1.2. Дробеструйные методы обработки

Обработка дробью применяется для упрочнения деталей небольших размеров, сложной конфигурации или с малой жесткостью (шестерни, пружины, рессоры и др.). Глубина наклепа при обдувке дробью не превышает 0,8 мм. Дробеструйная обработка ухудшает исходную шероховатость поверхности детали. Режим обработки определяется скоростью дроби, расходом ее за еди­ницу времени и продолжительностью обдува. Дробеструйной обработке могут подвергаться заготовки из сталей, чугуна и сплавов различной твердости.

Рис. 1.4. Процесс дробеструйной обработки лопаток ГТД:

1 – насос; 2 – рабочая камера; 3 – обрабатываемые лопатки; 4 – сопла; 5 – бак

Совмещенное поверхностное пластическое деформирование (гидравлическое и пневматическое деформирование дробью). Упрочнение поверхностного слоя гидравлическим и пневматическим деформированием производят стальными шариками с эмульсией или трансформаторным маслом на специальных насосных установках (рис. 1.4).

Лопатки, закрепленные замками в переходниках, совершают вращательное (20 мин^-1) и возвратно-посту­пательное (20...50 мм/мин) движения относительно со­пел. Сопла расположены на дне камеры на расстоянии 200...250 мм от оси враще­ния лопаток. При подаче воздуха из воздухопровода под давлением 10⁸ Па (в пневмогидродробеструйных установках) или смазочно-охлаждающей жидкости (в гидродробеструйных установках) в соплах создается разрежение; стальные шарики вместе с маслом или эмульсией засасываются в сопло через заборные окна и под давлением подаются на обрабатываемую заготовку.

Удары дробинок воспринимаются поверхностным слоем детали через жидкостную пленку, способствующую более равномерному распределению ударной нагрузки на поверхность, чем при об­работке сухими шариками. Одновременно жидкость оказывает охлаждающее действие, снижая температуру поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, которая при упрочнении сухими ша­риками достигает 600 °С.

В гидродробеструйной установке (рис. 1.4) камера 2, в которой находятся обрабатываемые лопатки 3, разделена на две полости сеткой, пропускающей из верхней полости в нижнюю полость жидкость и изношенные стальные шарики, свободно сли­ваемые через окно в бак 5. Отфильтрованная от изношенных ша­риков жидкость насосом подается к соплам 4.

Расход шариков через каждое сопло равен 24 кг/мин, а масла – 40 л/мин при давлении 2–10⁵ Па. Давление и время обработки устанавливают в зависимости от материала и размера детали. Время обработки лопаток в зависимости от их размеров 8...22 мин. В гидродробеструйных установках обрабатывается одновре­менно по 5...30 шт. малогабаритных лопаток (каждую лопатку тремя–шестью соплами) за 15...30 мин. Крупногабаритные лопатки упрочняют по 1 шт. с помощью 15 сопел за 40...45 мин.

После гидравлического поверхностного деформирования кромки пера лопатки вследствие наличия мелких местных повреждений необходимо зачищать вручную.

Шероховатость поверхности пера лопатки перед пневмо-дробеструйным упрочнением соответствует Ra = 0,63...0,32 мкм; после обработки стальной литой дробью диаметром 0,5...1,0 мм (диаметр дроби должен быть d<(1,2...1,6) r_min, где r_min – минимальный радиус галтели, подвергаемой обработке) поверх­ность лопатки ухудшается до Ra = 2,5...0,65 мкм, поэтому перо лопатки вновь полируют на полировальных бабках войлоч­ным кругом с нанесенной на него абразивной пастой (микро­порошок М40) или шлифовальной шкуркой на виброполироваль­ных станках, что обеспечивает параметр шероховатости пера ло­патки Ra = 0,63...0,32 мкм.

Для упрочнения дисков компрессора применяют восьмисопловые установки. Деформационному упрочнению этим методом подвергаются цапфы, шестерни, валы, трубопроводы и др.

Пневмодробеструйным упрочнением обрабатывают также крупногабаритные заготовки со сварными швами и заготовки, шероховатость поверхности которых должна быть не выше Ra = 2,5...1,5 мкм.

Деформационное упрочнение ги­дравлической галтовкой основано на механическом воздействии рабочей смеси (стальная дробь диаметром 0,6...0,8 мм и масло) на упрочняемую поверхность при их соударении.

Наличие масляной пленки создает условия для гидравличе­ского удара и жидкостного трения дроби о поверхность заго­товки и благоприятствует пластическому деформированию тон­кого поверхностного слоя при сохранении низкого параметра шероховатости обработанной поверхности.

