WPŁYW PARAMETRÓW OBCIĄGANIA ROLKĄ KSZTAŁTOWĄ NA CHROPOWATOŚĆ SZLIFOWANEJ POWIERZCHNI ZAMKA ŁOPATKI SILNIKA LOTNICZEGO

Transkrypt

1 WPŁYW PARAMETRÓW OBCIĄGANIA ROLKĄ KSZTAŁTOWĄ NA CHROPOWATOŚĆ SZLIFOWANEJ POWIERZCHNI ZAMKA ŁOPATKI SILNIKA LOTNICZEGO Łukasz ŻYŁKA, Robert BABIARZ, Robert OSTROWSKI 1 Streszczenie: W artykule przestawiono baania procesu obciągania rolką kształtową w szlifowaniu zamka łopatki silnika lotniczego. Określono wpływ parametrów procesu obciągania posuwu obciągania oraz stosunku prękości ściernicy i rolki na chropowatość szlifowanej powierzchni. Baania prowazono w szlifowaniu stopu Inconel 718. Słowa kluczowe: szlifowanie, obciąganie, Inconel 718 Summary: This paper presents a stuy of the ressing process using profile roller in grining of aircraft engine blae lock. There was etermine the influence of ressing process parameters like ressing fee an spee ratio on the groune surface roughness. The stuies were conucte in grining of Inconel 718. Key wors: grining, ressing, Inconel WPROWADZENIE Proces obciągania ma barzo ważne znaczenie la przebiegu i wyniku procesu szlifowania, gyż ecyuje on o możliwościach skrawnych ściernicy. Niewłaściwie obrane parametry obciągania mogą prowazić o pogorszenia chropowatości szlifowanej powierzchni, powstawania namiernych rgań w procesie szlifowania, wzrostu wartości skłaowych siły szlifowania, powstawania przypaleń szlifierskich bąź skrócenia okresu trwałości ściernicy [3, 4]. Dlatego też barzo ważnym aspektem jest obór prawiłowych parametrów obciągania. Ma to szczególne znaczenie w przypaku szlifowania barzo kosztownych części lotniczych wykonywanych z materiałów trunoskrawalnych, np. zamków łopatek silników lotniczych. Proces obciągania może być realizowany za pomocą obciągaczy stałych bąź ruchomych. W przypaku obciągania obciągaczem iamentowym jenoziarnistym proces ten charakteryzuje parametr pokrycia, który pomaga wyznaczyć opowienie parametry obciągania. Jenakże w przypaku obciągania obciągaczami obrotowymi takimi jak rolka formująca bąź kształtowa proces obciągania nie a się opisać za pomocą jenej zależności. W takim procesie obciągania bierze uział wiele ziaren iamentowych osazonych losowo w spoiwie metalowym. Ponato obciąganie takimi narzęziami charakteryzuje się większą ilością parametrów technologicznych. Przykłaem zastosowania obciągania z użyciem obciągacza obrotowego jest proces szlifowania zamków łopatek silników lotniczych. Z uwagi na założony zarys zamka zastosowanie mają najczęściej obciągacze rolkowe o kształcie opowiaającym szlifowanemu zamkowi łopatki. 1 Politechnika Rzeszowska, Al. Powstańców Warszawy 12, Rzeszów, zylka@prz.eu.pl

2 2. CHARAKTERYSTYKA PROCESU OBCIĄGANIA ROLKĄ KSZTAŁTOWĄ Proces obciągania z użyciem rolki kształtowej może być realizowany w wóch omianach, z posuwem promieniowym lub z posuwem stycznym [1, 2]. Przemiotem baań był proces obciągania z stycznym kierunkiem realizacji posuwu ściernicy wzglęem rolki (rys. 1). Rys. 1. Kinematyka procesu obciągania rolką kształtową Proces ten charakteryzuje się tym, że ściernica obraca się z prękością obrotową n s natomiast rolka obraca się z prękością obrotową n r a ich wzglęny ruch opisuje parametr q stosunku prękości obwoowych ściernicy v s i rolki v r wyrażony zależnością (1). Ponato ściernica wykonuje styczny ruch posuwowy f oraz okresowy osuw w kierunku promieniowym a

