СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B23H5/00 B23H9/10 B24B39/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки поверхностей сложного профиля, например межлопаточных каналов деталей лопаточных машин.

Известен способ по патенту РФ 2173627, по которому деталь с лопатками закрепляют в контейнер с двумя полостями, соединенными каналами в детали, имеющей возможность вращаться, после чего за счет вибраций через каналы перемещают рабочую среду, в которую подают сжатый воздух в направлении, противоположном движению рабочей среды [1]. Недостатком известного способа является нестабильность процесса обработки из-за различных углов соприкосновения рабочей среды с поверхностью при переменном радиусе образующей межлопаточных каналов, что не обеспечивает равномерность показателей качества поверхностного слоя лопатки.

Известен способ по патенту РФ 2269406, по которому для получения требуемого наклепа устанавливают между лопатками твердосплавные вставки, закрепленные с одинаковым зазором, через который продавливают рабочую среду, а для улучшения продавливания вставкам придают колебательные движения [2]. К недостаткам способа относится изменение условий продавливания рабочей среды по мере изменения размеров поверхности каналов, что вызывает потерю стабильности обработки, разброс показателей качества поверхностного слоя различных участков каналов.

Известен способ по а.с. РФ 1192917, по которому место с повышенным припуском перед анодным растворением наклепывают механическим методом [3]. Недостатком способа является неуправляемый процесс наклепа поверхностного слоя и влияние вектора соударения электродов на показатели наклепа, что делает нестабильными показатели поверхностного слоя.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ магнитно-импульсной обработки детали, включающий подачу импульсного тока с возникновением электромагнитных сил, направление которых зависит от полярности импульсного тока, положения детали и инструмента. См. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Т.2. Под ред. В.П.Смоленцева, М., Высшая школа, 1983, с.122 (1). К недостаткам способа относится отсутствие равномерных локальных механических ударных воздействий между заготовкой и инструментом, что не позволяет получить заданный стабильный наклеп поверхностного слоя канала.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является устройство для магнитно-импульсной обработки детали, содержащее генератор импульсного тока, электродинамические возбудители магнитно-импульсного воздействия и дополнительные электроды для передачи импульсного тока. См. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Т.2. Под ред. В.П.Смоленцева, М., Высшая школа, 1983, с.139-143 (2). К недостаткам этого устройства относится невозможность регулирования динамики движения гранул для получения заданных показателей заготовки после обработки.

Предлагаемое изобретение направлено на стабилизацию показателей поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, в частности поверхностей межлопаточных каналов, за счет создания между инструментом, например гранулами, и обрабатываемой поверхностью равнораспределенных постоянно чередующихся импульсных магнитных воздействий.

Это достигается тем, что способ комбинированной магнитно-импульсной обработки деталей лопаточных машин включает обработку межлопаточного канала деталей, заполненного токопроводящей рабочей жидкостью и металлическими гранулами, униполярными импульсами тока, подаваемыми на секции входного и выходного секционных электродов, расположенных с его противолежащих сторон. Униполярные импульсы тока сначала подают на среднюю секцию входного секционного электрода, через гранулы на крайнюю секцию выходного секционного электрода со стороны действия на гранулы магнитных сил в сторону упрочняемой поверхности межлопаточного канала деталей, далее через эту деталь и противолежащую секцию входного секционного электрода, после чего меняют полярность униполярных импульсов тока и подают униполярный импульс тока на среднюю секцию выходного секционного электрода. В паузах между униполярными импульсами тока на гранулы через средние секции входного и выходного секционных электродов подают силовой униполярный импульс тока с полярностью действия вектора магнитных сил в сторону, противоположную гравитационным силам на гранулы, при прокачке токопроводящей рабочей жидкости в том же направлении.

Устройство для комбинированной магнитно-импульсной обработки деталей лопаточных машин содержит генератор импульсного тока и электроды, при этом электроды выполнены в виде входных, выходных и средних секций, изолированных друг от друга, при этом крайние секции каждого секционного электрода имеют контакт с кромками межлопаточного обрабатываемого канала деталей, а средние секции - с металлическими гранулами и токопроводящей рабочей жидкостью в межлопаточном канале, при этом секции соединены с генератором импульсного тока через регулятор подачи униполярного тока, а к межлопаточному каналу деталей подведены входной и выходной патрубки для прокачки рабочей жидкости.

