В машиностроении широко применяется растачивание отверстий с переменным диаметром. Эта технология позволяет создавать детали для таких важнейших отраслей государства, как авиа- и машиностроение, ОПК, нефтегазовой отрасли, химической промышленности. В авиастроении так можно облегчить детали, в сфере оборонно-промышленного комплекса этот 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.
 

Исследование опубликовано в журнале «Master′s Journal» №1 за 2024 год. 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 т.д.

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 мм под углом 6 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.