способ очистки струйно-абразивной обработкой поверхности изделий из титановых сплавов

Формула изобретения

Способ очистки струйно-абразивной обработкой поверхности изделий из титановых сплавов, включающий подачу на обрабатываемую поверхность гидроабразивной суспензии посредством струи сжатого газа, при этом в качестве абразива гидроабразивной суспензии используют мелкодисперсные частицы с твердостью по шкале Мооса 8÷9, отличающийся тем, что мелкодисперсные частицы имеют размер от 50 до 80 мкм, а давление струи сжатого газа поддерживают в следующем интервале: более или равно 3,0 бара и менее 3,5 бара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки поверхности металлов, в частности к струйно-абразивной очистке поверхности от окалины, нагара, остатков технологических покрытий и других т.п. загрязнений изделий из титановых сплавов.

В технологии изготовления изделий из титановых сплавов широко применяют многокомпонентные технологические смазки, в том числе и на основе графитных материалов. Технологические смазки, как правило, используют в операциях горячего деформирования и калибровки. В результате термообработки и пластической деформации на поверхности изделия образуется двухслойное покрытие с покровным пластичным слоем и вязким спеченным и деформированным слоем из смеси графита и органических солей толщиной 50÷300 мкм. Оба слоя имеют высокую прочность сцепления между собой и основным металлом. Поэтому с разработкой способа, который гарантирует высокую степень очистки (Sa 3 ISO 8501) и заданную шероховатость поверхности готовых изделий (R_z менее 20 мкм), особенно имеющих минимальный припуск на механическую обработку и характеризующихся повышенными требованиями к чистоте и качеству поверхности, возникают существенные затруднения.

Известен способ очистки поверхности изделий от окалины и технологической смазки, включающий обработку изделий в высокотемпературных расплавах щелочи, травление в растворе серной кислоты и последующее осветление в растворе плавиковой и азотной кислот (Полуфабрикаты из титановых сплавов. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П., М., 1996 г., с.470÷479).

Недостатками известного способа являются возникновение на поверхности изделий растравов, выводящих линейные размеры и показатели шероховатости поверхности изделий за пределы требований нормативной документации, кроме того, способ имеет высокую степень экологической опасности и требует разработки специальных мероприятий по обеспечению безопасности работающего персонала и оборудования. Шламовые отходы не подлежат утилизации, подлежат хранению в герметичной таре в складском помещении.

Известен способ гидроабразивной обработки поверхности изделий, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами (а.с. SU № 1740142 А1, кл. В24С 1/00, 1992 г.) - прототип.

Недостатками прототипа являются недостаточная производительность способа, высокая степень шероховатости поверхности после очистки изделий, а также сложность удаления остатков технологических смазок после операций горячего деформирования (наличие после обработки локальных участков с неполным удалением покрытия).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности способа очистки поверхности изделий из титановых сплавов за счет увеличения производительности и повышения показателей качества поверхности обработанных изделий.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является полное удаление остатков технологических смазок, окалины и других загрязнений с поверхности изделий, обеспечение требуемой шероховатости обрабатываемой поверхности и линейных размеров, увеличение скорости обработки.

Указанный технический результат достигают тем, что в способе очистки струйно-абразивной обработкой поверхности изделий из титановых сплавов, включающем подачу на обрабатываемую поверхность гидроабразивной суспензии посредством струи сжатого газа, при этом в качестве абразива гидроабразивной суспензии используют мелкодисперсные частицы с твердостью по шкале Мооса 8÷9, мелкодисперсные частицы имеют размер от 50 до 80 мкм, а давление струи сжатого газа поддерживают в следующем интервале: более или равно 3,0 бара и менее 3,5 бара.

Предлагаемый способ реализуют посредством применения струйно-абразивной обработки поверхности. Обработку поверхности предлагаемым способом осуществляют с использованием установок гидроабразивной обработки. При помощи сверхзвукового сопла на обрабатываемую поверхность подают гидроабразивную суспензию струей сжатого газа, при этом обрабатываемое изделие линейно перемещают с заданной скоростью. Для всесторонней обработки поверхности изделие поворачивают вдоль продольной оси. Количество поворотов и проходов обработки зависит от конфигурации и сечения обрабатываемых деталей. Предусмотрен механизм качания сопла относительно поперечного сечения обрабатываемой детали на угол до 15°. Подобные мероприятия приняты вследствие широкого сортамента обрабатываемых изделий и сложного контура поперечного сечения. Конструкция обеспечивает угол атаки 60 ÷ 90° на каждом участке контура, что гарантирует получение высокой чистоты обработки. Высокое качество получают и на труднодоступных участках (резкие переходы, поднутрения, «теневые» зоны и т.п.), при этом возникает высокая степень перекрытия отдельных площадей обработки.

