СОВРЕМЕННЫЕ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Сборник научных трудов

Выпуск 5

Воронеж 2011

ФГБОУВПО

«Воронежский государственный

технический университет»

СОВРЕМЕННЫЕ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Сборник научных трудов

Выпуск 5

Воронеж 2011

УДК 621.9.047

Современные технологии производства в машиностроении: сб. науч. тр. Воронеж: ФГБОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011. Вып. 5. 126 с.

В сборнике научных трудов представлены работы в области современных технологий производства и эксплуатации изделий машиностроения, а также нетрадиционных методов обработки сложных деталей. Материалы сборника соответствуют научному направлению «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике», перечню Критических технологий Российской Федерации, утвержденному Правительством РФ.

Сборник предназначен для специалистов предприятий, работников вузов, студентов и аспирантов, обучающихся в вузах технического профиля.

Сборник подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе MSWORD, содержится в файле СборнкТМ2011.doc, объем файла 4996 Кb.

Редакционная коллегия:

А.И. Болдырев	- Заслуженный работник Высшей школы РФ, канд. техн. наук, проф. - ответственный редактор, Воронежский государственный технический университет;
А.В. Бондарь	- Лауреат премии Правительства РФ, д-р техн. наук, проф., ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»;
Н.В. Сухоруков	- Заслуженный машиностроитель РФ, Лауреат премии Правительства РФ, канд. техн. наук, доц., ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»;
В.П. Смоленцев	- Заслуженный изобретатель РСФСР, Заслуженный работник Высшей школы РФ, Лауреат премии Правительства РФ, д-р техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
И.Т. Коптев	- канд техн. наук, проф., ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»;
Г.А. Сухочев	- д-р техн. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
А.В. Перова	- канд. техн. наук, доц. - ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет
Рецензенты:	кафедра автоматизации производственных процессов ВГЛТА (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.С. Петровский); д-р техн. наук, проф. А.В. Кузовкин

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 Коллектив авторов, 2011

 Оформление. ФГБОУВПО «Воронежский госу-

дарственный технический университет», 2011

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий сборник научных трудов отражает результаты актуальных научно-технических разработок, выполненных профессорско-преподавательским составом и студентами кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУВПО ВГТУ, а также ведущими учеными Воронежского механического завода – филиала ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева».

В нем представлены работы в области современных технологий производства и эксплуатации изделий машиностроения, в том числе, применяемых в авиационно-космической отрасли, горнорудной промышленности и общем машиностроении.

Публикуемые научные разработки имеют практическую направленность и выполнены по заказам промышленных предприятий России и г. Воронежа. Материалы научных статей обсуждались на научно-практических семинарах Воронежского регионального отделения Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, ВМЗ - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» и кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУВПО ВГТУ.

Выражаем надежду, что настоящий сборник научных трудов будет полезен инженерным работникам, специалистам, аспирантам и студентам в области традиционных и нетрадиционных технологий производства и эксплуатации изделий.

УДК 621.9.047

А.И. Болдырев, А.А. Болдырев

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

И РЕЖИМОВ ЭХРО НА МИКРОГЕОМЕТРИЮ И ТОЧНОСТЬ

ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

В работе рассмотрено влияние условий и режимов процесса электрохимической размерной обработки (ЭХРО) при формировании микрорельефа обработанной поверхности и обеспечении точности для различных материалов, применяемых в авиационной и ракетно-космической технике

К числу современных прогрессивных технологий относится и электрохимическая размерная обработка. Она наиболее эффективна при изготовлении сложнопрофильных деталей из труднообрабатываемых конструкционных материалов и токопроводящих материалов, применяемых в ракетно-космической технике. Комплексные исследования, проведенные советскими и российскими учеными, позволили разработать основы теории процесса ЭХРО, создать оборудование и технологическое оснащение, отработать и внедрить в производство большое количество технологических процессов изготовления деталей сложного профиля. Однако целый ряд вопросов теории и практики ЭХРО требует дальнейших исследований.

Микрогеометрию целесообразно рассматривать как результат образования микродефектов растворяемой поверхности в связи с неоднородностью структуры, химических и физических свойств металлов и сплавов. Так как большинство металлов и сплавов представляет собой многофазные гетерогенные системы, структура которых зависит от химического состава сплавов и их термообработки, то каждая структурная фазовая составляющая характеризуется определенной зависимостью скорости растворения от анодного потенциала.

Анализ особенностей растворения многофазных систем показал, что общие закономерности формирования микрогеометрии поверхности при анодном растворении для всего многообразия применяемых в машиностроении сплавов сформулировать невозможно, поэтому рассмотрим ряд представителей хромистых, хромоникелевых и нержавеющих сталей, применяемых авиационной и ракетно-космической технике.