Обработка каналов по предлагаемому способу осуществляется металлическими гранулами в межлопаточном канале униполярными импульсами тока с перемещением гранул в межлопаточном канале в среде токопроводящей жидкости с импульсным механическим воздействием гранул путем подачи униполярных импульсов тока: на среднюю секцию входного секционного электрода, далее через гранулы на крайнюю секцию выходного секционного электрода со стороны действия импульса магнитных сил на гранулы в сторону расположения упрочняемой поверхности межлопаточного канала. После чего меняют полярность униполярных импульсов тока и подают их на среднюю секцию выходного электрода, через гранулы на противоположную крайнюю секцию, предшествующую импульсу, и через лопатку, противолежащую крайней секции входного электрода. В паузах между униполярными импульсами тока на гранулы через средние секции секционного электрода подают силовой униполярный импульс тока с полярностью действия вектора магнитных сил в сторону, противоположную гравитационным силам на гранулы, а прокачка токопроводящей жидкости осуществляют в том же направлении.

Для реализации способа предлагается устройство, которое содержит входной и выходной секционные электроды 5, 9 из секций, крайние из которых установлены на соседних лопатках 2, 3 межлопаточного канала 1, а средние имеют возможность контактировать с гранулами 13 и жидкой средой в межлопаточном канале 1, образуя с последними электродинамический возбудитель магнитно-импульсного воздействия. При этом секции соединены с импульсным генератором тока 16 через регулятор очередности подачи униполярного тока 15.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, 4. На фиг.1 показана схема электродинамического способа и устройства для магнитно-импульсного воздействия на гранулы. На фиг.2 приведена схема образования электромагнитного ударного действия гранул на поверхность лопатки в канале в начале процесса обработки. На фиг.3 приведен процесс, аналогичный показанному на фиг.2, для упрочнения противолежащей поверхности лопатки межлопаточного канала. На фиг.4 - схема стабилизации свойств гранул путем их промывки жидкой составляющей рабочей среды.

На фиг.1 показано, как в межлопаточный канал 1, образованный лопатками 2 и 3, установлены со стороны входной кромки 4 лопатки 2 входные секционные электроды 5, состоящие из секций 6, 7, 8, и входные секционные электроды 9 из секций 10, 11, 12, изолированные друг от друга. Пространство канала 1 заполнено до верхней границы токопроводящими гранулами 13, имеющими возможность перемещаться вертикально за счет углублений 14 в секционных электродах 5. Секции 6, 7, 8, 10, 11, 12 соединены с регулятором 15 для изменения полярности и направления действия униполярных импульсов тока, подаваемого от импульсного генератора тока 16. К межлопаточному каналу 1 подведены входной патрубок 17 и выходной патрубок 18 для прокачки рабочей жидкости 19.

На фиг.2 генератор 16 с регулятором 15 связан со средней секцией 7 входного секционного электрода 5. Униполярный импульс имеет возможность проходить через рабочую среду из токопроводящих гранул 13 и токопроводящей жидкости 19, поступать вначале к секции 10 выходного секционного электрода 9 и через лопатку 2 к подключенной регуляторам 15 секции 6 входного секционного электрода 5. Между токопроводящими гранулами 13 и лопаткой 2 регулятором 15 могут формироваться магнитные силы 20 (показаны на фиг.2 пунктиром), направленные в сторону поверхности лопатки 2 в межлопаточном канале 1. При этом направление действия силы 20 каждой гранулы перпендикулярно поверхности лопатки 2 независимо от формы поверхности, что обеспечивает стабильный заданный наклеп поверхности.

На фиг.3 показано получение наклепа на поверхности лопатки 3 за счет подвода униполярного импульса тока при обратной полярности от генератора 16 через регулятор 15 к средней секции 11 выходного секционного электрода 9, прохождения импульса тока к секции 8 секционного электрода 5 (показана на фиг.3 пунктиром) и создания со стороны поверхности лопатки 3 силы 21, направленной перпендикулярно поверхности лопатки 3 в форме импульса, вызывающего за счет наклепа механическое упрочнение поверхности лопатки 3.

