В работе обоснованы технологические возможности перспективного метода отделочной обработки поверхностей воздушными струями, затопленными абразивной суспензией.We justify the technological possibilities of a promising method of finishing the formation-processing surfaces, air jets, submerged abrasive slurry

Андилахай, А. А.

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

УДК 621.95 
 
А.А. АНДИЛАХАЙ, канд. техн. наук, ПГТУ, г. Мариуполь 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ АБРАЗИВНОЙ 
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ЗАТОПЛЕННЫМИ СТРУЯМИ 
 
В работе обоснованы технологические возможности перспективного метода отделочной обра-
ботки поверхностей воздушными  струями, затопленными  абразивной суспензией 
 
We justify the technological possibilities of a promising method of finishing the formation-processing 
surfaces, air jets, submerged abrasive slurry 
   
Отделочная обработка деталей зернистым абразивом, с подачей абра-
зивной суспензии через сопла под высоким давлением широко применяется в 
машиностроении, оптико-механическом производстве, радио- и электротех-
нической промышленности [1–6]. Этот метод позволяет выполнять ряд тру-
доемких технологических операций, к которым относятся: удаление заусен-
цев, скругление острых кромок, очистка поверхностей деталей от окисной 
пленки, подготовка деталей под гальванические покрытия и др. 
Основным недостатком этого метода обработки является интенсивный 
износ сопел, через которые прокачивается абразивная суспензия. Так, по 
данным различных источников стойкость сопел струйных аппаратов, изго-
товленных из закаленной стали, составляет 8−12 часов,  из отбеленного чугу-
на – 16−25 часов, из твердого сплава − 40−50 часов. В связи с этим, опреде-
ленный интерес представляет метод обработки  с помощью струй сжатого 
воздуха, затопленных абразивной суспензией, так как при такой схеме обес-
печивается  сохранность (долговечность)  сопел,  подающих сжатый воздух. 
Цель работы –  обоснование технологических возможностей абразивной 
обработки деталей затопленными струями. 
Сущность данного метода обработки заключается в том, что в рабочую 
камеру, содержащую свободно помещенные  обрабатываемые детали и абра-
зивную суспензию, подают  сжатый воздух в виде струй, расположенных 
таким образом, чтобы достигались обработка и перемешивание деталей [7], а 
также обеспечивалась сохранность внутренних поверхностей рабочей каме-
ры. Обеспечение равномерного перемешивания обрабатываемых деталей и 
всестороннее воздействие абразивных зерен на их поверхности является важ-
нейшим условием достижения высоких положительных результатов. Эффек-
тивность процесса может быть утрачена из-за нарушения пропорций (балан-
са) между этими двумя факторами. Так, перемешивание, т.е. транспортировка 
деталей и абразивных зерен по замкнутой траектории внутри рабочей камеры 
с высокой скоростью противоречит условию достижения существенной раз-
ностей скоростей между абразивными зернами и обрабатываемыми деталя-
ми. С другой стороны, интенсивное локальное воздействие абразивных зерен 
на обрабатываемые поверхности без должного перемешивания приведет к 
140
искажению геометрической формы отдельных деталей и неравномерной об-
работке партии.  
В процессе абразивной обработки затопленными струями деталей малой 
жесткости их геометрическая форма сохраняется благодаря тому, что усилия, 
возникающие при взаимодействие единичных абразивных зерен с деталями 
невелики. Вместе с тем, эти усилия должны быть достаточны для выполне-
ния работы деформации в локальных объемах обрабатываемого материала. 
Поэтому наиболее предпочтительными для обработки являются детали, ма-
териал которых характеризуется относительно невысокими прочностными 
параметрами, например, многие сплавы на основе меди и алюминия. Особен-
но широкое применение находят детали, получаемые штамповкой из листо-
вой латуни на предприятиях радио- и электротехнической промышленности, 
и детали из сплавов на основе алюминия, получаемые точением на предпри-
ятиях оптико-механического производства. Процесс перемешивания деталей 
обеспечивается струями сжатого воздуха и потока жидкости и зависит от 
ряда параметров, в том числе от массы, размеров, лобового сопротивления, 
плотности материала детали, диаметра сопел и давления сжатого воздуха. 
Необходимо отметить, что в связи с большим числом параметров определе-
ние максимально допустимой массы одновременно обрабатываемых деталей 
представляет определенную трудность.  
Установлено, что процесс перемешивания деталей в значительной мере 
определяется их геометрической формой. Кромки плоских деталей подвер-
гаются более интенсивной обработке, чем плоскости. Экспериментально ус-
тановлено, что поверхности деталей разной массы в диапазоне 0,5–5 г при 
расходе сжатого воздуха 0,34 м3/мин подвергаются обработке неодинаково. 
Так, в диапазоне 0,5–2,5 г, когда отдельные детали сравнительно легко под-
хватываются струями, преимущественное воздействие абразивных зерен на 
кромке деталей четко выражены. С увеличением массы деталей от 2,5 до 5 г, 
когда детали при имеющихся условиях труднее перемешиваются, количество 
отпечатков увеличивается как на торцовых, так и на плоских поверхностях, 
при этом преобладание воздействия на какие-либо поверхности не проявля-
ется.  
Следы воздействия абразивных зерен на обрабатываемый материал ча-
ще всего имеют форму царапин длиной 45–120мкм и глубиной 2–6 мкм. В 
ряде случаев по кромкам царапин располагается вытесненный из них металл, 
имеющий форму валика высотой 0,5–5 мкм. На основе сопоставления следов 
абразивных зерен на образцах, которые обрабатывались в свободном состоя-
нии и закрепленным относительно струи, а следовательно, с известным на-
правлением воздействия, установлено, что абразивное зерно прочерчивает 
след, постепенно углубляющийся в металл, часто оканчивающийся валиком 
вытесненного металла. Единичные следы на образцах, обработанных в закре-
пленном и незакрепленном состояниях, идентичны и отличаются лишь раз-
мерами и направлением воздействия зерен. 
141
Подсчетом количества следов абразивных зерен на поверхности полиро-
ванных образцов определен процент следов, из которых удален металл. Эти 
следы составляют 4–5% от их общего числа.  
Из кинограмм движения абразивных частиц и деталей установлено, что 
в воздушной струе, истекающей в жидкость, скорость абразивных зерен из 
карбида кремния зеленого (63С, 63П) и фарфоровых шариков диаметром 2,6 
мм составляет 2,0–3,1 м/с, а скорость деталей из латуни ЛС 59-1 (габаритны-
ми размерами 10х25х1,5) – 1,4 м/с. Очевидно, что разность скоростей абра-
зивной частицы и детали близка к начальной скорости внедрения и составля-
ет от 0,6 до 2,0 м/с. Скорость абразивных зерен и деталей изменяется в ука-
занных диапазонах по мере удаления от среза сопла.  
Разработка и внедрение струйно-абразивных полуавтоматов в производ-
ство позволила полностью исключить ручной труд при зачистке труднообра-
батываемых деталей, обеспечила снижение трудоемкости устранения заусен-
цев и скругления острых кромок на пластинах на 95%. Данная технология 
обеспечивает также двойной эффект обработки – удаление заусенцев и полу-
чение матовой поверхности на деталях за одну операцию. 
1 2 3
456
Второй разновидностью использования метода абразивной обработки 
затопленными струями является обработка поверхностей проката, полосы, 
листа или проволоки. Схема устройства для удаления окалины, окисной 
пленки, получения матовой поверхности, обезжиривания и т. п. представлена 
на рис. 1.  
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1. Схема устройства для струйно-абразивной двусторонней очистки тон-
колистового проката затопленными струями: 1 – прокат; 2 – емкость с барабаном и 
абразивной суспензией для обработки нижней стороны проката; 3 – сопловые аппара-
ты; 4 – абразивная суспензия; 5 - емкость с барабаном и абразивной суспензией для 
обработки противоположной стороны проката; очиститель воздуха 
 