Для указанных сплавов характерно присутствие в них карбидов хрома, имеющих скорость растворения, отличающуюся от скорости растворения основы металла.

При анодном растворении хромистых сталей, например стали Х13 в электролите NaCl, процесс протекает при низком потенциале, карбид хрома практически не растворяется, и микрогеометрия обработанной поверхности определяется размерами выступающих на ней карбидных частиц.

При обработке хромоникелевых сталей, например Х12Н10Т в электролите NaNO₃, преобладает растворение карбидной фазы, и на поверхности наблюдаются частые мелкие углубления, располагающиеся по границам зерен [1].

Микрогеометрия после ЭХРО жаропрочных сталей, например ЭИ 437Б, характеризуется тем, что на поверхности наблюдается глубокое протравливание межзеренных границ, ослабляющих механическую связь зерен с основой материала, а это может привести к выпадению отдельных зерен. На обработанной поверхности наблюдаются неровности, связанные с крупнозернистостью и дендритной наследственностью.

При увеличении поляризующего тока скорости растворения твердого раствора и зон, прилегающих к карбидным образованиям, выравниваются, но они меньше скорости растворения карбидов. Так, при обработке стали Х18Н10Т в растворе NaCl и плотности тока 50 А/см² поверхность получается гладкой, но волнистой. Граница зерна обозначена мелкими кристалликами карбидов, не потерявших механической связи с основой металла [2].

Из приведенных примеров видно, что микрогеометрия определяется условиями и режимами процесса ЭХРО. Наиболее характерно образование макродефектов, в частности «струйности», появляющейся по направлению потока электролита, из-за локального разрушения пассивирующей пленки. В ряде случаев «струйность» переходит в «чешуйчатость», что обусловлено нарушениями гидродинамики потока.

По мнению авторов [3], устранить «струйность» и «чешуйчатость» можно за счет подбора электролита и режимов обработки.

Возможность изменения механизма анодного растворения по направлению потока электролита для исключения макродефектов многие авторы [4, 5 и др.] связывают с тремя основными факторами:

- неравномерным распределением плотности тока на поверхности детали;

- увеличением толщины диффузионного слоя при движении потока электролита;

- ростом температуры электролита по потоку и температурной активацией процесса растворения.

Таким образом, формирование микрорельефа поверхности при ЭХРО зависит от структуры материала заготовки, от состава, температуры, скорости течения электролита и электрических параметров режима. Процесс растворения происходит локально в каждой точке поверхности и он определяет микрорельеф обработанной поверхности.

Так как при ЭХРО между инструментом и заготовкой нет механического контакта, а растворение происходит по всей поверхности одновременно, то точность размеров и формы детали зависит от погрешности электрода-инструмента и величины отклонений от расчетных режимов. Она также зависит от вида операции и конструктивных особенностей детали, от припуска на обработку, его неравномерности, стабильности процесса анодного растворения и точности применяемого технологического оснащения. Различные факторы неодинаково влияют на общую погрешность обработки.

Установлено [6], что наибольшее влияние оказывает нестабильность электропроводности электролита, зазора и выхода по току. Отклонение от расчетного режима течения электролита вносит погрешность обработки порядка 20-25 % от общей погрешности.

Для уменьшения погрешностей, возникающих за счет деформации станка, инструмента, упругих и температурных деформаций, используются технологические приемы и средства, применяемые при механической обработке.

На точностные показатели ЭХРО оказывают существенное влияние конвективный тепло- и массоперенос, явление запирания межэлектродного канала, нестабильность и изменение скорости движения, состава и температуры электролита. Точность обработки меняется в широком диапазоне 0,02-1,2 мм в зависимости от конструктивных особенностей детали и от вида операции.

Выполненный анализ позволил сформировать основные направления повышения качества и точности ЭХРО:

- разработка методов расчета распределения локальных скоростей растворения материалов и погрешностей обработки на основе реальных процессов с учетом коррекции катода-инструмента;

- стабилизация параметров обработки и использование дискретных условий реализации процесса;

- использование электролитов с высокой локализующей способностью, определяющих закономерности изменения степени локализации и скорости растворения во времени;

- разработка способов анодного растворения с вибрирующими электродами, обеспечивающих под влиянием возвратно-поступательного движения ускорение перемещения электролита, удаление продуктов и подвод чистого электролита в зону обработки;

- применение комбинированных методов обработки с механической или гидродинамической депассивацией обрабатываемой поверхности.