихся отсутствием непосредственного механического контакта инструмента с заготовкой. В этих методах в роли инструмента высту­пает либо электрическое иоле (электрохимическая размерная обработка, электрополирование), либо направлений ударный поток различных мате­риалов (пескоструйная, дробеструйная обработки, обработка шариками и т. д.) на заготовку.

       Процессы, использующие эффект удара абразивных частиц об об­рабатываемую поверхность заготовки, осуществляются следующими спо­собами:

1) удар производится собственно абразивной частицей (пескоструй­ная обработка);

2) удар производится абразивно-жидкостной струей (струйная гидроабразивная обработка);

3) воздействие на обрабатываемую поверхность взвешенных абразив­ных частиц, распыляемых сжатым воздухом (турбоабразивная об­работка) или магнитным полем  (магнитоабразивная обработка).

       Пескоструйная обработка поверхностей заготовок применяется давно и осуществляется либо с использованием пескоструйного аппарата с пнев­матическим приводом и специальными соплами, либо с помощью песко­мета, бросающего песок вращающимися лопатками. Для пескоструйной обработки используется неочищенный песок любого состава и в редких случаях чистый кварцевый песок определенной зернистости. Значи­тельная запыленность, сопровождающая работу пескоструйных аппа­ратов, ограничила применение данного метода и производстве авиа­ционных двигателей.

       Процесс струйной гидроабразивной обработки (ГАО) заключается в направлении струи суспензии, состоящей из воды и частиц абразивных материалов, на обрабатываемую поверхность заготовки. Эта струя под­вергается воздействию потока сжатого воздуха, который увеличивает скорость истечения суспензии из сопла. В результате такой обработки образуются чистые матовые поверхности, без направленных рисок, ха­рактерных для лезвийной обработки материалом. Действие режущих кромок абразивных частиц на обрабатываемую поверхность непродол­жительно и имеет ударный характер.

       При высокой скорости струи суспензии этот способ имеет только то общее с пескоструйной обработкой, что в обоих случаях работа по удалению металла производится за счет кинетической энергии абразивной частицы.

       Химически активные вещества, добавленные в суспензию, облегчают воздействие абразивных частиц на обрабатываемую поверхность, про­цесс ускоряется и количество удаляемого металла увеличивается.

       Компактность струи суспензии определяет площадь сечения струи при встрече с обрабатываемой поверхностью и при прочих равных условиях является главным фактором, обеспечивающим наибольшее удельное дав­ление струи суспензии на заготовку. Движение струи сопровождается бомбардировкой обрабатываемой поверхности абразивными частицами. Количество ударов абразивных частиц колеблется в зависимости от условий обработки от 2·106 до 25·106 в секунду.

       В отличие от процессов резания, после которых на обработанной поверхности остаются риски и микротрещины, струйная гидроабразив­ная обработка не создаст направленной шероховатости, обеспечивает упрочнение обрабатываемой поверхности, вследствие чего повышается усталостная прочность обработанных деталей.

       Все процессы механической обработки металла сопровождаются раз­витием значительных усилий и выделением в зоне резания больших ко­личеств тепла, вызывающих пластическую деформацию поверхностного слоя. При струйной гидроабразивной обработке температура обраба­тываемых деталей не изменяется. Микронагрев  вызываемый отделением стружки абразивной частицей, устраняется потоком суспензии, сопровож­дающим эту абразивную частицу.

       Струйную гидроабразивную обработку целесообразно применять для обработки сложных поверхностей: помимо значительного снижения вре­мени обработки этот способ позволяет осуществить механизацию про­цесса отделочных операций и улучшить условия труда.


2. МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

       Струйная гидроабразивная обработка представляет собой процесс ударного воздействия на обрабатываемую поверхность высокоскоростной гидроабразивной струи. Характер взаимодействия абразивных частиц, находящихся в струе, с поверхностью определяет выходные параметры процесса производительность и качество обработки. В плане абразив­ного воздействия струйную гидроабразивную обработку можно рассмат­ривать как процесс эрозии потоком абразивных частиц обрабатываемой поверхности. Для установления физической картины явлений, происходя­щих при изнашивании пластичного материала потоком абразивных частиц, необходимо первоначально рассмотреть износ, вызываемый уда­ром одиночной частицы.

       Удар частицы о поверхность приводит к возникновению кратера. Исследование кратеров, образующихся при ударах частицы под  разными углами атаки, показало, что вытесненный из кратера материал течет в направлении падения частицы с образованием вала до тех нор, пока он не растрескивается из-за значительных быстродействующих накопленных деформаций. При ударах под углом 90° вал располагается вокруг кратера равномерно, при меньших углах атаки вал образуется по бокам кратера и по направлению движения частицы. Характер деформаций и образова­ние вала зависят от формы частицы, ее ориентации при контакте с по­верхностью, скорости частицы, угла ее падения, а также от свойств ма­териалов частицы и поверхности. Было обнаружено существование крити­ческой скорости частицы, выше которой материал обрабатываемой по­верхности вытесняется в вал кратера, а также наличие вокруг кратера, образовавшегося при ударе, зоны высокой плотности дислокаций (обычно толщиной а несколько микрометров).

