RU2709072C1 - Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas - Google Patents
Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709072C1 RU2709072C1 RU2019123080A RU2019123080A RU2709072C1 RU 2709072 C1 RU2709072 C1 RU 2709072C1 RU 2019123080 A RU2019123080 A RU 2019123080A RU 2019123080 A RU2019123080 A RU 2019123080A RU 2709072 C1 RU2709072 C1 RU 2709072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mpa
- compressed air
- nozzle
- microspheres
- diameter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
- B23H5/06—Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для отделочно-упрочняющей обработки локальных участков поверхностей, например участков лопаточных деталей с удаленным металлом по результатам динамической балансировки быстроходных роторов авиационно-космической техники. Места удаления металла подвергают ручной абразивной зачистке с полировкой и в результате получают нестабильную микро и макро-геометрию поверхности и неравномерные физико-механическими свойствами поверхностного слоя материала, отрицательно влияющие на ресурс работы нагруженных лопаточных деталей ротора.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for finishing and hardening processing of local surface areas, for example, sections of vaned parts with removed metal according to the results of dynamic balancing of high-speed rotors of aerospace engineering. The metal removal sites are subjected to manual abrasive polishing and as a result receive unstable micro and macro surface geometry and uneven physical and mechanical properties of the surface layer of the material, which negatively affect the service life of the loaded rotor blade parts.
Известен способ (Плешаков В.В. Закономерности формирования потока дроби в упрочнительных устройствах различного типа / В.В. Плешаков, Е.Н. Зык // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Выпуск №45. Серия «Машиностроение». - М.: МГУПИ, 2013 - с. 40-48), по которому упрочняющую обработку таких участков поверхности производят вручную при произвольной схеме базирования и жестком закреплении детали с помощью устройства пистолетного типа. Применение пневмодинамического устройства пистолетного типа позволяет обрабатывать детали сложного профиля при достаточно стабильных режимах. Интенсивность ударов дроби зависит в первую очередь от давления сжатого воздуха в сети. Недостатком известного способа является нестабильность процесса упрочнения детали из-за различного времени соприкосновения дроби с поверхностью на отдельных участках при ручной подаче и большая глубина отпечатков от дроби диаметром 2-4 мм, что не обеспечивает заданные показатели качества поверхностного слоя обрабатываемой детали.A known method (Pleshakov V.V. Regularities of the formation of a fraction stream in hardening devices of various types / V.V. Pleshakov, E.N. Zyk // Bulletin of Moscow State University of Instrument Engineering and Informatics. Issue No. 45. Series "Engineering". - M .: MGUPI, 2013 - pp. 40-48), according to which hardening processing of such surface sections is carried out manually with an arbitrary basing scheme and rigid fixing of the part using a pistol type device. The use of a pneumatic-dynamic device of a pistol type makes it possible to process parts of a complex profile under fairly stable conditions. The rate of impact of a fraction depends primarily on the pressure of compressed air in the network. The disadvantage of this method is the instability of the hardening process of the part due to the different contact times of the shot with the surface in individual areas during manual feeding and the large depth of the prints from the shot with a diameter of 2-4 mm, which does not provide the specified quality indicators of the surface layer of the workpiece.
