КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛИ КРЫЛЬЧАТКА

Цель: Модернизация (улучшение) точности и качества изготовления внутренних поверхностей детали крыльчатка.

Для достижения этой цели потребуется решить следующие задачи:

1) Ознакомиться с видами литья, выявить оптимальный способ литья для крыльчатки.

2) Применить электроэрозионный способ обработки для внутренних поверхностей.

3) Повысить качество детали с помощью применения лазерного упрочнения крыльчатки.

Введение.

Среди деталей общего машиностроения есть такие,  которые трудно или даже невозможно получить механообработкой. Среди таких деталей является крыльчатка. Рассмотрим различные технологические процессы получения заготовки этой детали. Изучив виды литья, их преимущества и недостатки, выберем, на мой взгляд, самый подходящий под изготовления детали крыльчатка. Далее для обработки внутренней поверхности, то есть отверстия детали, попробуем применить электроэрозионный способ (ЭРО) и сделаем вывод, насколько он эффективен. Так же, применив доводочные операции, такие как упрочнение детали, лучом лазера, проверим, будет ли увеличение ее прочностных свойств.

Основные виды литья.

Для того что бы постараться обеспечить точность и качество детали, также её внутренних поверхностей, необходимо рассмотреть как будет сделана наша заготовка, так как это немало важно при производстве. Кратко рассмотрим виды литья, потому что в основном данная деталь, а именно заготовка, производится литейным методом. С помощью теоретического обоснования выберем наиболее оптимальный.

Первый вид литья это литьё в песчаные формы, он является очень грубым, дешёвым, но зато самый массовый вид литья. Литьё металлов в кокиль — более качественный способ, имеет высокую трудоемкость, ограниченную стойкость и трудность изготовления сложных конфигураций. Литье под давлением имеет высокую точность размеров и малую шероховатость, но высокую стоимость пресс-форм и оборудования, ограниченность габаритных размеров и массы отливок, так же наличие воздушной пористости в массивных частях. С помощью центробежного литья получают отливки в металлических формах. Детали получаются с высокой износостойкостью, плотностью металла, отсутствием раковин, но имеют неточность размеров, большая наклонность к ликвации элементов сплава и завышенные требования к прочности литейных форм. Еще один способ это литьё в оболочковые формы он основан на получении фасонных отливок из металлических сплавов в специальных формах, состоящих из смеси песчаных зёрен и синтетического порошка. У этого метода производительность выше чем, у литья в песчаные формы, так же возможно контролировать тепловой режим охлаждения отливки, но детали отливаются с ограничением по массе и сам метод узко направлен. Литьё по выплавляемой модели – хоть этот метод и имеет высокую себестоимость и трудоёмкость, он применяется тогда, когда нужно получить высокую точность изготовления детали, малую шероховатость и отливки любой сложности, например лопатки турбин, крыльчатки, что нам как раз и нужно.

Электроэрозионная обработка.

Сегодня существует множество видов металлорежущего оборудования, каждый из которых имеет свой уровень производительности и универсальности. Большинство современных станков отличается от моделей прошлых лет лишь способами управления и более высоким уровнем точности. При этом сущность обработки – механическое воздействие на заготовку инструментом из более прочного материала – остается прежней.

Метод электроэрозионной обработки подходит для операций: отрезки, вырезания, объемного копирования, прошивания, шлифования, доводки, маркирования и упрочнения.

Рисунок 1. Электроэрозионная обработка.

Принцип действия электроэрозионных станков заключается в воздействии на заготовку электрических разрядов, под действием которых и происходит разрушение материала (эрозия). Возникают разряды между двумя электродами, одним из которых является инструмент, а вторым – непосредственно сама заготовка. Это обуславливает необходимость наличия у обрабатываемого материала такого свойства, как электропроводность. Именно поэтому электроэрозионная обработка, прежде всего, предназначена для металлов. Электрический разряд между электродами идет в виде импульсов, частоту, длительность и энергию которых определяют, исходя из скорости резания и параметров поверхности материала. Например, чем короче импульсы, тем менее шероховатая поверхность образуется в процессе обработки.

Современное электроэрозионное оборудование позволяет в широком диапазоне регулировать характеристики импульсов в зависимости от выполняемых операций. Станки используются для выполнения деталей со сложной конфигурацией, обработки закрытых каналов, выполнения отверстий малого диаметра. Среди основных преимуществ электроэрозионного оборудования, можно выделить следующие: высокое качество получаемой поверхности; возможность обработки материалов с высокой твердостью; обработка тонколистовых деталей без опасности их деформации при воздействии инструментом; получение поверхностей практически любой формы с высокой точностью размеров; минимальные расходы на инструмент из-за его незначительного износа; отсутствие шума при работе станка. Если говорить о недостатках эрозионной обработки, то наиболее значимым является низкая производительность. Даже при больших токах подача инструмента не превышает нескольких миллиметров в минуту. Но именно для обработки внутренних поверхностей крыльчатки, этот метод подойдет, так как точность обработанной поверхности будет хорошая, что нам и требуется получить, решая нашу задачу. Приведем теоретические исследования обработки металлов разными методами:

Таблица 1.

Сравнительные характеристики технологий изготовления деталей.

