Технологические возможности вибрационной гидроструйной обработки деталей машин и приборов мицык В. Я., Рублевская М. И., Шенкман Г. Л

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВИБРАЦИОННОЙ ГИДРОСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ПРИБОРОВ
Мицык В.Я., Рублевская М.И., Шенкман Г.Л.
Указано, что технологические возможности вибрационной гидроструйной обработки (далее в статье ВГСО) определяются характером и режимами взаимодействия обрабатываемых деталей с абразивной средой. Перечислены явления, которыми характеризуется метод ВГСО. Это: множество соударений и механическое взаимодействие гранул среды и материала детали; акустическое взаимодействие ударных волн; использование гидродинамического эффекта. Проведено выявление физической сущности и указаны факторы метода ВГСО. Представлены технологические возможности метода ВГСО.
Ключевые слова: вибрационная гидроструйная обработка, обрабатываемая деталь, абразивная среда, ударные волны, гидродинамический эффект, механическое взаимодействие, технологические возможности ВГСО.

Технологические возможности и достигаемые результаты при выполнении отделочно-зачистной обработки деталей вибрационным гидроструйным методом определяются, прежде всего, характером и режимами взаимодействия обрабатываемых деталей с абразивной средой [1].

Здесь характер взаимодействия рассматривается, как обобщающее понятие, включающие характер движений, совершаемых обрабатываемой деталью и рабочей средой, и возникающее при этом усилие. Исследование технологических возможностей вибрационной гидроструйной обработки предусматривает отнесение её к соответствующему классу, выявление и изучение особенностей взаимодействия обрабатываемых деталей с рабочей средой с целью использования для решения определённых технологических задач, и в частности для осуществления отделочно-зачистной обработки [2].
В общем случае вибрационная гидроструйная обработка характеризуется следующими явлениями: динамическим воздействием абразивной среды на детали в виде множества соударений её гранул с обрабатываемой деталью; механическим взаимодействием среды и материала детали; акустическим взаимодействием ударных волн, формируемых абразивными гранулами и направленными под давлением потоками жидкости [3].
Вибрационная гидроструйная обработка и её разновидности рассматриваются как совокупность воздействия нескольких видов энергии и схем при выполнении технологических операций.
Важным технологическим свойством вибрационной гидроструйной обработки является применение гибкой мелкодисперсной, находящейся в пседвоожиженном состоянии, обрабатывающей среды в виде различных шлифпорошков и шлифзерна. Такая среда обеспечивает равномерную обработку большого количества корпусных деталей приводных и распределительных механизмов, а также деталей типа тела вращения со сложнопрофильными поверхностями, имеющими ниши, карманы, уступы, глухие и сквозные отверстия различного диаметра [1].
Формообразование таких конструктивных особенностей связано с операциями обработки лезвийным инструментом на металлорежущих станках, а именно точением, фрезерованием, сверлением, что влечёт за собой появление дефектов поверхностей в виде заусенцев, острых кромок, повышенной шероховатости, удаление которых необходимо согласно требованиям последующей сборки и эксплуатации [4].
Динамические воздействия среды и механо-гидравлические явления вызывают изменение в тонком поверхностном слое материала детали. Процесс соударения и скольжения гранул среды сопровождается упругопластической деформацией в поверхностном слое, тепловыми, адгезионными и диффузионными явлениями в виде переноса частиц материала детали и их взаимного проникновения [2].
Вибрационное воздействие охватывает весь объём гранулированной среды. Оно характеризуется воздействием ударных волн на структурные составляющие среды, изменяющие её энергетическое состояние или состав.
Вибрация и деформирование активизируют физические процессы, происходящие на границе раздела среды и детали. Перечисленные явления нельзя рассматривать изолированно. Они действуют в тесной взаимосвязи, дополняя друг друга, усиливая или ослабляя тот или иной эффект.
Таким образом, процесс вибрационной гидроструйной обработки представляет собой сложный комплекс механо-физико-гидравлических явлений, оказывающих существенное влияние на состояние, прежде всего поверхностного слоя обрабатываемой детали, а при определённых условиях – и всего её объёма.