На фиг.4 показан процесс перемешивания и очистки гранул 13 для стабилизации режима наклепа поверхностей лопаток 2 и 3 межлопаточного канала 1. Силовой униполярный импульс тока от генератора 16 через регулятор 15 подают на секцию 11 секционного электрода 9 с полярностью, обеспечивающей формообразование магнитной силы 22 в сторону, противоположную гравитационной силе 23. Далее импульс проходит до секции 7 секционного электрода 5 (путь показан на фиг.4 пунктиром) и в обратном направлении через лопатки 2, 3 к секциям 10, 12. Рабочая жидкость 19 через патрубок 17 поступает в межлопаточный канал 1 и сливается оттуда через патрубок 18.

Способ осуществляют в следующей последовательности: устанавливают (фиг.1) изделие с межлопаточными каналами 1 на установку, имеющую выходной секционный электрод 9, выходными кромками лопаток 2, 3 на контактные поверхности секций 10, 12. Заполняют канал 1 гранулами 13 до высоты канала 1. Устанавливают на лопатки 2, 3 со стороны входной кромки 4 входной секционный электрод 5 с углублением 14 для перемещения гранул 13 в канале 1. При этом секции 6, 8 находятся в контакте с лопатками 2, 3, а секции 7, 11 имеют возможность создавать контакт с гранулами 13 непосредственно или через рабочую жидкость 19, подаваемую против силы гравитации в канал 1 через патрубок 17 и сливаемую для очистки через патрубок 18. Генератор 16 через регулятор 15 импульсами униполярного тока (фиг.2) связан с секцией 7 входного секционного электрода 5 с полярностью, позволяющей образование магнитной силы 20 в сторону поверхности одной из лопаток (в нашем случае лопатки 2). Импульс проходит (показано на фиг.2 пунктиром и стрелками) через гранулы 13, прилегающие к поверхности лопатки 2, далее через прилегающую к лопатке 2 секцию 10 секционного электрода 9, лопатку 2, регулятором 15 с генератором 16 секцией 6 секционного электрода 5. В момент прохождения импульса тока гранулы 13, прилегающие к лопатке 2, получают импульсное воздействие силы 20 перпендикулярно поверхности лопатки 2 и производят равномерный наклеп этой поверхности. Регулятор 15 может менять полярность импульса тока на противоположную, что создает изменение направления силы 21 (фиг.3). Импульс тока поступает от генератора 16 через регулятор 15 к секции 11 секционного электрода 9 и далее через гранулы 13 к секции 8 секционного электрода 5, через лопатку 3, секцию 12. Направление прохождения импульса показано на фиг.3 пунктиром и стрелками. Процесс протекает аналогично приведенному на фиг.2.

Для стабилизации процесса наклепа гранулы 13 очищают от загрязнений (фиг.4). С этой целью используют рабочую жидкость 19, которую прокачивают через патрубок 17 против направления силы гравитации 23 в канале и встряхивают гранулы в период пауз между униполярными импульсами тока на лопатки 2, 3 силовыми униполярными импульсами тока от генератора 16 через регулятор 15, задающий полярность импульсов тока с образованием магнитной силы 22 в сторону, противоположную силе гравитации 23. Загрязнения в момент действия силового импульса удаляются с гранул 13 и выносятся потоком жидкости 19 через патрубок 18, одновременно разрушая образование сплошных зон из гранул 13, что может нарушить стабильность процесса наклепа лопаток 2, 3. Направление протекания силового импульса от секции 11 секционного электрода 9 через гранулы 13 и секцию 7 секционного электрода 5, лопатки 2, 3 показаны на фиг.4 пунктиром и стрелками. После получения требуемого наклепа поверхности лопаток 2, 3 в межлопаточном канале 1 процесс упрочнения заканчивают, отключая генератор 16, подачу рабочей жидкости 19, снимают деталь с установки, удаляют гранулы 13.

