Струйные аппараты, формирующие плоские струи

Плоская гидроабразивная струя в отличие от осесимметричной обладает более широкими технологическими возможностями, особенно при обработке сложнопрофильных поверхностей. Применение струйных аппаратов, формирующих плоские гидроабразивные струи, позволяет в большинстве случаев значительно упростить схему обработки, обеспечить равномерный съем материала при стабильном получении заданных показателей поверхностного слоя обрабатываемой детали. В то же время формирование плоской струи, в которой профиль скорости и распределение абразивных частиц по ширине были бы равномерными, является более сложной задачей, чем в случае струи круглого сечения. Несколько усложняется конструкция струйного аппарата, а также технология изготовления активных и смесительных сопел.

В отличие от распространенных струйных аппаратов, формирующих круглые струи, число реально действующих конструкций струйных аппаратов для формирования плоских гидроабразивных струй ограничено. Плоскую струю можно получить различными способами.

На рис. 4.32 показан струйный аппарат, который формирует струю с равномерным по ширине профилем скорости за счет перекрытия расположенных в ряд с определенным шагом струй круглого сечения. Аппарат используется для обработки сложнопрофильных поверхностей, причем его конструкция позволяет в широких пределах регулировать

 

 

размеры зоны обработки. Струйный аппарат состоит из корпуса 1 со штуцером 2, через который подается суспензия. В корпусе 1 установлены секции активных 3 и смесительных 4 сопел, причем расстояние между осями сопел выбирается из соотношения h=kd_с , где к — коэффициент смещения осей, изменяющийся в пределах 1,1...2,9 и зависящий от угла распыла сопла β и диаметра смесительного сопла d_с . Секция активных сопел 3 имеет распределительную камеру 5, закрытую крышкой 6, на которой установлен штуцер 7, служащий Для подачи активного газа (воздуха). На крышке 6 установлены запорные устройства 8 активных сопел 3. Для уменьшения износа выходной части смесительные сопла 10 снабжены керамическими вставками 11.

Струйный аппарат работает следующим образом. Воздух через штуцер 7 подается в распределительную камеру 5, откуда попадает в активные сопла 9, где разгоняется до звуковой скорости. Одновременно суспензия через штуцер 2 поступает к смесительным соплам 10, где происходит ее подмешивание к потоку воздуха. Гидроабразивные струи 12, выходящие из смесительных сопел, имеют угол распыла β и пересекаются в плоскости X—X, за которой образуется сплошной гидроабразивный поток. В результате наложения и взаимодействии отдельных гидроабразивных струй происходит выравнивание поля скоростей внутри сплошного потока. На некотором расстоянии Lот смесительных сопел, которое зависит от угла распыла струи, выходного диаметра смесительных сопел и расстояния между их осями, скорости внутри потока выравниваются настолько, что обеспечивают равномерный съем материала с обрабатываемой поверхности.

Для обработки поверхностей различных размеров без изменения положения струйного аппарата активные сопла имеют запорные устройства 8. Перекрывая доступ воздуха к части активных сопел, можно регулировать размеры зоны обработки, что расширяет технологические возможности струйного аппарата.

 

В большинстве случаев плоские гидроабразивные струи формируются струйными аппаратами, в которых смесительное сопло выполнено в виде щели. На рис. 4.33 приведены конструкции щелевых смесительных сопел. Сопло (рис. 4.33, а) с размерами выходного отверстия 5X16 мм состоит из двух половин, соединенных винтами. На внутреннюю поверхность сопла нанесено износостойкое покрытие на основе карбида вольфрама. Разъемная конструкция позволяет по мере износа покрытия наносить новое, что значительно увеличивает срок службы сопла. На рис. 4.33, б показано щелевое сопло с размерами выходного отверстия 4X16 мм. Сопла данной конструкции изготавливаются путем спекании абразивного порошка черного карбида кремния и имеют срок службы более 100 часов.

