Воронеж, Воронежская область, Россия
УДК 621 Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
В работе отражены результаты экспериментальных исследований и апробации процессов комбинированного формообразования поверхностей со сложным профилем, таким как лопаточные машины. Предложены методы активации таких поверхностей перед нанесением покрытий плазменным напылением, разработаны технологические схемы комбинированной обработки, показаны экспериментальные результаты исследований.
УПРОЧНЕНИЕ КОМБИНИРОВАННОЕ, ЭЛЕКТРО-ЭРОЗИЯ, МИКРО-ВЫСТУПЫ, АНОДНОЕ РАСТВОРЕНИЕ, ПОКРЫТИЕ, АКТИВАЦИЯ ПОДЛОЖКИ.
|
DOI:
|
|
УДК 621.9.068
|
|
|
05.02.07 – технология и оборудование механической и физико-технической обработки
|
|
|
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КОМБИНИРОВАННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛОПАТОК
|
TECHNOLOGICAL SUPPORT OF THE PROCESS OF COMBINED HARDENING SURFACES OF THE BLADES
|
|
к.т.н., ведущий инженер-конструктор Конструкторского бюро химавтоматики (Россия), e-mail: luckymessages@yandex.ru
|
cand. of tech. sc., leading design engineer, Design Bureau of Chemical Automation (Russia), e-mail: luckymessages@yandex.ru
|
|
Коденцев Сергей Николаевич к.т.н., доцент
|
Kodentsev Sergei Nikolaevich cand. of tech. sc., assistant professor
|
|
Гореликов Владимир Николаевич к.т.н., заместитель начальника отделения Исследовательского центра имени М.В. Келдыша
|
Gorelikov Vladimir Nikolaevich cand. of tech. sc., deputy head of the department Research Center named after M. V. Keldysh»
|
|
Аннотация. В работе отражены результаты экспериментальных исследований и апробации процессов комбинированного формообразования поверхностей со сложным профилем, таким как лопаточные машины. Предложены методы активации таких поверхностей перед нанесением покрытий плазменным напылением, разработаны технологические схемы комбинированной обработки, показаны экспериментальные результаты исследований.
|
Annotation. The paper reflects the results of experimental studies and testing of the processes of combined formation of surfaces with a complex profile, such as bladder machines. The methods of activation of such surfaces before applying plasma sputtering were proposed, technological schemes of combined processing were developed, experimental research results were shown. |
|
Ключевые слова: упрочнение комбинированное, электро-эрозия, микро-выступы, анодное растворение, покрытие, активация подложки.
|
Keywords: hardening combined, electroerosion, micro-steps, anodic dissolution, coating, substrate activation. |
|
1 Автор для ведения переписки
|
|
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Эксплуатационные знакопеременные нагрузки, действующие на детали машин, прежде всего, двигателей (ракетных, авиационных), отличаются высоким градиентом температур и многовекторным сложнонапряженным состоянием, которые вызывают макродефекты и микротрещины на поверхности лопаточных деталей. Подобные воздействия приводят к отказам при работе агрегатов с лопаточными деталями [1-10].
Известны эффективные способы решения указанной проблемы, среди которых к эффективным относится подход нанесения защитных от воздействия циклических механических нагрузок и высоких температур покрытий. В данном подходе к прогрессивным относят метод плазменного напыления. Обеспечение стойкого соединения покрытия с основой в данном методе определяется многими факторами, а среди них, таким важным фактором, как шероховатость и состояние поверхности перед напылением. Поверхность должна иметь профиль анкерного типа, быть активирована с шероховатостью Ra не менее 60 мкм и не иметь микротрещин и других дефектов. Для межлопаточных каналов с углом раскрытия до 450, представляющих труднодоступные поверхности, подготовка поверхности лопаток под напыление и последующее на них плазменное напыление представляет сложную задачу [2].
Это приводит к необходимости поиска более подходящих эффективных решений. Для этого предлагается подход на основе комбинированного эрозионно-химико-термического процесса, который позволяет обрабатывать поверхности со сложным профилем, к которым относятся лопатки турбин. Метод на основе данного подхода дополнительно позволяет выравнивать и активировать микрорельеф под напыление с помощью микрошариков.