Существует несколько модификаций гидрогалтовочных установок (УГЛ-1, УГЛ-2, УГЛ-3, ГРП-300), позволяющих одновременно обрабатывать 12–24 лопатки компрессора длиной 300 мм и более. Кинематическая схема полуавтоматической установки приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Кинематическая схема установки для гидрогалтовки лопаток ГТД:

1 – дробеметное колесо; 2 – отражатель; 3 – неподвижная шестерня;

4 – электродвигатель; 5 – диск; 6 – шестерни; 7 – лопатки; 8 – осевой насос;

9 – электродвигатель

Установка рассчитана на одновременную обработку 20 лопа­ток, снабжена тремя индивидуальными приводами для вращения диска с лопатками вокруг своей оси (установки) и оси лопатки роторным колесом, смесителем рабочей смеси и центробежным насосом. Электродвигатель 4 через систему зубчатых колес, связанную с неподвижной шестерней 3, сообщает вращение диску 5 с лопатками 7. На диске смонтированы два редуктора с шестернями 6. На осях шестерен при помощи кассетных приспо­соблений закреплены упрочняемые лопатки, вращающиеся вокруг своей оси. Струя рабочей смеси подается вверх осевым насосом 8, приводимым в движение электродвигателем 9, и, попадая на отра­жатель 2 дробеметного колеса 1, разлетается веером в направле­нии вращающихся лопаток.

В бункер установки засыпают 40...50 кг дроби (ГОСТ 11964–81Е) диаметром 0,6…1,2 мм и заливают 120...160 л рабочей смеси.

Оптимальный режим упрочнения гидрогалтовкой устанавливают экспериментально. Он зависит от многих факторов: материала заготовки и температуры ее нагрева при эксплуатации, размеров и формы заготовки и др. Например, лопатки ротора компрессора из титанового сплава ВТЗ-1 обрабатывают по следующему ре­жиму: частота вращения ротора (дробеструйного колеса) – 450 об/мин, продолжительность обработки 30 мин. Шероховатость обработанной поверхности соответствует Ra = 0,63...0,16 мкм при достаточно высокой степени наклепа.

Вибрационная галтовка осущест­вляется на инерционных дисбалансных установках. Рабочая камера установки совершает колебательные движения в трех или двух плоскостях, а приспособление с закрепленными в нем ло­патками вращается. При работе вибратора приспособлению с ло­патками и рабочей средой (наполнителем) сообщаются колеба­тельные движения с заданными частотой и амплитудой. Непре­рывно перемещающиеся стальные шарики, ударяясь о поверх­ность лопаток, сглаживают неровности и пластически деформи­руют поверхностный слой.

Рис. 1.6. Схема установки с инерционным приводом

для виброгалтовки лопаток:

1 – электродвигатель; 2 – колодочный тормоз; 3 – валик; 4 – основания; 5 – дисбалансовые грузы; 6 – полый вал; 7 – эластичные муфты; 9 – стойки; 10 – пневматические баллоны;

11 – рама; 12 – контейнера; 13 – ротора с лопатками; 14 – фильтр;

15 – редуктор давления

Виброгалтовочная установка с инерционным приводом (рис. 1.6) состоит из контейнера 12, ротора с лопатками 13, вибратора с приводом, рамы 11 с закрепленными на ней подвижными частями, которая в процессе работы опирается на пневматические баллоны 10, основания 4 с резиновыми амортизаторами. В со­стоянии покоя рама 11 контейнера 12 опирается на стойки 9.

Вибрационные колебания контейнера осуществляются полым валом 6 с дисбалансовыми грузами 5. Вращение валу передается от электродвигателя 1 через две эластичные муфты 7 и валик 3. Торможение вала при остановках производится электромагнит­ным колодочным тормозом 2. Подача воздуха осуществляется через фильтр 14 и редуктор давления 15. Контейнер имеет короб­чатую форму с цилиндрическим дном. В его верхней и нижней частях приварены коллекторы для подвода и отвода промывочно-охлаждающей жидкости.

Работает установка следующим образом. В контейнер зали­вают рабочую жидкость, устанавливают ротор с лопатками и за­сыпают стальные шарики. Контейнер закрывают крышкой и включают насос, прокачивающий жидкость. В пневмобаллоны подают воздух под давлением (2...3)10⁵ Па, поднимающий кон­тейнер на заданную высоту, обеспечивающую включение привода вибратора. Очистка контейнера от стальных шариков осуществ­ляется пневмоотсосом. Режим виброгалтовки устанавливается экспериментально. Шероховатость поверхности пера лопатки после упрочнения порядка Ra = 0,32...0,16 мкм.

Виброгалтовкой обрабатывают также сепараторы подшип­ников, диски компрессора, высоконагруженные шестерни, шлицы валов компрессора и другие детали.

Поверхностное деформирование микрошариками. Основное преимущество данного метода – возможность деформационного упрочнения маложестких деталей сложной геометрической формы, деталей с тонкими кромками, малыми радиусами переходных поверхностей, галтелями. При этом достигается шероховатость поверхности Ra = 0,63...0,16 мкм и деформационное упроч­нение тонких поверхностных слоев. В поверхностном слое лопа­ток наводятся сжимающие остаточные макронапряжения, имею­щие максимальное значение у поверхности.

Схема многопозиционной установки для упрочнения микрошариками резьбовых деталей, пазов елочных хвостовиков лопа­ток турбин, пера лопаток компрессора и других заготовок, показана на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Схема многокомпозиционной дробеметной установки

для упрочнения деталей микрошариками

Преимуществом установки является широ­кая возможность регулирования скоростей полета микроша­риков.