На рис. 4.34 приведена конструкция струйного аппарата со щелевым соплом, предназначенного для обработки фасонных поверхностей (пресс-форм) . Аппарат работает следующим образом. Гидроабразивная суспензия через пульпопровод 2 поступает в корпус 1, который заканчивается насадкой прямоугольного сечения. Сюда же через трубопровод 4 поступает сжатый воздух. Смешиваясь с воздухом, суспензия разгоняется в камере смешивания и с большой скоростью выходит из щели под заданным углом, который регулируется с помощью подвески 3, на обрабатываемую деталь 5.

 

 

Для обработки лопаток ГТД используется струйный аппарат, показанный на рис. 4.35. Конструкция струйного аппарата позволяет устанавливать щелевые смесительные сопла с шириной выходного отверстия до 50 мм. Аппарат состоит из смесительного сопла 1, двух корпусов 2 и 10, соединенных винтами 4, активного сопла 3, закрепленного с помощью винтов 12 на переходнике 5, крышки в со штуцером 9 для подачи сжатого воздуха, крышки 7 со штуцером 15 для подачи суспензии, клина 14, приваренного к крышке 6 и служащего для разделения потока суспензии, кронштейна 11 для крепления струйного аппарата, штифтов 13 для центрирования относительно друг друга смесительного и активного сопел. Регулировка расстояния между выходным торцем активного сопла и входным горнем смесительного сопла осуществляется гайками 8. Смесительное сопло струйного аппарата по аналогии с соплом, показанным на рис. 4.33а состоит из двух половин, на внутреннюю поверхность которых нанесено износостойкое покрытие. При ширине выходного отверстия более 20 мм на внутренней поверхности сопла с равномерным шагом выполняются радиусные канавки, диаметры D_R которых выбирают равными 1,2...1,5, а шаг Hk 1,0—2,2 высоты h_c щелевою отверстии При этом активное сопло выполняется в виде ряда круглых отверстий, расположенных соосно с радиусными канавками. Данная конструкция смесительного и активного сопел обеспечивает равномерное распределение абразивных частиц по сечению гидроабразивной струи, что приводит к повышению производительности обработки при более равномерном съеме материала.

 

 

Было отмечено, что при прочих равных условиях (отношение площадей сечений, расходов и давлений подачи воздуха и суспензии и т. д.) струйные аппараты со щелевыми соплами обеспечивают более высокую производительность обработки, чем аппараты с круглыми соплами. Иллюстрацией этому служат графики на рис. 4.36.

Результаты исследования шероховатости поверхности после струйной ГАО щелевыми соплами показали, что она не отличается от шероховатости, получаемой при обработке соплами с круглым выходным сечением. Это объясняется весьма близкими значениями скорости частиц на оси в плоской и круглой струях (см. рис. 3.37, 4.20) при изменении расстояния от среза смесительного сопла в диапазоне от 5мм до 150 мм. Следует отметить хорошую стабильность результатов измерений шероховатости поверхности после обработки щелевыми соплами, что объясняется более равномерным съемом металла.

Исследования остаточных напряжений после обработки плоской гидроабразивной струей показали, что при одинаковой глубине залегания они имеют несколько большие значения (на 5...8 %), чем при обработке струей круглого сечения. Увеличение напряжений происходит за счет увеличения и более равномерного распределения по обрабатываемой поверхности абразивных частиц, имеющих в момент удара максимальную скорость (скорость на оси струн).

ЗАКОН БЕРНУЛЛИ

 

Закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:

Здесь — плотность жидкости,

— скорость потока,

— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,

— давление.

Константа в правой части обычно называется напором, или полным давлением, а также интегралом Бернулли. Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Это соотношение, выведенное Даниилом Бернулли в 1738 г., было названо в его честь уравнением Бернулли. (Не путать с дифференциальным уравнением Бернулли.) Для горизонтальной трубы h = 0 и уравнение Бернулли принимает вид: .

