Ждем Вас 14-18 мая 2018 года
в "ЭКСПОЦЕНТРЕ" г. Москва
в павильоне ФОРУМ
на  Международной выставке
"Металлообработка-2018"

 

+7 (343) 319-47-51
+7 (343) 328-37-54
E-mail: info@gidroabraziv.com

Гидродробеструйная обработка, упрочнение поверхности

Одним из наиболее перспективных методов поверхностного пластического деформирования является упрочнение микрошариками с применением гидродробеструйной технологии, обеспечивающей формирование благоприятного остаточного напряженного состояния в поверхностных слоях детали при минимальных величинах деформационного упрочнения.

Основные преимущества перед другими способами упрочнения являются, отсутствие воздействия температуры в зоне обработки, образование неориентированного рельефа на поверхности детали, точность воздействия. Выбор дроби определяется материалом, размерами и конфигурацией детали, требованиями к упрочнению и др. Как правило применяются стальные микрошарики размерами 0,005 ... 0,3 мм., либо стеклянные микрошарики диаметром 0,25 ...1,2 мм. Основными факторами влияющими на прочностные характеристики поверхности являются кинетическая энергия дроби и время воздействия на поверхность, а также наличие специальных добавок.

Большинство отказов в работе сложных технологических изделий, работающих на предельных режимах, происходит в результате поверхностного разрушения, причем основная часть из них является следствием несовершенства технологии изготовления.

Традиционные методы обработки (фрезерование, шлифование, полирование, кислотное травление) значительно снижают усталостные характеристики материала, поэтому для повышения предела выносливости, например лопатки турбины и компрессора, диски турбин и осевых компрессоров ГТД, подвергаются упрочняющей обработке методом поверхностного пластического деформирования.

Параметры, влияющие на достижение результата гидродробеструйной обработки

  1. Давление сжатого воздуха, скорость полета дроби (1-100 м/с)
  2. Давление гидродробеструйной суспензии
  3. Диаметр микростеклошариков
  4. Количество микростеклошариков, объемная подача кг/мин.
  5. Масса, материал микростеклошариков
  6. Угол падения гидродробеструйной струи
  7. Расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности
  8. Время обработки
  9. Линейная скорость либо частота вращения детали

Параметры поверхностного слоя после упрочнения:

  1. Остаточные напряжения сжатия 15 - 60 кгс/мм2
  2. Глубина залегания сжимающих напряжений до 200 мкм.
  3. Степень наклепа < 15 %
  4. Остаточные напряжения растяжения отсутствуют
  5. Изменение геометрии и размеров детали отсутствуют

В настоящее время лопатки компрессора ГТД получают методом точной штамповки, рабочие лопатки методом точного литья. Оба способа не предусматривают припуска на механическую обработку и подразумевают в дальнейшем безразмерную финишную доработку.

При таких жестких условиях универсальность гидродробеструйной обработки имеет особую актуальность и может решать широкий спектр задач не только по упрочнению, но и по доработке профиля лопаток:

  1. Выведение литейных дефектов
  2. Удаление заусенцев и скругление кромок
  3. Обработку перфорированных отверстий
  4. Полирование профиля
  5. Подготовку поверхности к нанесению защитного покрытия

Напряженное состояние поверхностного слоя при гидродробеструйной обработке прежде всего зависит от размеров (массы), скорости и угла атаки микрошариков.

 
 

Влияние фракции микрошариков на величину остаточных напряжений   
а) - жаропрочные сплавы               б) - титановые сплавы 
1.100мкм. 2. 63мкм. 3. 40мкм. 4. 20мкм.

При гидродробеструйной обработке микрошарики взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью в среде жидкости, которая, обтекая круглые частицы, проникает непосредственно в зону контакта. Температурные структурные изменения материала в поверхностном слое при таких условиях происходить не могут. Поэтому возникновение остаточных напряжений обусловлено деформационными процессами, происходящими при многократных ударных воздействиях круглых частиц на обрабатываемую поверхность.

В результате экспериментальных исследований установлено, что при любых сочетаниях варьируемых технологических параметров в поверхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия без подслойного максимума. Общая глубина распространения остаточных напряжений не превышает 50...60 мкм. на стеклошариках и 150…200 мкм. на металлических микрошариках. С увеличением размеров микрошариков величина и глубина залегания напряжений увеличиваются. Максимум напряжений находится на поверхности, причем на­блюдается резкое снижение этих напряжений в слое толщиной 5... 15 мкм. Характер распространения остаточныхапряжений при обработке раз­личных материалов не изменяется.

С увеличением давления воздуха, а соответственно и скорости гидродробеструйного потока, величина и глубина залегания остаточных напряжений увеличиваются независимо от обрабатываемого материала и размеров микрошариков.

Максимальный уровень напряжений имеет место при углах атаки α=90°. Это объясняется тем, что на углах, близких к 90°, практически вся энергия микрошариков расходуется на удар о поверхность. С уменьшением α нормальная составляющая скорости движения уменьшается, что приводит к снижению величины и глубины залегания напряжений, причем наиболее сильное снижение происходит в диапазоне изменения угла атаки от 90° до 60...70° (примерно в 1,7,..2,0 раза).

Выводы

  1. Пластическое поверхностное деформирование стеклошариками гидродробеструйной технологией повышает предел выносливости деталей ГТД, позволяет увеличить их ресурс работы.
  2. Наличие значительных остаточных напряжений сжатия при малой степени деформационного упрочнения обуславливает повышенную стойкость поверхностного слоя деталей к образованию микротрещин в условиях повышенных температур и знакопеременных нагрузок.

Результаты обработки

При обработке рабочих лопаток 8 ступени КВД авиадвигателя из сплава ВТ8М получены следующие результаты:

- шероховатость поверхности Ra 0,18 – 0,25;

- остаточные напряжения сжатия 18,3 -34,3кгс/мм;

- глубина залегания напряжений сжатия до 40мкм;

- степень наклепа 11,7% глубиной до 10мкм;

При обработке микрошариками зернистости М63 и менее, микротвердость по глубине поверхностного слоя практически не изменяется. При использовании микрошариков зернистости 10 увеличивается микротвердость на 4...6 % при Рв=0,4 МПа и α=90°, глубина упрочненного слоя не превышает 5...7 мкм.

В результате гидродробеструйная обработка повысила предел выносливости турбинных лопаток на 24-30%, и составляет 52кгс/мм.

Установка гидродробеструйной обработки (обдувки) КС-150РМ

предназначена для упрочнения изделий сложной формы микрошариками, обеспечивающая поверхностное пластическое деформирование, формирование благоприятного остаточного напряженного состояния в поверхностных слоях детали при минимальных величинах деформационного упрочнения

Перейти на страницу

Заказать звонок