       При ударе о поверхность угловатой частицы наблюдается процесс микрорезания материала. Микрорезание производится только вершинами абразивных частиц (зерен) и из-за скоротечности и направленности ударного воздействия оно носит очень специфический характер. Резуль­таты такого воздействия зависят от так называемого угла скоса частицы и угла ее падения. При ударах угловатые частицы либо вытесняют больше материала в вал кратера, где он становится уязвимым для дальнейшей эрозии, либо отделяют материал от поверхности (в зависимости от угла скоса частицы при контакте). Удаление материала наблюдается в преде­лах углов скоса от 0 до 17°. Такие условия удара редки и возможны лишь в одном из шести случаев.

       Изнашивание материала одиночной частицей характеризуется дефор­мациями пропахивания и резания. Пропахивание наблюдается при боль­ших отрицательных передних углах резания. При положительных перед­них углах имеет место процесс резания. При рассмотрении эрозии, вызванной одиночными частицами, необходимо учитывать возможность появления термически локализованной деформации (адиабатический сдвиг) как результата локального нагрева. Так, например, титан оказался чувствительным к локальным термическим эффектам, обусловленным вы­делением энергии частицы. В результате от пропаханного металла в районе кратера на поверхности образцов из титана откалываются чаще мелкие осколки, чем в случае стальных образцов.

Механизм эрозии пластичных материалов абразивными частицами ма­лых размеров (rр<100 мкм) имеет специфические особенности. При ударе частиц наблюдаются высокие скорости относительной деформации е, причем е~rр^(-1) Поэтому, например, для частиц размером 5 мкм и при скоростях 100 м/с величина e достигает значений порядка 107 с-1. Реак­ция материала при таких скоростях частиц мало известна. Таким обра­зом, при ударе одиночной частицы о поверхность происходят следую­щие процессы: образование кратера, образование вала в направлении движения частицы, микрорезание под разными углами скоса, термиче­ское разупрочнение материала, высокие скорости относительной дефор­мации.

       Удаление материала при воздействии на обрабатываемую поверх­ность потока абразивных частиц происходит в результате взаимо­действия нескольких одновременно протекающих процессов, обуслов­ленных отдельным или совместным влиянием компонентов потока этих частиц. При рассмотрении эрозии материала струей абразивных частиц необходимо учитывать: соударения частиц между собой внутри набегающего потока; дробление отдельных частиц; экранирование обра­батываемой поверхности отскакивающими от нее частицами; широкий диапазон углов падения частиц в определенный момент времени; влияние обрабатываемой поверхности на траекторию движения абразивных частиц; подповерхностное повреждение материала вследствие многократ­ных ударов абразивными частицами; адсорбционный эффект понижения прочности обрабатываемого материала на границе раздела обрабаты­ваемой поверхности и потока и т. д.

       Тонкости процессов деформации и разрушения материала, протекаю­щих при многократных ударах частиц по обрабатываемой поверхности, все еще. до конца не изучены. На основании отдельных исследований осколков, образовавшихся в результате эрозии пластичных материалов, было сделано предположение, что путем непосредственного срезания материала при ударе о него абразивной частицы перемещается лишь небольшое количество материала. Обширная пластическая деформация вызывается воздействиями пропахивающего типа (образование вала), при этом смещенный материал создаст топографию поверхности, с кото­рой металл может быть удален последующими ударами частиц .

       Наблюдается резкое количественное и качественное различие между процессами эрозии в присутствии жидкости и без нес. При удалении материала абразивной струей происходят следующие процессы: разру­шение обрабатываемой поверхности в результате высоких контактных напряжений; срезание микростружки с поверхности; образование клино­видных трещин в поверхностном слое обрабатываемой поверхности; гидроудар; контактная усталость; выплавление материала вследствие вы­сокой локальной температуры и т. д. Относительная роль каждого из этих явлений определяется физико-механическими свойствами материала обрабатываемой детали и абразивных частиц, скоростью и углом атаки абразивной струи.

       Следует отметить, что до настоящего времени теории струйной гидроабразивной обработки, охватывающей все стороны процесса, еще не существует. Эта теория должна базироваться на основе аэрогидро­динамики двухфазных и трехфазных сред, которая еще недостаточно изучена, а также на исследованиях многократных ударов остроконечной абразивной частицы о пластичный материал, к которому принадлежит большая часть металлов и сплавов, применяемых в авиадвигателестроении.