Важно отметить, что технология должна обеспечить получение требуемой шероховатости, линейных размеров изделия в заданных пределах и при длительном воздействии на эти площади, в то же время гарантировать отсутствие механических повреждений поверхности. Кроме того, способ гарантирует получение требуемых показателей качества поверхности в моменты случайных остановок, торможения и выстоев в крайних положениях, что особенно важно при обработке дорогостоящих изделий из титановых материалов.

Принятые конструктивные решения позволяют получить заданные показатели качества на любом участке сложноконтурного сечения и длине обрабатываемого изделия с учетом неравномерности по толщине и прочности удаляемого покрытия.

В составе гидроабразивной суспензии в качестве абразива используют материал с твердостью по шкале Мооса 8÷9, что обусловлено следующими факторами: применение материала с твердостью по шкале Мооса менее 8 приводит к существенному снижению производительности операции и не позволяет качественно обработать участки с трудноудаляемым покрытием.

Применение материала с твердостью по шкале Мооса более 9 приводит к повреждению поверхности (повышение шероховатости) и приповерхностных слоев (наклеп) металла, что требует дополнительной операции обработки поверхности с удалением слоя металла. В результате расход металла повышается, повышается вероятность выхода размеров за пределы допуска, что в итоге приводит к окончательному браку продукции.

В результате экспериментальных работ определены размеры частиц абразивного материала. Наиболее оптимальны размеры частиц в диапазоне от 50 до 80 мкм. Размер частиц абразивного материала менее 50 мкм не позволяет получить требуемую производительность операции. При использовании частиц абразивного материала размерами более 80 мкм возможно превышение размера шероховатости выше допустимого предела, особенно в период торможения и остановок.

Величину давления струи сжатого газа необходимо поддерживать в следующем интервале: более или равно 3,0 бара и менее 3,5 бара в зависимости от скорости линейного перемещения изделий. При давлении менее 3,0 бара скорость перемещения изделия значительно падает. При давлении струи сжатого газа более или равно 3,5 бара в момент торможения, случайных и необходимых остановок и обработки изделия в крайних положениях возможно удаление слоя основного металла.

Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждают следующие примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Проведена обработка поверхности профилей габаритными размерами 30×40×3500 мм из титанового сплава Вт 20 после операции калибровки. Обработку производили на установке гидроабразивной очистки. В качестве абразивных частиц рабочей смеси использовали электрокорунд М63 ГОСТ 3647 фракции 63÷80 мкм с твердостью по шкале Мооса, равной 8÷9. В качестве сжатого газа использовали сжатый воздух с давлением 3,4 бара.

Пример 2.

Проведена обработка поверхности профилей габаритными размерами 15×40×5000 мм из титанового сплава Вт 6 после операции калибровки. Обработку производили на установке гидроабразивной очистки. В качестве абразивных частиц рабочей смеси использовали электрокорунд М50 ГОСТ 3647 фракции 50 мкм с твердостью по шкале Мооса, равной 8÷9. В качестве сжатого газа использовали сжатый воздух с давлением 3,0 бара.

Значения шероховатости поверхности и производительности процесса очистки изделий указаны в таблице. Предлагаемый способ - № № 1÷2, известный - № 3.

№ п/п	Значение шероховатости поверхности Rz, мкм	Производительность очистки изделия, м/мин
1	10	6,0
2	12	5,0
3	30	4,5

По результатам обработки поверхности было зафиксировано полное удаление остатков технологических смазок, окалины и других различных загрязнений, отсутствие повреждений основного металла, соответствие линейных размеров профилей предъявляемым требованиям, улучшение параметров шероховатости поверхности, кроме того, производительность обработки изделий увеличилась на 10÷25%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить полное удаление с поверхности деталей различного рода загрязнений, улучшить показатели качества поверхности изделий, а также увеличить производительность процесса обработки.