Рассмотрение физической сущности процесса вибрационной гидроструйной обработки показывает, что он состоит в комплексном воздействии на обрабатываемые детали и их поверхности ряда факторов:
1) множество микроударов абразивных гранул в различных направлениях, обеспечивающих равномерное и всестороннее воздействие на обрабатываемые детали. В зависимости от характеристики среды и её состава создаются условия для протекания процессов микрорезания, многократного упругопластического деформирования, истирающе-охлаждающего действия;
2) направленного динамического воздействия на рабочую среду и обрабатываемые детали струйных потоков жидкости, создающих условие для обработки подверженными демпфированию мелкодисперсными рабочими средами, приобретающими под действием потоков жидкости псевдоожиженного состояния, обеспечивающие проникновение гранул среды ко всем малодоступным элементам поверхности корпусных сложнопрофильных деталей;
3) интенсивного направленного перемещения абразивной среды, а также колебательного движения обрабатываемых деталей;
4) переменных ускорений, вызывающих протекание ударно-волновых процессов и изгибных напряжений в обрабатываемой детали.
Анализируя значение каждого из перечисленных параметров процесса вибрационной гидроструйной обработки, можно следующим образом представить его технологические возможности:
1. Микрорезание и поверхностное пластическое деформирование являются сопутствующими процессами многих методов обработки. Отсутствие жёсткой связи детали с абразивной средой исключает возможность эффективного и регулируемого влияния на геометрические размеры и форму детали. Поэтому процесс вибрационной гидроструйной обработки, как и другие разновидности вибрационной обработки, являются безразмерным, то есть не определяющим форму и размеры обрабатываемых деталей [5].
Однако отсутствие жёсткой связи не только ограничивает, но и расширяет технологические возможности. Так, отсутствие жёсткой связи детали и абразивной среды, и равномерная обработка всей поверхности, с которой контактирует среда, обеспечивает обработку сложнопрофильных деталей, а наличие псевдоожиженного состояния, то есть активного перемешивания и «текучести» абразивной среды создаёт условие для эффективного применения процесса для обработки острых кромок, заусенцев и облоя.
Следовательно, сочетание таких элементов процесса, как последовательное нанесение множества микроударов, интенсивное перемешивание, находящийся в псевдоожиженном состоянии, абразивной среды и обрабатываемых деталей при различной взаимной их ориентации в зависимости от базирования в резервуаре создаёт условие для выполнения завистных доделочных, шлифовальных, полировальных и других отделочно-зачистных операций.
2. Воздействие переменных ускорений при различной ориентации деталей и непрерывное нанесение микроударов по обрабатываемой поверхности обеспечивает динамический характер процесса, ударно-волновые явления, создаются условия упрочняющей обработки и операций виброполирования в среде мелких металлических шариков.
3. Конструктивное исполнение устройств для вибрационной гидроструйной обработки и достаточно продолжительные протекания процесса позволяет применять различные составы жидких и сложных составов рабочих сред, а также изменять их температуру. Это создаёт благоприятные условия для применения процессов микрорезания и упругопластического деформирования.
Описанные выше предпосылки указывают на широкие технологические возможности вибрационной гидроструйной обработки. Однако конкретные условия её применения на различных операциях, раскрытие физической сущности протекания процесса в каждом конкретном случае требует дополнительных исследований и проработки процесса.
Выводы.
1. Таким образом, следует отметить, что для вибрационной гидроструйной обработки с большим числом переменных факторов характерной является необходимость экспериментальной проверки условий её применения для различных операций, а в ряде случаев и для различных типов деталей.
2. Характерной особенностью вибрационной гидроструйной обработки является возможность получения одинакового результата обработки несколькими путями, то есть при различном сочетании режимов обработки, характеристики абразивной среды, продолжительности выполнения операции. В этом случае оптимальный вариант выбирается исходя из соображений экономического и технологического характера технических возможностей использующего их предприятия.