3 v s q = (1) vr Ściernica z ustalonym osuwem realizuje posuw styczny, który może być współbieżny bąź przeciwbieżny. W praktyce kierunek realizacji posuwu obciągania ma znikomy wpływ na stan CPS po obciąganiu, latego też w cyklu obciągania ściernica przemieszcza się z posuwem f naprzemiennie współbieżnie i przeciwbieżnie [2]. Wartość osuwu obciągania a eterminowana jest topografią powierzchni obciągacza rolkowego. Maksymalna wartość osuwu obciągania ograniczona jest maksymalną wysokością ziaren iamentowych wystających z metalowej osnowy rolki. Dla baanej rolki maksymalna wartość osuwu w jenym przejściu wynosiła a (max) =0,02 mm. Barzo ważnym parametrem technologicznym procesu obciągania rolką kształtową jest stosunek prękości q ściernicy i rolki [5, 6]. Ponieważ rolka może obracać się współbieżnie lub przeciwbieżnie o kierunku obrotów ściernicy, latego też parametr q może przyjmować wartości oatnie lub ujemne. Na postawie analizy literatury oraz własnych wstępnych baań oświaczanych przyjęto, że rolka bęzie obracać się w kierunku przeciwbieżnym o kierunku obrotów ściernicy. Wartości w/w parametrów nastawnych procesu obciągania wywierają istotny wpływ na stan CPS po obciąganiu, co z kolei przekłaa się na jakość szlifowanej powierzchni. W związku z tym barzo ważnym zaganieniem jest obór opowienich parametrów obciągania w celu uzyskania żąanych parametrów jakościowych powierzchni po szlifowaniu [1]. Z uwagi na brak ostępnych opracowań naukowych z tego zakresu przeprowazono baania procesu obciągania rolka kształtową w jego najczęstszym zastosowaniu, szlifowaniu zamków łopatek silników lotniczych wykonanych se stopu Inconel BADANIA DOŚWIADCZALNE Stanowisko baawcze procesu szlifowania zamków łopatek silników lotniczych zostało opracowane w oparciu o szlifierkę CNC o płaszczyzn i profili proucenta Geibel&Hotz typ FS 640 Z. Zostało ono oatkowo oposażone w ukła napęu i sterowania procesem obciągania obrotową iamentową rolką kształtową (rys. 2). Doatkowo stanowisko baawcze zostało wyposażone w specjalny uchwyt mocowania próbek oraz piezoelektryczny siłomierz pozwalający na pomiar trzech skłaowych siły szlifowania. Prowazono również rejestrację poziomu amplituy rgań w zakresie 1 8 khz za pomocą czujnika piezoelektrycznego typ 353B18 firmy PCB

4 Rys. 2. Wiok stanowiska baawczego: 1) rolka obciągająca, 2) ściernica, 3) siłomierz, 4) czujnik rgań, 5) uchwyt próbki Przeprowazono baania wpływu parametrów obciągania na chropowatość szlifowanej powierzchni oraz skłaowe siły szlifowania F t i F n. Przyjęto plan baań przestawiony poniżej. Stale parametry szlifowania i obciągania: prękość skrawania v s = 20 m/s; osuw obciągania a = 0,02 mm (obciąganie w 10 przejściach); ługość szlifowania l p = 60 mm; osuw szlifowania a e = 0,3 mm; prękość posuwu v w = 30 mm/min; Zmienne parametry obciągania: posuw obciągania f = 50; 100; 150; 200; 250; 300 mm/min; stosunek prękości q = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8. Dla każej zmiennej wartości parametrów obciągania przeprowazano próbę szlifowania próbki ze stopu Inconel 718 o kształcie opowiaającym zamkowi łopatki silnika lotniczego (rys. 3)