 

Перевод давления в скорость
Давление, МПа	Скорость, м/с
0.1	141
0.2	284
0.3	423
0.4	564
0.5	705
0.6	846
0.7	987
0.8	1128
0.9	1269
1.0	1410

ВЫВОДЫ

 

Практика показала, что многие ручные слесарно-зачистные операции и слесарно-полировальные операции могут быть успешно заменены высокоэффективной механизированное или автоматизированной струйной гидроабразивной обработкой. Этот метод обработки обладает высокими технологическими возможностями, он может использоваться для различных видов обработки, например, для: скругления острых кромок и сопряженных радиусов; полировки и шлифовки сложных поверхностей; удаления заусенцев и зачистки сварных швов; снятия со всей поверхности или локально дефектного слоя; подготовки поверхности под покрытие; снятия небольшого припуска с целью снижения шероховатости поверхности; удаления оксидных пленок, нагара, различных повреждений с поверхностей деталей. При этом обеспечивается высокая производительность и хорошее качество поверхностного слоя.

Однако этот метод обработки еще не получил широкого распространения. Это объясняется, в первую очередь, тем, что инженерно-технические работники предприятий недостаточно осведомлены о технологических возможностях струйной гидроабразивной обработки, они не располагают необходимыми материалами по выбору параметров и режимов обработки, применяемых абразивах и составах суспензии, конструкций струйных аппаратов, имеющегося технологического оборудования и т.п.

Учитывая это, нужно стремиться показать возможности струйной гидроабразивной обработки, привести необходимые данные по разработке технологических процессов с использованием данного метода обработки, описать конструкции и методики расчета струйных аппаратов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Биргср И. Л. и др. Конструктивная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение. 1981.

2. Бородин В. В. Определение эффективных областей применения технологических процессов изготовления лопаток компрессора ГТД. М.: НИИМАШ 1983. № 2.

3. Виноградов В. Н., Сорокин Г. М., Албаганчев А. Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение. 1982.

4. Второв Е. Л., Мещеряков А. В., Беляев М. А., Шманев В. Л. Повышение технологической надежности деталей ГТД за счет внедрении гидроабразивной обработки на окончательных операциях изготовления // Материалы IX Всесоюзной научно-технической конференции «Конструкционная прочность двигателей». Куйбышев. 1983.

 5. Второв Е. Л., Мещеряков Л. В., Никифоров В. Г. Влияние режимов и схем гидроабразивной обработки образцов и лопаток ГТД на титановых и жаропрочных сплином на производительности и качество поверхности // Прогрессивные методы в технологии производства авиадвигателей. Куйбышев: КуАИ. 1984..

6. Второв Е. Л., Мещеряков А. В., Попов Л. С, Никифоров В. Г. Влияние режимов гидроабразивной обработки жаропрочных и титановых сплавов на производительность и шероховатость//Прогрессивные методы проектирования технологических процессов и производства двигателей летательных аппаратов. Куйбышев: КуАИ. 1983.

7. Дейч М. Е., Филиппов Г. Л. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат. 1981.

8. Икрамов У. А. Расчетные методы оценки абразивного износа. М.: Машиностроение.1987.

9. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение.1978.

10. Колымцев П. Т. Жаростойкие диффузионные покрытии. М.: Металлургия.1979.

11. Кононов В. К. Определение поверхностных напряжений с применением электронного автоматического самопишущего потенциометра ЭПП-09М // Высокоэффективные методы механической обработки жаропрочных и титановых сплавов. Куйбышев; КуАИ. 1981.

12. Костенецкий Б. И. Износостойкость металлов. М.: Машиностроение.

1980.

13. Кошелев А. А., Эйзнер Л. А. Технологии и оборудование для автоматизированной гидроабразивной обработки деталей // Автоматизация технологических процессов в области машиностроения для животноводства и кормопроизводства. Ростов-на-Дону: НИИТМ. 1981.

14. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977.

15. Мартынов А. И. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами. Саратов: Издательство Саратовского ун-та. 1981.

16. Мещеряков А. В., Второв Е. А., Никифоров В. Г. К вопросу о выборе геометрических параметров струйно-абразивного аппарата //Совершенствование технологических процессов изготовления и сборки авиадвигателей. Куйбышев: КуАИ. 1988.