Из приведенных данных таблицы можно увидеть, что при электроэрозионной обработке твердость обрабатываемого материала не ограничена, по сравнению с другими обработками. Так же  другим важным критерием сравнения являются достигаемая точность и получаемое качество поверхности. Здесь высокоскоростная и электроэрозионная обработка имеют явное преимущество. Если при высокоскоростной обработке (пятикоординатное фрезерование) точность находится в пределах 15¸ 30 мкм, то при электроэрозионной она достигает (погрешность профиля) 10-20 мкм у копировальной прошивки и 4¸6 мкм у вырезки.  Одним из решающих факторов выбора той или иной технологии является наличие  (или отсутствие) возможности в случае ее применения закрепления сложных объемных контуров. Здесь и проявляется своеобразие генеративной технологии, применяя которую можно изготовить деталь практически любой сложности. Если при пятикоординатном фрезеровании еще существуют ограниченные возможности получения на заготовке без ее переустановки поверхностей с обратным наклоном, то при копировальной прошивке это практически невозможно. Для глубоких пазов - только электроэрозионная обработка. При большой глубине полостей рекомендуется их электроэрозионная обработка. Радиусы углов не должны быть больше, чем искровой промежуток между инструментом и заготовкой, а полости могут быть выполнены неограниченно глубокими. При использовании генеративных технологий могут быть получены радиусы углов в пределах точности детали, т.е. примерно 0,1 мм. Глубины полостей так же, как и при электроэрозионной обработке, не являются проблемой, хотя все-таки высота ребра ограничена 4 - 10 значениями его ширины. Переходя непосредственно к получению качества детали, я бы хотел затронуть такой метод, как упрочнение деталей лучом лазера. Пересмотрев множество способов, я остановился на нем.

Лазерное упрочнение поверхности металла.

Лазерная технология в последнее время находит все более широкое применение в промышленности. При использовании лазерной технологии в большинстве случаев повышается качества обработки, улучшаются условия труда, повышается культура производства. Несмотря на значительные успехи в практическом применении лазерной технологии до недавнего времени лазерный луч не использовался для локального упрочнения материала, хотя возможность реализации  такого процесса была показана еще в первых технологических исследованиях при изучении явлений взаимодействия излучения оптических квантовых генераторов (ОКГ) с металлами и сплавами. В результате использования лазерного луча для упрочнения материалов появляется возможность разработки новых принципов конструирования деталей машин и узлов, внесения коренных изменений в технологию изготовления изделий. При таком способе упрочнения можно изменить свойства различных участков детали, изготовленной из сравнительно недорогостоящего конструкционного материала, и получить сплавы с уникальными характеристиками прочности, износостойкости и коррозионной стойкости. Создание совершенного лазерного оборудования различных типов позволяет в широких пределах реализовать возможности нового технологического метода, полностью автоматизировать технологический процесс, включить его в интегральную систему высокоэффективного производства, основанного на комплексном использовании процессов, автоматики и вычислительной техники. Лазерному упрочнению подвергают стали: углеродистые, низкоуглеродистые, легированные (У8А, У10А, 45, ХВГ, 9ХС и др.), высоколегированные (XI2, Х12М, Х12Ф, ХВГ, ХШ15, X, 5ХВ2С), низкоуглеродистые цементованные (20, 12ХНЗА), хромистые коррозионно-стойкие (4X13), быстрорежущие (Р18, Р12, Р5, Р6М5, Р9). Можно привести примеры сталей после лазерного упрочнения:

Таблица 2.

Режимы лазерной закалки инструментальных сталей.

Рисунок 2. Схема направления лазера

Приводя данные можно наглядно увидеть, что после лазерного упрочнения, увеличиваются его прочностные свойства. А где прочность детали, там ее качество и долговечность.

Заключение.

Теоритические выводы:

Из приведенных видов литейной обработки, можно сделать вывод и подобрать самый оптимальный для крыльчатки. Это, несомненно, литье по выплавляемым моделям, так как деталь предъявляет к себе высокую точность изготовления, что нам и нужно. Электроэрозионная обработка позволяет эффективно решить задачу обработки отверстий, а также создать качественно новые конструкции деталей, улучшающие основные показатели авиационных двигателей. Из приведенных данных можно наглядно увидеть, что после лазерного упрочнения, увеличиваются его прочностные свойства. А где прочность детали, там ее качество и долговечность. Так же в заключение хотелось бы сказать, исходя из того, что было приведено в работе, поставленные задачи и цели были выполнены.

Список литературы:

1. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев: Техника, 1971. - 144 с.
2. Справочник. М., 1989; Гини Э. Ч., Зарубин А. М., Рыбкин В. А. Технология литейного производства: Специальные виды литья. 3-е изд. М., 2008.
3. Балтер M.A. Упрочнение деталей машин.M.: Машиностроение,1968. -196с.
4. Кравченко Б.А. Повышение выносливости лопаток газовых турбин методом термоупрочнения. В. кн.: Тезисы докладов 2-й научно-технической конференции: Конструкционная прочность двигателей. Куйбышев, 1972, с. 17-18.
5. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.-320 с.
6. Коваленко B.C. Лазерная технология. Киев: Высш. школа, 1989.-290 с.
7. Габельченко Н. И. Механические свойства металлов [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пособие / Н. И. Габельченко, Е. Ю. Карпова, А. С. Адамова; ВолгГТУ. - Волгоград: ВолгГТУ, 2018. - 96 с.
8. Коваленко В. С., Головко Л. Ф., Меркулов Г. В., Стрижак А.И. Упрочнение деталей лучом лазера. — К.: Техника, 1981. — 131 с. 80. Криштал М.А., Жуков
9. Структура и твердость поверхностных слоев после обработки лучом лазера. Белянин В.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. и др.- «Физика и химия обработки материалов», 1967, N2, с. 115-116.
10. Малыхин А.Н. Применение лазерного излучения при упрочнении.-Современные технологии в машиностроении. Сборник материалов III всероссийской научно-практической конференции. ч.1: Передовые промышленные технологии. Пенза. 2000.с75.