Известен способ пневмодробеструйном упрочнении диска турбомашины одновременно несколькими соплами, при обязательном перекрытии зоны обработки соседнего сопла (В.И. Цейтлин Пневмодробеструйное упрочнение / Цейтлин В.И., Волков В.И. // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2006. - №6(18). - С. 17-24). Расстояние между рабочими соплами при упрочнении полотна определяется эффективным ядром распыла, который для рабочих сопел на расстоянии среза сопла L=150 мм равен d=50 мм. Поверхности детали, не подлежащие упрочнению (полости, щели), защищают, резьбы закрывают заглушками. К недостаткам способа относится невозможность надежной изоляции участков неправильной формы, неравномерность наклепа в зонах перекрытия ядра распыла от каждого сопла, а также отсутствие равномерных регулируемых по силе контакта воздействий между дробью и деталью в переходных зонах между участками с максимальной глубиной снятого металла и остальной поверхность. Все это в совокупности не позволяет получить заданный стабильный наклеп поверхностного слоя всей детали, выровнять микрогеометрию поверхности и полностью удалить дефектный слой от предыдущих технологических операций, что уменьшает срок эксплуатации изделий.A known method of pneumoblast hardening a turbomachine disk simultaneously with several nozzles, with the mandatory overlapping of the processing zone of an adjacent nozzle (V.I. Tseytlin Pnevmodrobetny hardening / Tseitlin V.I., Volkov V.I. // Hardening technologies and coatings. - 2006. - No. 6 (18). - S. 17-24). The distance between the working nozzles during hardening of the web is determined by the effective spray core, which for the working nozzles at the nozzle cutting distance L = 150 mm is d = 50 mm. The surfaces of the part not subject to hardening (cavities, crevices) protect, the threads are closed with plugs. The disadvantages of the method include the impossibility of reliable isolation of areas of irregular shape, uneven hardening in the zones of overlapping of the spray core from each nozzle, as well as the absence of uniform pressure-controlled effects between the shot and the part in the transition zones between areas with the maximum depth of the removed metal and the rest of the surface. All this in total does not allow to obtain a given stable hardening of the surface layer of the entire part, to align the surface microgeometry and completely remove the defective layer from previous technological operations, which reduces the life of the products.
Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей деталей (Патент 2491155. Способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей деталей / Авт. Сухочев Г.А., Небольсин Д.М., Смольянникова Е.Г. Опубл. 27.08. 2013. Бюл. 24), заключающийся в подаче на обрабатываемую поверхность шариков с наложением электрического поля, отличающийся тем, что обработку проводят в газожидкостной слабопроводящей среде при напряжении электрического поля 2-5 В в два этапа, причем на первом этапе на обрабатываемую поверхность под углом не более 60° подают микрошарики диаметром 150-200 мкм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,4 МПа и времени обработки каждого участка поверхности 30 с, а на втором этапе - микрошарики диаметром около 50 мкм при давлении сжатого воздуха не более 0,3 МПа и времени обработки каждого участка поверхности 15 с. При этом в качестве газожидкостной слабопроводящей среды используют сжатый воздух и техническую воду. Недостатком способа является невозможность избирательно компенсировать технологически наследованные дефекты от предыдущей обработки на участках неравномерно удаленного металла и нежелательное растравливание поверхности на окончательном этапе обработки.The closest analogue of the claimed method is a method of hardening the treatment of the internal surfaces of parts (Patent 2491155. Method of hardening the treatment of the internal surfaces of parts / Auth. Sukochev GA, Nebolsin DM, Smolyannikova EG Publ. 27.08. 2013. Bull. 24), which consists in supplying balls to the treated surface with the application of an electric field, characterized in that the treatment is carried out in a gas-liquid weakly conductive medium at an electric field voltage of 2-5 V in two stages, and at the first stage on the processed surface The microballoons with a diameter of 150-200 microns at a compressed air pressure of 0.2-0.4 MPa and the processing time of each surface section for 30 s are supplied at an angle of no more than 60 °, and at the second stage, microballs with a diameter of about 50 microns at a compressed air pressure of more than 0.3 MPa and processing time of each surface area 15 s. At the same time, compressed air and industrial water are used as a gas-liquid weakly conducting medium. The disadvantage of this method is the inability to selectively compensate for technologically inherited defects from the previous treatment in areas of unevenly removed metal and unwanted etching of the surface at the final stage of processing.
Предлагаемое изобретение направлено на получение равномерной степени наклепа и устранения микротрещин по всей поверхности, подвергнутой неравномерному удалению металла по результатам балансировки.The present invention is aimed at obtaining a uniform degree of hardening and the elimination of microcracks over the entire surface subjected to uneven removal of metal according to the results of balancing.
