Моделирование снижения шероховатости при вибрационной обработке в свободном абразиве изделий горячей части ГТД из жаропрочного сплава, полученных методом селективного лазерного сплавления

Машиностроение и машиноведение

2025. Т. 32. № 4. С. 230-240.

Авторы

Хаймович А. И.*, Злобин Е. П.**, Скуратов Д. Л.***

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: berill_samara@bk.ru
**e-mail: zlobin.ep@ssau.ru
***e-mail: skuratov-sdl56@yandex.ru

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментального исследования вибрационной обработки образцов из жаропрочного сплава ВЖ159, полученных методом селективного лазерного сплавления. Исследовано влияние времени обработки, частоты вращения привода установки (количества колебаний) и исходной шероховатости поверхности на изменение параметра Ra. Методом планирования эксперимента получена регрессионная модель второго порядка, описывающая процесс снижения шероховатости. Установлено, что время обработки является доминирующим фактором, при этом зависимость имеет квадратичный характер. Выявлено значимое влияние исходной шероховатости на эффективность обработки. Определены рациональные режимы виброгалтовки для снижения шероховатости до требуемых значений. Полученные результаты позволят оптимизировать процесс финишной обработки ответственных деталей газотурбинных двигателей, изготовленных аддитивными методами. Модель демонстрирует высокую адекватность с коэффициентом детерминации R² = 0,95. Результаты работы имеют практическое значение для производства авиационных двигателей и энергетических газотурбинных установок.  

Ключевые слова:

абразивные керамические тела, селективное лазерное сплавление, жаропрочный сплав ВЖ159, условия обработки, шероховатость поверхности, корреляционный анализ, регрессионный анализ