 
142
Основными достоинствами представленной схемы является сохранность 
каналов сопел, подающих сжатый воздух, а также многократное  (циркуля-
ционное) использование ограниченного количества абразивного порошка, 
содержащегося в абразивной суспензии. Особенностью процесса  обработки 
является то, что вовлечение абразивных зерен из суспензии в струю сжатого 
воздуха и сообщение им  кинетической энергии,  достаточной для выполне-
ния работы  микрорезания, осуществляется за пределами сопла, начиная с 
незначительной скорости, близкой  к скорости движения попутного потока 
суспензии. Исследован ряд разновидностей воздушных сопел (цилиндриче-
ских, расширяющихся, сужающихся, сверзвуковых и др.) по критерию ин-
жекции абразивных зерен в струю сжатого воздуха, затопленную абразивной 
суспезией. Оценка производилась по отпечаткам абразивных зерен на поли-
рованных металлических экранах. Наилучшие результаты получены при ис-
пользовании сверхзвуковых сопел Лаваля. 
При воздействии воздушно-абразивной струи на поступательно движу-
щуюся поверхность (в условиях прокатки) плотность и глубина следов абра-
зивных зерен уменьшается от середины образующейся полосы к краям. При-
чем, рассеяние указанных показателей подчиняется закону нормального рас-
пределения Гаусса. В итоге можно получить равномерно обработанную 
сплошную поверхность.  
Экспериментально установлено, что наиболее значимыми конструктив-
ными и технологическими параметрами процесса, в наибольшей степени 
влияющими на производительность обработки, являются диаметр и количе-
ство сопел, подающих сжатый воздух в   рабочую камеру, давление сжатого 
воздуха, расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности, размер 
абразивного зерна, а также суммарная масса абразивного порошка. Таким 
образом показано, что метод обработки поверхностей струями сжатого воз-
духа, затопленными в абразивной суспензии, является наиболее перспектив-
ным методом отделочной обработки, обеспечивающим зачистку деталей ма-
лой жесткости и массой до 3 г.  
 