Это достигается тем, что обработка поверхностей по предлагаемому способу заключается в подаче через сопло установки эжекторного типа на обрабатываемую поверхность вращающейся детали микрошариков различного размера в два этапа, отличающийся тем, что на первом этапе обработку проводят в течении не менее 30 с в газожидкостной слабопроводящей среде при напряжении электрического поля 4-6 В, при этом на локальный участок поверхности под углом не более 90° подают микрошарики диаметром 250 мкм при давлении сжатого воздуха 0,5-0,6 МПа при прохождении перед срезом сопла обрабатываемого участка, а при прохождении перед срезом сопла остальной поверхности давление сжатого воздуха снижается до 0,15 МПа, на втором этапе на всю поверхность детали подают смесь микрошариков диаметром 50 и 100 мкм с газожидкостной средой без наложения электрического поля при давлении сжатого воздуха не более 0,2 МПа в течении не менее 60 с.This is achieved by the fact that the surface treatment according to the proposed method consists in supplying an ejector-type installation through the nozzle of the rotating part of the microspheres of various sizes to the surface to be treated in two stages, characterized in that at the first stage the treatment is carried out for at least 30 s in a gas-liquid weakly conducting medium at the electric field voltage of 4-6 V, while the microspheres with a diameter of 250 μm at a pressure of compressed air of 0.5-0.6 MPa when passing through Before cutting the nozzle of the treated section, and when the rest of the surface passes before cutting the nozzle, the pressure of compressed air decreases to 0.15 MPa, at the second stage, a mixture of microspheres with a diameter of 50 and 100 μm with a gas-liquid medium is applied to the entire surface of the part without applying an electric field at a pressure of compressed air no more than 0.2 MPa for at least 60 s.
На рисунках 1-4 показано исходное состояние поверхностного слоя участка детали с макрогеометрией и трещинами от предшествующей механической зачистки и приведены основные этапы равномерного упрочнения всей поверхности и окончательного выравнивания микрогеометрии в переходных зонах по предлагаемому способу.Figures 1-4 show the initial state of the surface layer of a part with macrogeometry and cracks from the previous mechanical cleaning and the main stages of uniform hardening of the entire surface and the final alignment of microgeometry in transition zones according to the proposed method.
На участке 1 неправильной формы (рисунок 1), имеющего заниженную относительно остальной поверхности зону 2 и переходную 3 зону, микротрещины 4 в поверхностном слое после ручной локальной зачистки по результатам балансировки могут выходить на поверхность или оставаться замкнутыми в материале подповерхностного слоя и выходить на поверхность в процессе эксплуатации изделия под действием знакопеременных нагрузок и высокочастотной вибрации. Трещины, проявившиеся на поверхности, забиваются на входе частицами 5 металла или абразива при зачистке. Эти частицы затем в условиях экстремальных знакопеременных эксплуатационных нагрузок в водородосодержащих средах еще глубже расклинивают трещину, чем резко снижают работоспособность деталей роторной группы.In
Формирование требуемых эксплуатационных свойств поверхностного слоя в местах зачистки проходит в несколько этапов. Во-первых, на исходную дефектную поверхность 6 в самом глубоком месте зачистки (рисунок 2) с направлением к ней под углом не более 90° подают стальные микрошарики 7 высокой твердости и более крупной фракции (250 мкм), которые деформируют и осаживают выступы и залечивают микродефекты. Наличие жидкостной токопроводящей среды 8 препятствует перегреву мест соударений гранул с поверхностью и образованию остаточных напряжений растяжения, а также ускоряет процесс удаления частиц 5 за счет явления анодного растворения материала. В качестве газожидкостной слабопроводящей среды используют сжатый воздух и техническую воду. Так как весь ротор конструктивно состоит из тел вращения, то обработка проводится по схеме с вращением детали 9 относительно среза сопла 10 (рисунок 3). При этом срез сопла 10 устанавливают на расстоянии L от обрабатываемого участка 11, при котором диаметр ядра распыла d равен наибольшему расстоянию поперечного сечения d1 заниженной зоны 2 участка 1, а пятно распыла 12 перекрывало наибольшее поперечное сечение переходной зоны 3. При этом образуется поверхностный наклеп материала 13, интенсивность которого плавно снижается от заниженной зоны к переходным границам участка 1 за счет меньшей энергии удара микрошарика о поверхность на периферии пятна распыла. Чтобы интенсивный наклеп приходился на заниженную зону участка и в продольном направлении, при прохождении относительно среза сопла не нарушенной поверхности в исходном состоянии, давление в сети снижается до 30% от номинального, снижая кинетическую энергию микрошарика. В итоге наклеп распределяется равномерно, так как в переходной зоне 3 он объединяется с остаточным наклепом 14, наследованным от предыдущей операции упрочнения до начала балансировки.The formation of the required operational properties of the surface layer in places of stripping takes place in several stages. Firstly,
На втором этапе, подают более мелкую смешанную фракцию микрошариков 50 и 100 мкм с газожидкостной средой, но без наложения тока. При этом завершается выравнивание наклепа 15 и микрорельефа поверхности (рисунок 4), а также формирование в тонком поверхностном слое материала остаточных напряжений сжатия. Выравнивание микрогеометрии зависит от размеров микрошариков и сплошности покрытия поверхности пластическими отпечатками, которая за счет смешанной фракции составляет не менее 95%.At the second stage, a finer mixed fraction of microspheres of 50 and 100 μm with a gas-liquid medium is fed, but without applying a current. This completes the alignment of hardening 15 and the surface microrelief (Figure 4), as well as the formation of residual compressive stresses in a thin surface layer of the material. The alignment of microgeometry depends on the size of the beads and the continuity of the surface coating with plastic prints, which due to the mixed fraction is at least 95%.