С точки зрения абразивного воздействия струйная ГАО имеет много общего с процессами эрозии материалов абразивными частицами.

       Впервые рассмотрение процессов эрозии пластичных материалов было выполнено Финни, использовавшим в качестве модели механизм микро­механической обработки. Он показал, что объем металла, удаляемого массой абразивных частиц, которую несет поток воздуха, расширяющийся в сопле данной формы, равен


 


где m, v0- масса абразивной частицы и ее скорость при ударе о поверх­ность м/с; к отношение вертикальной составляющей силы воздействия частицы на обрабатываемую поверхность к горизонтальной составляющей; d - глубина среза мм; σ1— предел пластичности обрабатываемого материала МПа; f(а) — функция, характеризующая влияние угла падения частицы на величину съема металла.

       При малых углах соударения частиц с поверхностью теория хорошо согласуется с экспериментальными данными; при этом отсутствует износ материала при углах соударения, близких к 90º.

       Согласно другой модели процесса эрозии пластичных материалом, полученной на основе теории внедрения и уравнения энергетического баланса, предложенной Шелдоном и Канером



где к - коэффициент; d, ρ- диаметр(мм) и плотность частицы(кг/м3); v0 -скорость удара        частицы м/c; Н — твердость материала но Виккерсу.

       Результаты расчетов, выполненные по этой формуле, отличаются от результатов, полученных но формуле Финни.

       При струйной гидроабразивной обработке наличие жидкой фазы зна­чительно изменяет характер протекания процесса взаимодействии абра­зивных частиц с поверхностью. Струйную ГАО можно рассматривать как эрозионно-коррозионный процесс, причем разрушающее действие жид­кости объясняется проявлением эффекта Ребиндера . Отсутствие информации об основных параметрах ударного воздействия гидро­абразивной струи на обрабатываемую поверхность, большинство из ко­торых взаимосвязаны и их трудно контролировать и измерить, препят­ствует созданию математической модели струйной ГAО. С. П. Козыревым сделана попытка теоретически описать процесс удаления металла под действием гидроабразивной струи. Рассматривая работу абразивной частицы при ее динамическом вдавливании в поверхность под прямым углом и силы гидродинамического сопротивления, он получил формулу для определения весового съема металла



где к — постоянный коэффициент; а — коэффициент, учитывающий межзерновое пространство;γ1 γ2 — удельный вес абразивного материала и металла соответственно; V-объем струи воды, по которому ударяет образец;  — содержание абразивных частиц в воде в процентах к объему; N — число ударов частиц по образцу; v1, k1 -скорость абразив­ной частицы и коэффициент восстановления ее скорости; HM -динами­ческая твердость металла но Моосу.

       Результаты расчетов, выполненных по этой формуле, достаточно хо­рошо совпадают с экспериментальными данными. Однако эта формула не учитывает влияния па массовый съем металла таких параметров, как размеры абразивных частиц, углы атаки частиц, давление воздуха, длина струи и другие.

       А.Е. Проволоцкий предположил, что характер разрушения поверхно­сти гидроабразивной струей напоминает схему резания внедряющимся клином, а процесс удаления может быть описан согласно  сле­дующим дифференциальным уравнением:


откуда

где х — текущий линейный съем металла за время t мм; Q — общий линейный припуск мм; к — коэффициент разрушения металла; β— коэффициент убывания абразивной способности определенного объема суспензии.

       Последнее уравнение, хотя и согласуется с экспериментальными дан­ными, также не учитывает большинства параметров струйной гидро­абразивной обработки.

Рассмотренный выше механизм удаления пластичного материала под воздействием потока абразивных частиц позволяет качественно оценить процесс струйной гидроабразивной обработки деталей и теоретически исследовать его.


3. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

       При производстве современных авиационных ГТД наиболее сложными в изготовлении, дорогостоящими и трудоемкими являются лопатки компрессора и турбины. Объясняется это тем, что они изготавливаются из труднообрабатываемых материалов, имеют сложную конструктивную форму, малую жесткость, повышенные требования к точности изготов­ления, шероховатости и физико-химическому состоянию поверхностного слоя. Лопатки, как правило, определяют ресурс и надежность работы двигателя. В технологических процессах изготовления и ремонта лопаток ГТД для обеспечения заданных показателей состояния поверхностного слоя профиля пера применяют отделочные операции, которые обычно сводятся к слесарно-полировальным операциям. Сложный профиль пера лопаток затрудняет применение традиционных высокопроизводительных методов обработки, и большинство операций но доводке профиля выпол­няется вручную, что приводит к большой трудоемкости обработки и не обеспечивает стабильности получения заданных параметров поверхност­ного слоя.

Страницы: 1, 2, 3, 4



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.