Список литературы: 1. Кремень З.И. Турбоабразивная обработка деталей сложного профиля / 
З.И. Кремень, М.Л. Миссарский, В.З. Гузэль. - М.: НИИмаш, 1987. - 53 с. 2.  Белецкий Д.Г. Основ-
ные параметры безэжекционной гидроабразивной обработки  / Д.Г. Белецкий, В.Н.  Жемчугов // 
Вестник машиностроения, 1967, №5.- С. 53 – 56. 3. Проволоцкий А.Е. Струйно-абразивная обра-
ботка деталей машин / А.Е. Проволоцкий − К: Техника, 1989. - 177 с. 4. Пазюк Е.И. Современные 
установки и технология гидроабразивной обработки / Е.И. Пазюк. − Л.: Лениздат, 1953. - 175 с. 
5. Горбунов Б.И. Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки // Межвузовский 
сборник научных трудов / Под редакцией Б.И. Горбунова. − М.: ВЗМИ, 1980, вып. 4. − 161 с. 6. 
Наумов А.Л. Беспыльная пескоструйная обработка  / А.Л. Наумов, В.В. Новгородцев // Автомо-
бильная промышленность. − 1991. − № 5. − С. 26 – 27. 7. Андилахай А.А. Абразивная обработка 
деталей затопленными струями / А.А. Андилахай. − Мариуполь: ПГТУ, 2006. − 190 с. 
 