Время обработки и другие режимные параметры процесса настраивается по прогибу плоских образцов перед обработкой каждой партии деталей.Processing time and other operating parameters of the process are adjusted by the deflection of flat samples before processing each batch of parts.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
Обработка турбины диаметром 210 мм из никелевого сплава с нарушенным при балансировке участком поверхности с размерами занижения 50×140 мм проводилась на установках эжекторного типа в два этапа. С начала обработали микрошариками диаметром 250±20 мкм с наложением тока низкого напряжения при соблюдении следующих режимов: расстояние от среза сопла до поверхности образца L=170 мм на диаметре вращения Dвр=180 мм; диаметр ядра пятна распыла d=50 мм; время обработки каждого соседнего участка поверхности - 60 с; угол соударения потока микрошариков с поверхностью 90°; скорость вращения шпинделя установки - 20 мин-1; давление, подаваемого сжатого воздуха - 0,4 МПа со снижением на не нарушенных участках поверхности до 0,15 МПа; напряжение 4-6 В; расход газожидкостной слабопроводящей среды - 2 м3/мин.The processing of a 210 mm diameter turbine made of nickel alloy with a surface portion with underestimation of 50 × 140 mm that was unbalanced was carried out in ejector plants in two stages. From the beginning, they were treated with beads with a diameter of 250 ± 20 μm with the application of a low-voltage current, subject to the following conditions: the distance from the nozzle exit to the sample surface L = 170 mm at a rotation diameter D bp = 180 mm; the diameter of the nucleus of the spray spot d = 50 mm; the processing time of each adjacent surface area is 60 s; the angle of impact of the flow of beads with a surface of 90 °; installation spindle rotation speed - 20 min -1 ; the pressure supplied by compressed air is 0.4 MPa with a decrease in undisturbed surface areas to 0.15 MPa; voltage 4-6 V; the consumption of a gas-liquid weakly conducting medium is 2 m 3 / min.
Последующая обработка проводилась смесью микрошариков диаметрами 50 и 100 мкм. Режимы: расстояние от среза сопла и поверхностью образца L=180 мм на диаметре вращения Dвр=180 мм; диаметр ядра пятна распыла d=60 мм; время обработки каждого соседнего участка поверхности - 60 с; угол соударения потока микрошариков с поверхностью 90°; скорость вращения шпинделя установки - 40 мин-1; давление, подаваемого сжатого воздуха - 0,2 МПа; расход газожидкостной слабопроводящей среды - 1 м3/мин.Subsequent processing was carried out with a mixture of beads with diameters of 50 and 100 μm. Modes: the distance from the nozzle exit and the sample surface L = 180 mm on the diameter of rotation D BP = 180 mm; the diameter of the nucleus of the spray spot d = 60 mm; the processing time of each adjacent surface area is 60 s; the angle of impact of the flow of beads with a surface of 90 °; installation spindle rotation speed - 40 min -1 ; pressure of compressed air - 0.2 MPa; the consumption of a gas-liquid weakly conducting medium is 1 m 3 / min.
