В машиностроении широко применяется растачивание отверстий с переменным диаметром. Эта технология позволяет создавать детали для таких важнейших отраслей, как авиа- и машиностроение, ОПК, нефтегазовая и химическая промышленность. В авиастроении таким способом можно облегчить детали, в сфере оборонно-промышленного комплекса метод дает возможность вместить большее количество заряда в снаряды, а в нефтегазовой отрасли ступенчатые каналы нужны для соединения труб различного диаметра. Ученые Пермского Политеха разработали новую технологию процесса обработки ступенчатых каналов, которая избавит от дефектов заготовок.
Пермяки нашли способ снизить число дефектов при изготовлении деталей / © Isis Franca, unsplash
Исследование опубликовано в Master′s Journal. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Растачивание – один из наиболее широко используемых методов обработки глубоких отверстий, который необходим для восстановления их правильной геометрии и подгонки диаметра под нужные значения. Получаемые заготовки обладают высокой точностью и относительно низкой стоимостью. Ступенчатые каналы используются, например, в машиностроении и автомобильной промышленности. При допущении ошибки существует риск возникновения брака в работе: неполная обработка поверхности, несоответствие диаметра, низкое качество обработанной поверхности и так далее.
Для растачивания отверстий применяют специальный инструмент. Он состоит из расточной головки, твердосплавных направляющих и сменного режущего блока. В расточную головку вставляется сменный режущий блок и закрепляется специальным механизмом. Процесс растачивания отверстия подразумевает снятие режущим блоком слоя металла (или другого материала), увеличивая диаметр отверстия.
Обработать глубокие отверстия сложнее, чем обычные. Из-за большого осевого расстояния в процессе введения инструмента возрастают вибрации. Теряется устойчивость процесса резания, точность размеров, повышается шероховатость поверхности. Чем длиннее отверстие, тем сложнее эвакуация стружки из зоны резания и охлаждение инструмента.
Ученые Пермского Политеха разработали технологию обработки ступенчатых каналов на обратной подаче («на растяжение»). Это позволит избежать необходимости вывода головки из расточенного отверстия и дополнительной операции для зачистки поверхности от царапин и нарывов. Однако встает вопрос возможности установки расточного блока в головку. В качестве решения политехники предложили использовать раздвижной блок, который устанавливают между крышкой и корпусом головки в сжатом состоянии, а затем он раздвигается на рабочий диаметр с помощью клина.
Проведенные испытания конструкции блока выявили недостаточную жесткость инструмента: во время обработки возникли вибрации, а в отверстии – характерная огранка. Требовалось увеличить жесткость, для чего применились два дополнительных винта напротив подвижных половин сменного блока, а в крышке дополнительно выполнены два резьбовых отверстия, расположенные на окружности диаметром 60 миллиметров под углом шесть градусов.
«В ходе экспериментов по описанному способу мы выявили рациональный режим обработки: перемещение режущего инструмента за один оборот заготовки 0,39 мм/об, частота вращения заготовок n=440 об/мин. Конструкция раздвижного блока позволяет растачивать отверстие без применения дополнительной обработки. Круглые твердосплавные пластины помогают получать на чистовых режимах малую шероховатость за счет выглаживающего эффекта», – дополнил Владислав Стырников, магистрант кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ.
Разработанная технология ученых ПНИПУ повысит эффективность изготовления деталей с использованием ступенчатых отверстий и снизит риск возникновения дефектов. В настоящее время команда проекта ведет работы над расточной головкой для обработки глубоких отверстий с переменным диаметром с программным управлением. Она сможет в автоматизированном режиме обрабатывать так называемые «бутылочные отверстия». На разработку выдан грант от Фонда содействия инновациям.