Поступила в редколлегию 15.09.2010 
   
143


Технологические возможности абразивной обработки деталей затопленными струями

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

УДК 621.95  А.А. АНДИЛАХАЙ, канд. техн. наук, ПГТУ, г. Мариуполь  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ЗАТОПЛЕННЫМИ СТРУЯМИ  В работе обоснованы технологические возможности перспективного метода отделочной обра-ботки поверхностей воздушными  струями, затопленными  абразивной суспензией  We justify the technological possibilities of a promising method of finishing the formation-processing surfaces, air jets, submerged abrasive slurry    Отделочная обработка деталей зернистым абразивом, с подачей абра-зивной суспензии через сопла под высоким давлением широко применяется в машиностроении, оптико-механическом производстве, радио- и электротех-нической промышленности [1–6]. Этот метод позволяет выполнять ряд тру-доемких технологических операций, к которым относятся: удаление заусен-цев, скругление острых кромок, очистка поверхностей деталей от окисной пленки, подготовка деталей под гальванические покрытия и др. Основным недостатком этого метода обработки является интенсивный износ сопел, через которые прокачивается абразивная суспензия. Так, по данным различных источников стойкость сопел струйных аппаратов, изго-товленных из закаленной стали, составляет 8−12 часов,  из отбеленного чугу-на – 16−25 часов, из твердого сплава − 40−50 часов. В связи с этим, опреде-ленный интерес представляет метод обработки  с помощью струй сжатого воздуха, затопленных абразивной суспензией, так как при такой схеме обес-печивается  сохранность (долговечность)  сопел,  подающих сжатый воздух. Цель работы –  обоснование технологических возможностей абразивной обработки деталей затопленными струями. Сущность данного метода обработки заключается в том, что в рабочую камеру, содержащую свободно помещенные  обрабатываемые детали и абра-зивную суспензию, подают  сжатый воздух в виде струй, расположенных таким образом, чтобы достигались обработка и перемешивание деталей [7], а также обеспечивалась сохранность внутренних поверхностей рабочей каме-ры. Обеспечение равномерного перемешивания обрабатываемых деталей и всестороннее воздействие абразивных зерен на их поверхности является важ-нейшим условием достижения высоких положительных результатов. Эффек-тивность процесса может быть утрачена из-за нарушения пропорций (балан-са) между этими двумя факторами. Так, перемешивание, т.е. транспортировка деталей и абразивных зерен по замкнутой траектории внутри рабочей камеры с высокой скоростью противоречит условию достижения существенной раз-ностей скоростей между абразивными зернами и обрабатываемыми деталя-ми. С другой стороны, интенсивное локальное воздействие абразивных зерен на обрабатываемые поверхности без должного перемешивания приведет к 140искажению геометрической формы отдельных деталей и неравномерной об-работке партии.  В процессе абразивной обработки затопленными струями деталей малой жесткости их геометрическая форма сохраняется благодаря тому, что усилия, возникающие при взаимодействие единичных абразивных зерен с деталями невелики. Вместе с тем, эти усилия должны быть достаточны для выполне-ния работы деформации в локальных объемах обрабатываемого материала. Поэтому наиболее предпочтительными для обработки являются детали, ма-териал которых характеризуется относительно невысокими прочностными параметрами, например, многие сплавы на основе меди и алюминия. Особен-но широкое применение находят детали, получаемые штамповкой из листо-вой латуни на предприятиях радио- и электротехнической промышленности, и детали из сплавов на основе алюминия, получаемые точением на предпри-ятиях оптико-механического производства. Процесс перемешивания деталей обеспечивается струями сжатого воздуха и потока жидкости и зависит от ряда параметров, в том числе от массы, размеров, лобового сопротивления, плотности материала детали, диаметра сопел и давления сжатого воздуха. Необходимо отметить, что в связи с большим числом параметров определе-ние максимально допустимой массы одновременно обрабатываемых деталей представляет определенную трудность.  Установлено, что процесс перемешивания деталей в значительной мере определяется их геометрической формой. Кромки плоских деталей подвер-гаются более интенсивной обработке, чем плоскости. Экспериментально ус-тановлено, что поверхности деталей разной массы в диапазоне 0,5–5 г при расходе сжатого воздуха 0,34 м3/мин подвергаются обработке неодинаково. Так, в диапазоне 0,5–2,5 г, когда отдельные детали сравнительно легко под-хватываются струями, преимущественное воздействие абразивных зерен на кромке деталей четко выражены. С увеличением массы деталей от 2,5 до 5 г, когда детали при имеющихся условиях труднее перемешиваются, количество отпечатков увеличивается как на торцовых, так и на плоских поверхностях, при этом преобладание воздействия на какие-либо поверхности не проявля-ется.  Следы воздействия абразивных зерен на обрабатываемый материал ча-ще всего имеют форму царапин длиной 45–120мкм и глубиной 2–6 мкм. В ряде случаев по кромкам царапин располагается вытесненный из них металл, имеющий форму валика высотой 0,5–5 мкм. На основе сопоставления следов абразивных зерен на образцах, которые обрабатывались в свободном состоя-нии и закрепленным относительно струи, а следовательно, с известным на-правлением воздействия, установлено, что абразивное зерно прочерчивает след, постепенно углубляющийся в металл, часто оканчивающийся валиком вытесненного металла. Единичные следы на образцах, обработанных в закре-пленном и незакрепленном состояниях, идентичны и отличаются лишь раз-мерами и направлением воздействия зерен. 