Пример осуществления способа. Рабочее колесо осевой турбины из материала ЭП666 с межлопаточными каналами 60х20 мм и просветом между лопатками 1,8 мм упрочняют импульсами длительностью 100 мкс. Напряжение в импульсе 1 кВ. Время операции задано 7,5 мин. Необходимая степень наклепа 3,6±10%. Гранулы из стали ШХ15 имеют форму шариков диаметром 0,6 мм. Исходная высота микронеровностей поверхности R_z=40 мкм. Требуемая шероховатость поверхностей лопаток в межлопаточном канале R_a≤2,5 мкм. Программа выполнения операций задается процессором в регуляторе режима обработки силовыми униполярными импульсами тока с полярностью действия вектора магнитных сил в сторону, противоположную гравитационным силам на гранулы. Токопроводящая рабочая жидкость - техническая вода, прокачивается в том же направлении под давлением на входе 0,05 МПа. После обработки всех межлопаточных каналов в течение 7,5 минут шероховатость поверхности лопаток в межлопаточном канале составляет 1,8-2,0 мкм, наклеп поверхностного слоя 3,6÷3,85%, что отвечает заданным техническим условиям.

Источники информации

1. Патент РФ 2173627.

2. Патент РФ 2269406.

3. А.с. РФ 1192917.

4. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. В 2-х т. Т.2 /Под ред. В.П.Смоленцева // М.: Высшая шк. 1983. 208 с.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки поверхностей сложного профиля, например межлопаточных каналов деталей лопаточных машин. Способ комбинированной магнитно-импульсной обработки деталей лопаточных машин включает обработку межлопаточного канала деталей, заполненного токопроводящей рабочей жидкостью и металлическими гранулами, униполярными импульсами тока, подаваемыми на секции входного и выходного секционных электродов, расположенных с его противолежащих сторон. Устройство содержит генератор импульсного тока и электроды, выполненные в виде входных, выходных и средних секций, изолированных друг от друга. Крайние секции каждого секционного электрода имеют контакт с кромками межлопаточного обрабатываемого канала деталей, а средние секции - с металлическими гранулами и токопроводящей рабочей жидкостью в межлопаточном канале. Секции соединены с генератором импульсного тока через регулятор подачи униполярного тока, а к межлопаточному каналу деталей подведены входной и выходной патрубки для прокачки рабочей жидкости. Изобретение позволяет стабилизировать показатели поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, в частности поверхностей межлопаточных каналов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ комбинированной магнитно-импульсной обработки деталей лопаточных машин, включающий обработку межлопаточного канала деталей, заполненного токопроводящей рабочей жидкостью и металлическими гранулами, униполярными импульсами тока, подаваемыми на секции входного и выходного секционных электродов, расположенных с его противолежащих сторон.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что униполярные импульсы тока сначала подают на среднюю секцию входного секционного электрода, через гранулы на крайнюю секцию выходного секционного электрода со стороны действия на гранулы магнитных сил в сторону упрочняемой поверхности межлопаточного канала деталей, далее через эту деталь и противолежащую секцию входного секционного электрода, после чего меняют полярность униполярных импульсов тока и подают униполярный импульс тока на среднюю секцию выходного секционного электрода.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в паузах между униполярными импульсами тока на гранулы через средние секции входного и выходного секционных электродов подают силовой униполярный импульс тока с полярностью действия вектора магнитных сил в сторону, противоположную гравитационным силам на гранулы, при прокачке токопроводящей рабочей жидкости в том же направлении.4. Устройство для комбинированной магнитно-импульсной обработки деталей лопаточных машин, содержащее генератор импульсного тока и электроды, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде входных, выходных и средних секций, изолированных друг от друга, при этом крайние секции каждого секционного электрода имеют контакт с кромками межлопаточного обрабатываемого канала деталей, а средние секции - с металлическими гранулами и токопроводящей рабочей жидкостью в межлопаточном канале, секции соединены с генератором импульсного тока через регулятор подачи униполярного тока, а к межлопаточному каналу деталей подведены входной и выходной патрубки для прокачки рабочей жидкости.