Газожидкостная слабопроводящая среда состояла из воздуха и распыленной до капельной фракции технической воды, являющейся слабым проводником. В качестве микрошариков использовались сферические гранулы из инструментальной стали Р6М5.The gas-liquid weakly conducting medium consisted of air and atomized to the droplet fraction of industrial water, which is a weak conductor. Spherical granules from tool steel P6M5 were used as microspheres.
После обработки поверхности в течение 20 минут ее шероховатость составила 2,0-2,5 мкм, наклеп поверхностного слоя - 2,2÷3,5%, что отвечает заданным техническим условиям.After processing the surface for 20 minutes, its roughness was 2.0–2.5 μm, the hardening of the surface layer was 2.2–3.5%, which corresponds to the given technical conditions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123080A RU2709072C1 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123080A RU2709072C1 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709072C1 true RU2709072C1 (en) | 2019-12-13 |
Family
ID=69006688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019123080A RU2709072C1 (en) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709072C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080271380A1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-06 | National Central University | Method of fabricating abrasive having sliding and grinding effects |
RU2411111C2 (en) * | 2009-02-27 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им.М.В.Хруничева") | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material |
RU2491155C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of surface hardening of part inner surfaces |
RU2537411C2 (en) * | 2012-06-25 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Hard-facing of part grooves |
-
2019
- 2019-07-17 RU RU2019123080A patent/RU2709072C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080271380A1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-06 | National Central University | Method of fabricating abrasive having sliding and grinding effects |
RU2411111C2 (en) * | 2009-02-27 | 2011-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (ФГУП "ГКНПЦ им.М.В.Хруничева") | Method of anode dynamic hardening of part from current conducting material |
RU2491155C2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of surface hardening of part inner surfaces |
RU2537411C2 (en) * | 2012-06-25 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Hard-facing of part grooves |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101220608B1 (en) | Descaling Apparatus | |
US5277048A (en) | Process and apparatus for treating the surface of an elongated, steel alloy form to facilitate cold working thereof | |
Zhang et al. | Edge passivation and quality of carbide cutting inserts treated by wet micro-abrasive blasting | |
EP2606161A1 (en) | Process for conditioning the surface of hardened sheet-steel components which are protected against corrosion | |
Toh | The use of ultrasonic cavitation peening to improve micro-burr-free surfaces | |
RU2709072C1 (en) | Method of hardening treatment of rotor parts surfaces local areas | |
DE102009021824A1 (en) | Method for edge chamfering and rounding metal components, particularly compressor and turbine disks, involves exchanging components into grinding medium | |
Matuszak | Effect of ceramic brush treatment on the surface quality and edge condition of aluminium alloy after abrasive waterjet machining | |
CN112008609A (en) | Core-shell abrasive jet polishing method | |
EP1401615B1 (en) | Ceramic blasting apparatus and method to prevent gear pitting | |
Matuszak | Comparative analysis of the effect of machining with wire and ceramic brushes on selected properties of the surface layer of EN AW-7075 aluminium alloy | |
CN110815057A (en) | Treatment method of acid-free phosphatized metal plate | |
RU2491155C2 (en) | Method of surface hardening of part inner surfaces | |
US20080044563A1 (en) | Method of Treating Aluminum-Wheel Surface | |
CN110877295B (en) | Method for processing blade disc wet shot blasting and blade disc | |
RU2680333C2 (en) | Method for preparing surface of complex profile for gas plasma spraying | |
CN110331266B (en) | Ultrasonic liquid knife impacting metal material surface nanocrystallization method and special device thereof | |
JP2007007780A (en) | Blade part surface treatment method for cutting tool | |
RU2348505C2 (en) | Method for rounding of part edges | |
JP2978137B2 (en) | Metal surface treatment method and metal material treated | |
CN105081984A (en) | Surface treatment method for metal plate strip by use of wet centrifugal casting of abrasive | |
RU2413602C2 (en) | Method of surface hydroabrasive cleaning by removing thin surface layers | |
CN114559057A (en) | Composite device and method for improving fatigue performance of metal component manufactured by additive manufacturing | |
WO2012059373A1 (en) | Method, abrasive and device for treating a component | |
Nawi et al. | Effect of Waterjet Cleaning Parameters during Paint Removal Operation on Automotive Steel Components |