Оборудование для абразивно-экструзионной обработки алюминиевых сплавов

Абразивно-экструзионная обработка (АЭО) – англоязычный вариант Abrasive Flow Machine Process (AFM) – метод финишной обработки, основанный на пере-прессовывании вдоль обрабатываемой поверхности под большим давлением рабочей среды (РС) [2, c. 22-23]. Данный метод позволяет выполнять финишную обработку деталей летательных аппаратов, имеющих труднодоступные и сложнопрофильные поверхности, подвод инструмента к которым затруднен либо вообще невозможен.

РС формируется из полимерной основы, придающей инструменту вязкоупругие свойства, с добавлением различных пластификаторов, модификаторов и рабочих частиц – преимущественно абразивного материала различной зернистости и в различной концентрации в зависимости от условий обработки [3, с. 345-349]. Обработка осуществляется за счет срезания гребешков микронеровностей поверхности микровыступами абразивных зерен, которые под действием осевых и нормальных усилий прижимаются к обрабатываемой поверхности.

Анализ существующего оборудования для АЭО показал, что экструзия РС осу- ществляется поршнями гидроцилиндров под высоким давлением (до 12…14 МПа), создаваемым в системе, что позволяет при обработке труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей, титановых сплавов и т.д.) обеспечить требуемые контактные взаимодействия абразивных зерен с поверхностью для осуществления микрорезания [1, с. 21-35]. Расположение гидроцилиндров преимущественно вертикальное.

В качестве основных недостатков традиционных компоновок следует отнести сложную и разнесенная в пространстве конструкцию «бак с маслом – насосная станция - магистраль – установка» с характерными требованиями по технике безопасности и вынужденную работу с высоким давлением в гидросистеме; громоздкую конструкцию установки для обработки даже небольших по размеру деталей; сложность загрузки РС и установки детали в приспособление, а также возможность автоматизации процесса АЭО только на уровне смены направления движения поршней и давления масла в системе.

Анализ особенностей обработки алюминиевых сплавов [4, с. 40-50] показал, что при обработке «мягких» металлов тре- буемое усилие резания на порядок ниже, чем при обработке, например, нержавеющей стали. Это дает возможность замены гидроцилиндров приводами поступательного движения с электродвигателями с возможностью управления скоростью перемещения штоков [5, с. 43-45].

При разработке конструкции установки была выбрана схема горизонтального расположения рабочих камер для удобства компоновки и использования оборудования (рис. 1).

Рис. 1. Установка для абразивно-экструзионной обработки алюминиевых сплавов

Установка работает следующим образом. Рабочая камера образована двумя соосными цилиндрами (левым и правым), между которыми в приспособлении, герметично стыкуемом с цилиндрами, устанавливается заготовка. Крутящий момент от двигателей через упругую муфту передается на соосно установленные на радиальных подшипниках валы шариковинтовых передач (ШВП). Выбор этой пе- редачи обусловлен высоким КПД при небольших габаритах, плавностью и бесшумностью хода вследствие минимальных сил трения, продолжительным сроком службы. При этом, так как позиционирования в системе не требуется, нет необходимости предусматривать тормоз, его функции будут выполнять естественные элементы конструкции.

Перепрессовывание РС вдоль обрабатываемой поверхности осуществляется поршнями, штоки которых закреплены на каретках ШВП.

Частота вращения вала отслеживается с помощью встроенных датчиков Холла. Для ограничения движения штоков предусмотрены концевые датчики. Измерение давления и температуры в зоне обработки осуществляется с помощью датчиков давления и температуры.

Замена традиционной компоновки оборудования на предложенную схему позволит упростить конструкцию и уменьшить ее габариты, обеспечить простоту, удобство и безопасность использования (монтаж оборудования, загрузка РС, установка приспособления с заготовкой), возможность установки оборудования в любом помещении, возможность оптимизации системы управления и информационноизмерительной системы.