2 Материалы и методы
Для снижения стоимости процесса, использующего медь в качестве электрода-инструмента, предлагались варианты с использованием доступных материалов – цинковых и магниевых сплавов. Однако эксперименты показали значительно большую интенсивность эрозионного износа таких электродов (до 200-300 %), что приводило к большим погрешностям обработки [11]. Кумулятивный эффект при этом был полностью терялся, что объяснялось теплофизическими свойствами, приводящими к потере энергии полуволны, необходимой для зажигания обрабатываемого материала. Принципиально задача была решена с помощью нанесения цинкового покрытия на электроды-инструменты толщиной более 60 мкм, при которой стабилизировался кумулятивный эффект [11]. Для поиска материалов электродов-инструментов исследовались латунь Л62 и медь М01.
1. Сухочев, Г. А. Управление качеством изделий, работающих в экстремальных условиях при нестационарных воздействиях. Воронеж : Издательство ВГУ. - 2003. - 287 с.
2. Сухочев, Г. А. Основы технологии комбинированной обработки непрофилированным инструментом винтовых поверхностей / Г. А. Сухочев, Е. Г. Смольянникова, В. Н. Гореликов // Металлообработка. 2008. - № 1. С. 12-16.
3. Усов, С. В. Металлофизические аспекты повышения эксплуатационного ресурса деталей машин с помощью комбинированных физико-технических методов / С. В. Усов, И. П. Точилин, А. М. Некрылов, А. О. Родионов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2020. - № 1(16). - С. 19-22.
4. Сухочев, Г. А. Упрочняющая и отделочная обработка технологических труднодоступных проточных каналов деталей / Г. А. Сухочев, А. М. Некрылов, А. Ю Грымзин, С. Н. Подгорнов, В. Н. Сокольников // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2020. - № 7(109). - С. 20-23.
5. Некрылов, А. М. Исследование режимов упрочняющей обработки межлопаточных каналов деталей роторной группы / А. М. Некрылов, Г. А. Сухочев, А. О. Родионов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. - Том 15. - № 9 (177). - С. 421-426.
6. Некрылов, А. М. Formation of quality of a complex surface after combination processing / А.М. Некрылов, Г.А. Сухочев // Антропометрические науки : инновационный взгляд на образование и развитие личности : материалы VI-ой междун. науч.-практ. конф., 21-22 марта 2018 г. : в 2-х частях, ч. 1. Воронеж : ВГТУ, 2018. - С. 313-314.
7. Influence of Contact Efforts on the Surface Quality of Difficult Profile under Finishing Hardening Machining / Gennady A. Sukhochev, Vasiliy N. Sokolnikov, Andrey M. Nekrylov // "Solid State Phenomena", vol. 316, 2021. - Режим доступа : https://www.scientific.net/SSP.316.738.
8. Патент № 2709072 Российская Федерация, B23H 5/06, B24B 39/00. Способ упрочняющей обработки локальных участков поверхностей деталей роторов / Г. А. Сухочев, В. Н. Сокольников, А. М. Некрылов ; заявитель и патентообладатель Воронежский гос-ударственный технический университет. - № 2019123080, заявл. 17.07.2019 ; опубл. 13.12.2019, Бюл. № 35. - 8 с.
9. Сокольников, В. Н. Повышение работоспособности высокооборотных роторов в местах доводки комбинированными методами / В. Н. Сокольников, Г. А. Сухочев, А. М. Некрылов, А. Ю. Грымзин, А. В. Норман // Научная опора Воронежской области : сб. тр. победителей конкурса научно-исслед. работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям развития науки и технологий. Воронеж, ВГТУ, 2019. - С. 229-232.
10. Сухочев, Г. А. Параметры технологического процесса получения качественного поверхностного слоя деталей роторной группы / Г. А. Сухочев, В. Н. Сокольников, А. М. Некрылов // Современные технологии производства в машиностроении : сб. науч. тр., Воронеж : ФГБОУ ВПО ВГТУ, Вып. 12. - 2019. - С. 83-86.
11. Сухочев, Г. А., Силаев Д. В., Коденцев С. Н. Способ подготовки поверхности сложного профиля под газоплазменное напыление. Патент 2680333. 2019.
12. Сухочев, Г. А. Технологическое обеспечение качества газотермических покрытий на поверхностях сложной формы / Г. А. Сухочев, А. М. Кадырметов, Д. В. Силаев // Вестник РГАТУ имени П. А. Соловьева. - Рыбинск : РГАТУ, 2017. № 2(41). С. 26-32.