5 Rys. 3. Profil szlifowanego zamka łopatki silnika lotniczego Oprócz rejestracji sygnałów siły i rgań po każej próbie przeprowazano pomiar chropowatości szlifowanej powierzchni. Na poniższych rysunkach przestawiono przebiegi skłaowych siły szlifowania oraz amplituy rgań la maksymalnych i minimalnych wartości posuwu obciągania oraz stosunku prękości. Ponato na rys. 6 i 9 przestawiono zmianę parametrów chropowatości powierzchni po szlifowaniu w funkcji zmiany posuwu obciągania i stosunku prękości. Amplitua rgań A, mv Skłaowe siły szlifowania F, t F n, N Fn Ft A f = 50 mm/min Czas t, s Rys. 4. Przebieg skłaowych siły szlifowania i amplituy rgań la f = 50 mm/min

6 Amplitua rgań A, mv Skłaowe siły szlifowania F, t F n, N Fn Ft A f = 300 mm/min Czas t, s Rys. 5. Przebieg skłaowych siły szlifowania i amplituy rgań la f = 300 mm/min Chropowatość powierzchni R a, R z, µ m Rz R a Posuw obciągania f, mm/min Rys. 6. Zmiana chropowatości szlifowanej powierzchni w funkcji posuwu obciągania f Amplitua rgań A, mv Skłaowe siły szlifowania F t, F n, N Fn Ft A q = 0,1 3 Objętość zeszlifowanego materiału V, mm /mm Rys. 7. Przebieg skłaowych siły szlifowania i amplituy rgań la q = 0,

7 Amplitua rgań A, mv Skłaowe siły szlifowania F t, F n, N Fn Ft A q = 0,8 3 Objętość zeszlifowanego materiału V, mm /mm Rys. 8. Przebieg skłaowych siły szlifowania i amplituy rgań la q = 0,8 Chropowatość powierzchni R a, R z, µ m R R z a Stosunek prekosci q Rys. 9. Zmiana chropowatości szlifowanej powierzchni w funkcji stosunku prękości q 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Z przeprowazonych baań oświaczalnych wynikają następujące wnioski: Wartość posuwu obciągania f wpływa na chropowatość szlifowanej powierzchni. Dla małych wartości posuwu obciągania w zakresie mm/min obserwuje się znaczne pogorszenie chropowatości powierzchni, a la f =50 mm/min zarejestrowano rgania. Dla użych wartości posuwów rzęu mm/min jakość powierzchni znów ulega pogorzeniu i powstają rysy. Optymalnym posuwem obciągania la którego zarejestrowano najniższe wartości chropowatości powierzchni był posuw f =150 mm/min (la przyjętych warunków baań). Wartość stosunku prękości rolki i ściernicy q wywiera wpływ głównie na wartości skłaowych siły szlifowania natomiast wbrew anym proucentów

8 ściernic parametr q wywiera niewielki wpływ na chropowatość szlifowanej powierzchni. Mała wartość stosunku prękości prowazi o większych wartości chropowatości oraz zwiększa tenencje o powstawania rgań. Powouje to jenak spaek skłaowych siły szlifowania. Większe wartości stosunku prękości pozwalają uzyskać lepszą jakość powierzchni co jest okupione wyższymi wartościami skłaowych siły szlifowania i zwiększa ryzyko powstania przypaleń szlifierskich. Optymalne wartości stosunku prękości kształtują się na poziomie q =0,5 0,6. Baania realizowane w ramach Projektu "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym", Nr POIG /08-00 w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospoarka (PO IG). Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze śroków Europejskiego Funuszu Rozwoju Regionalnego. LITERATURA [1] BESSE J. R., Unerstaning an controlling wheel truing an ressing forces when rotary plunge ressing. Cutting Tool Engineering, Vol. 64, Issue 6, June [2] EMMERICH D., Instrukcja programowania szlifierki FS 640 Z CNC o płaszczyzn i profili. Geibel & Hotz GmbH, Homberg/Ohm, [3] OCZOŚ K., PORZYCKI J., Szlifowanie. WNT, Warszawa, [4] SAAD A., BAUER R., WARKENTIN A., Investigation of single-point ressing overlap ratio an iamon-roll ressing interference angle on surface roughness in grining. Transactions of the Canaian Society for Mechanical Engineering, Vol. 34, No. 2, [5] STEINMETZ, Requirements for the use of iamon roller ressers. Steinmetz Schleiftechnik, Karlstein. [6] WINTER, Dressing tools. Winter iamon tools for ressing grining wheels. Norerstet, #1761, Eition