Список источников

  1.  Дмитриева М.О., Мельников А.А., Носова Е.А. и др. Исследование формирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 при изготовлении крыльчатки компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя методами аддитивных технологий // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 196-203. DOI: 10.34759/vst-2023-2-196-203
  2.  Alekseev V.P., Khaimovich A.I., Smelov V.G. et al. Testing a Statistical Quality Control Method Based on Short-Run Control Charts for Small Batch Production on the Example of Selective Laser Sintering of Blanks of Gas Turbine Engine Blades // Russian Engineering Research. 2024. Vol. 44. No. 11, pp. 1623-1628. DOI: 10.3103/S1068798X24702666
  3.  Смелов В.Г., Кокарева В.В., Чупин П.В. и др. Проектирование технологического процесса селективного лазерного сплавления жаропрочного сплава для изготовления горелочного устройства // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 1. С. 131-141. DOI: 10.34759/vst-2023-1-131-141
  4.  Srinivasan D., Ananth K. Recent advances in alloy development for metal additive manufacturing in gas turbine/aerospace applications: a review //Journal of the Indian Institute of Science. 2022. Vol. 102. No. 1, pp. 311-349. DOI: 10.1007/s41745-022-00290-4
  5.  Хайрулин В.Т., Самохвалов Н.Ю., Тихонов А.С. и др. Оценка влияния шероховатости поверхности лопаток на параметры турбины высокого давления // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2014. № 37. С. 99-111.
  6.  Pimenov D.Y., Berti L.F., Pintaude G., et al. Influence of selective laser melting process parameters on the surface integrity of difficult-to-cut alloys: comprehensive review and future prospects // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 127. No. 3, pp. 1071-1102. DOI: 10.1007/s00170-023-11541-8
  7.  Швецов А.Н., Скуратов Д.Л. Влияние параметров процесса алмазного выглаживания на качество поверхностного слоя деталей при производстве изделий авиационной техники // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 220–231. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177623
  8.  Смирнов А.С., Галиновский А.Л., Мартысюк Д.А. Снижение шероховатости поверхностей аддитивных изделий электрохимическими методами обработки // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 7(748). С. 16-23. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-7-16-23
  9.  Гончаров Е.С., Балякин А.В., Носова Е.А. Исследование поверхности образцов из титанового сплава, полученных селективным лазерным сплавлением и гидроабразивной полировкой // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Сб. докладов Международной научно-технической конференции (23–25 июня 2021). Самара: Самарский университет, 2021. Т. 1. С. 295-296.
  10.  Yao C.F., Sun Y.Q., Tan L., et al. Investigation of control method on blade shape accuracy of blisk in vibration finishing // Advances in Manufacturing. 2025. Vol. 13. No. 2, pp. 377-394. DOI: 10.1007/s40436-024-00505-0
  11.  Тамаркин М.А., Смоленцев Е.В., Колганова Е.Н. Анализ современного состояния финишных методов обработки в среде свободных абразивов деталей, имеющих малые пазы и отверстия // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. №. 1. С. 122-129. DOI 10.25987/VSTU.2019.15.1.019
  12.  Пономарев К.Е., Стрельников И.В., Антонов А.А. и др. Эффективность использования вибрационной обработки сварных конструкций из нержавеющей стали на этапах сварки и после ее завершения // Сварочное производство. 2021. № 8. С. 22-29.
  13.  Тамаркин М.А., Тищенко Э.Э., Муратов Д.К. и др. Исследование динамики движения среды в рабочих камерах для вибрационной обработки деталей // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2024. № 1(84). С. 58-67.
  14.  Волков Д.И., Толкачев А.В. Методика определения параметров динамического взаимодействия абразивной гранулы и пера лопатки в круговых виброполировальных установках // Вестник РГАТА им. П.А. Соловьева. 2015. № 1. С. 94-99.
  15.  Акулиничев П.Д., Альбов М.А., Гончаров А.А. Анализ влияния динамического воздействия абразивного материала на заготовку при обработке сложнопрофильных поверхностей потоковой галтовкой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 2(767). С. 44-51.
  16.  Radziejewska J., Marczak M., Maj P., et al. The Influence of Vibro-Assisted Abrasive Processing on the Surface Roughness and Sub-Surface Microstructure of Inconel 939 Specimen Made by LPBF // Materials. 2023. Vol. 16. No. 23:7429. DOI: 10.3390/ma16237429
  17.  Grigoriev S.N., Metel A.S.,  Tarasova T.V., et al. Effect of cavitation erosion wear, vibration tumbling, and heat treatment on additively manufactured surface quality and properties // Metals. 2020. Vol. 10. No. 11: 1540. DOI: 10.3390/met10111540
  18.  Злобин Е.П., Хаймович А.И., Балякин А.В. Влияние вибрационной обработки на шероховатость и геометрические характеристики изделий из алюминиевого сплава AlSi10Mg, полученных с помощью технологии СЛС // Омский научный вестник. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение». 2023. Т. 7. № 4. С. 65-71. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-4-65-71
  19.  Kuntoğlu M., Salur E., Canli E, et al. A state of the art on surface morphology of selective laser-melted metallic alloys // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 127. No. 3-4, pp. 1103-1142. DOI: 10.1007/s00170-023-11534-7
  20.  Бабичев А.П., Мотренко П.Д., Гиллеспи Л.К. и др. Применение вибрационных технологий на операциях отделочно-зачистной обработки деталей (очистка, мойка, удаление облоя и заусенцев, обработка кромок). Ростов-на-Дону: Изд. центр ДГТУ, 2010. 289 с.
  21.  Curtis M.J., Alexander S.P., Cirino G., et al. Planning experiments: Updated guidance on experimental design and analysis and their reporting III // British Journal of Pharmacology. 2022. Vol. 179. No. 15, pp. 3907-3913. DOI: 10.1111/bph.15868
  22.  Брыкин В.А., Рипецкий А.В., Коробов К.С. Исследование пористости, морфологии микроструктуры и механических характеристик изделий, полученных селективной лазерной плавкой порошка сплава AlSi10Mg // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 2. С. 193-205. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=180662
  23.  Тамаркин М. А., Тищенко Э. Э. Моделирование процесса формирования шероховатости поверхности при обработке в гранулированных рабочих средах. – 2010.
  24.  Прагер С.М., Солодова Т.В., Татаренко О.Ю. Исследование механических свойств и структуры образцов, полученных методом селективного лазерного сплавления (СЛС) из сплава ВЖ159 // Труды ВИАМ. 2017. № 11(59). С. 3-11. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-1-1
  25.  Евгенов А.Г., Базылева О.А., Головлев Н.А. и др. Особенности структуры и свойства сплавов на основе интерметаллида Ni3Al, полученных методом СЛС // Труды ВИАМ. 2018. № 12(72).  С. 25-36.  DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-12-25-36
  26.  Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Изд. 2-е, перераб. и доп. Ростов-на-Дону: Изд. центр ДГТУ, 2008. 693 с.
  27.  Бабичев А.П., Бойко М.А. Влияние технологии изготовления на технологические свойства абразивных гранул на полимерной связке // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сборник трудов Международной научно-технической конференции (9-12 сентября 1997; Симферополь). Донецк: ДонГТУ,  1997. С. 18-19.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025