Особенности финишной обработки деталей гидроцилиндров из титановых сплавов

Макаров Владимир Федорович,

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАЕ,

Шелякина Галина Геннадьевна,

кандидат технических наук, доцент,

Никонов Андрей Александрович,

аспирант, зам. главного технолога по подготовке производства ОАО «Мотовилихинские заводы».

Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

В статье рассмотрены результаты использования двух методов финишной обработки деталей из титановых сплавов: наружное выглаживание гидростатическим инструментом и внутреннее хонингование, позволяющие получить низкие шероховатости поверхности (порядка Ra £ 0,2 мкм). Данные технологии могут быть использованы при производстве титановых гидроцилиндров.

На пути повышения боевого могущества современных колесных самоходных артиллерийских систем разработчики столкнулись с проблемой, которая всегда остро стояла перед создателями авиационной и ракетно-космической техники, а именно – ограничения массы «полезного груза». В случае с колесной артиллерийской системой – это боевое отделение и опорный контур, воспринимающий динамические нагрузки выстрела [Сытин Л.Е.].

Решение задачи по снижению массы технической системы пришло также из авиационной и ракетно-космической отрасли – применение сплавов на основе титана. В настоящее время решается проблема получения наружных и внутренних поверхностей титановых деталей гидроцилиндров типа «шток», «гильза» с низкой шероховатостью (Ra £ 0,2 мкм). Высокое качество поверхности и низкая шероховатость обусловлены тем, что вышеуказанные детали работают в составе гидроцилиндра.

Анализ технической литературы показал, что обработка деталей гидроцилиндров из титановых сплавов с научной и практической стороны недостаточно изучена [Головань А.Я.]. Отсутствуют научные и практические рекомендации по хонингованию гидроцилиндров из титановых сплавов.

С целью обеспечения шероховатости Ra £ 0,2 мкм на наружной поверхности «штока» были проведены работы по освоению финишной технологии обработки гидростатическим инструментом для накатывания (выглаживателя) фирмы Ecoroll.

Исходные данные:

Обрабатываемый материал – титановый сплав ВТ6.

Габариты детали – Ø100 мм, L=1157 мм.

Оборудование – станок токарно-винторезный 1М63БФ101.

Инструмент – гидростатический инструмент для накатывания HG13 фирмы Ecoroll; гидравлическая установка HGP6.5 фирмы Ecoroll.

Режимы обкатывания:

Скорость обкатывания, м/мин – V=50,24.

Число оборотов детали, об/мин – n=160.

Подача на оборот, мм/об – S=0,3.

Давление при обкатывании, bar – P=150.

СОЖ – Sitala DY2426 фирмы Shell.

В виду того, что титан не поддается шлифованию, деталь была обточена на универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 с шероховатостью поверхности Ra 2,5-3 микрометра на размер Ø100^+0,02_-0,07. В дальнейшем, деталь была отполирована до Ra = 0,4…0,5 мкм.

После первого прохода обкатывания шероховатость поверхности составила Ra = 0,15…0,2мкм. При повторном обкатывании шероховатость поверхности составила Ra = 0,13…0,18мкм. После обкатывания 5 деталей накатной рабочий шарик имел следы налета обрабатываемого материала и перестал вращаться. Наконечник с шариком был демонтирован и установлен новый.

В технической литературе указано, что можно выглаживать детали из всех пластичных металлов и сплавов практически любой твердости, исключая сплавы на основе титана. При выглаживании титановых сплавов может происходить налипание обрабатываемого материала на рабочую поверхность инструмента (имело место в ходе опытных работ), что приводит к задирам и другим дефектам обработки [1. Я.И. Барац]. Опытные работы показали, что при нормированной замене наконечников процесс выглаживания применим и для обработки титановых сплавов, при этом удается достичь высоких результатов по качеству поверхности. Повышение микротвердости выглаженной поверхности, ее микрорельеф, а также образование в поверхностном слое благоприятных внутренних напряжений приводят к повышению износостойкости по сравнению с другими методами обработки аналогичной поверхности [1. Я.И. Барац]. Кроме того, необходимо провести работу по применению антиадгезионных покрытий наконечников и специальной смазки.

С целью обеспечения шероховатости Ra £ 0,2 мкм на внутренней поверхности «гильзы» были проведены работы по освоению финишной технологии хонингования. Особенность процесса хонингования заключается в незначительном съеме припуска, но с обеспечением высокой точности и качества поверхности: отклонение от круглости менее 1 мкм, волнистость менее 0,5 мкм, отклонение от цилиндричности и прямолинейности образующей менее 2-5 мкм, шероховатость поверхности Ra=0,02…0,16 мкм. [3, Макаров В.Ф.]

Исходные данные:

Обрабатываемый материал – титан ВТ6.

Габариты детали – Ø199,55… Ø199,65 мм, L=1030 мм.

Чистовой диаметр – Ø200Н7^(+0,072)

Оборудование – станок ф.Sunnen HTS-124-100-02 c ЧПУ.

Инструмент – головка хонинговальная регулируемая, специальная.

-                   хонинговальные бруски, полимерная связка на оксиде алюминия 3/8x3/8x6” AW120J6V3SP;

-                   хонинговальные бруски, карбид кремния 3/8x3/8x8” С400JVSN;

-                   хонинговальные бруски, карбид кремния 3/8x3/8x8” С500JVSN.

Процесс состоял из трех циклов:

Цикл №1:

Предварительное хонингование осуществлялось брусками AW120J6V3SP.

Процесс хонингования сопровождался нагревом детали до 60º…70º С и высокочастотными звуковыми вибрациями. Съем металла в среднем составил 0,07 мм за 5 минут работы. Размер канала после хонингования - Ø200,04…06 мм. Достигнутая шероховатость поверхности – Ra 0,75. После хонингования труба была оставлена остывать на ночь.

Цикл №2:

Получистовое хонингование осуществлялось брусками С400JVSN и производилось на следующий день после предварительного хонингования. После того, как температура детали стала соответствовать температуре окружающей среды, размер канала составил Ø199,99…200,01 мм (температурная усадка составила 0,05 мм).

Размер канала после получистового хонингования – Ø200,03…05 мм. Достигнутая шероховатость – Ra 0,3.

Цикл №3:

Чистовое хонингование осуществлялось брусками С500JVSN.

Размер канала после хонингования составил – Ø200,05…07 мм. Достигнутая шероховатость составила Ra= 0,18…0,2 мкм

Таким образом,         рассмотренные выше методы финишной обработки деталей из титановых сплавов обеспечивают получение поверхности с низкой шероховатостью (Ra 0,2 мкм), что позволяет успешно применять данные технологии для изготовления титановых гидроцилиндров, имеющих гораздо меньшую массу в сравнении со стальными аналогами.

Литература

1.                  Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под ред. д-ра техн. наук проф. А.Н. Резникова. М., «Машиностроение», 1977.- 391с.

2.                  А.Я. Головань, Э.Г. Грановский, В.Н. Машков. Алмазное точение и выглаживание. М., «Машиностроение», 1976. стр. 30

3.                  Выбор абразивных инструментов и режимов резания для высокоэффективного шлифования заготовок / Макаров В.Ф.; учеб. пособие, Пермь; изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011.- 231с.

4.                  Самое современное оружие и боевая техника / авт.- сост. Л.Е. Сытин – М.: Астрель; СПб.: С17 Полигон, 2011.

Поступила в редакцию 15.12.2014 г.