141Подсчетом количества следов абразивных зерен на поверхности полиро-ванных образцов определен процент следов, из которых удален металл. Эти следы составляют 4–5% от их общего числа.  Из кинограмм движения абразивных частиц и деталей установлено, что в воздушной струе, истекающей в жидкость, скорость абразивных зерен из карбида кремния зеленого (63С, 63П) и фарфоровых шариков диаметром 2,6 мм составляет 2,0–3,1 м/с, а скорость деталей из латуни ЛС 59-1 (габаритны-ми размерами 10х25х1,5) – 1,4 м/с. Очевидно, что разность скоростей абра-зивной частицы и детали близка к начальной скорости внедрения и составля-ет от 0,6 до 2,0 м/с. Скорость абразивных зерен и деталей изменяется в ука-занных диапазонах по мере удаления от среза сопла.  Разработка и внедрение струйно-абразивных полуавтоматов в производ-ство позволила полностью исключить ручной труд при зачистке труднообра-батываемых деталей, обеспечила снижение трудоемкости устранения заусен-цев и скругления острых кромок на пластинах на 95%. Данная технология обеспечивает также двойной эффект обработки – удаление заусенцев и полу-чение матовой поверхности на деталях за одну операцию. 1 2 3456Второй разновидностью использования метода абразивной обработки затопленными струями является обработка поверхностей проката, полосы, листа или проволоки. Схема устройства для удаления окалины, окисной пленки, получения матовой поверхности, обезжиривания и т. п. представлена на рис. 1.          Рис. 1. Схема устройства для струйно-абразивной двусторонней очистки тон-колистового проката затопленными струями: 1 – прокат; 2 – емкость с барабаном и абразивной суспензией для обработки нижней стороны проката; 3 – сопловые аппара-ты; 4 – абразивная суспензия; 5 - емкость с барабаном и абразивной суспензией для обработки противоположной стороны проката; очиститель воздуха   142Основными достоинствами представленной схемы является сохранность каналов сопел, подающих сжатый воздух, а также многократное  (циркуля-ционное) использование ограниченного количества абразивного порошка, содержащегося в абразивной суспензии. Особенностью процесса  обработки является то, что вовлечение абразивных зерен из суспензии в струю сжатого воздуха и сообщение им  кинетической энергии,  достаточной для выполне-ния работы  микрорезания, осуществляется за пределами сопла, начиная с незначительной скорости, близкой  к скорости движения попутного потока суспензии. Исследован ряд разновидностей воздушных сопел (цилиндриче-ских, расширяющихся, сужающихся, сверзвуковых и др.) по критерию ин-жекции абразивных зерен в струю сжатого воздуха, затопленную абразивной суспезией. Оценка производилась по отпечаткам абразивных зерен на поли-рованных металлических экранах. Наилучшие результаты получены при ис-пользовании сверхзвуковых сопел Лаваля. При воздействии воздушно-абразивной струи на поступательно движу-щуюся поверхность (в условиях прокатки) плотность и глубина следов абра-зивных зерен уменьшается от середины образующейся полосы к краям. При-чем, рассеяние указанных показателей подчиняется закону нормального рас-пределения Гаусса. В итоге можно получить равномерно обработанную сплошную поверхность.  Экспериментально установлено, что наиболее значимыми конструктив-ными и технологическими параметрами процесса, в наибольшей степени влияющими на производительность обработки, являются диаметр и количе-ство сопел, подающих сжатый воздух в   рабочую камеру, давление сжатого воздуха, расстояние от среза сопла до обрабатываемой поверхности, размер абразивного зерна, а также суммарная масса абразивного порошка. Таким образом показано, что метод обработки поверхностей струями сжатого воз-духа, затопленными в абразивной суспензии, является наиболее перспектив-ным методом отделочной обработки, обеспечивающим зачистку деталей ма-лой жесткости и массой до 3 г.   Список литературы: 1. Кремень З.И. Турбоабразивная обработка деталей сложного профиля / З.И. Кремень, М.Л. Миссарский, В.З. Гузэль. - М.: НИИмаш, 1987. - 53 с. 2.  Белецкий Д.Г. Основ-ные параметры безэжекционной гидроабразивной обработки  / Д.Г. Белецкий, В.Н.  Жемчугов // Вестник машиностроения, 1967, №5.- С. 53 – 56. 3. Проволоцкий А.Е. Струйно-абразивная обра-ботка деталей машин / А.Е. Проволоцкий − К: Техника, 1989. - 177 с. 4. Пазюк Е.И. Современные установки и технология гидроабразивной обработки / Е.И. Пазюк. − Л.: Лениздат, 1953. - 175 с. 5. Горбунов Б.И. Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки // Межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией Б.И. Горбунова. − М.: ВЗМИ, 1980, вып. 4. − 161 с. 6. Наумов А.Л. Беспыльная пескоструйная обработка  / А.Л. Наумов, В.В. Новгородцев // Автомо-бильная промышленность. − 1991. − № 5. − С. 26 – 27. 7. Андилахай А.А. Абразивная обработка деталей затопленными струями / А.А. Андилахай. − Мариуполь: ПГТУ, 2006. − 190 с.  Поступила в редколлегию 15.09.2010    143

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/27994/1/vestnik_KhPI_2010_49_Andilakhay_Tekhnologicheskie.pdf

Технологические возможности абразивной обработки деталей затопленными струями

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository