Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева Институт «Авиационные технологии и инженерная физика» Кафедра «Инновационное машиностроение» РЕФЕРАТ Дисциплина «Методология научных исследований в машиностроении» Тема «Влияние прочностных характеристик режущего инструмента на производительность обработки углеродистых сталей» Выполнил магистрант группы СТМ – 24 Евдокимов М.А. _______________________________ Проверил доцент кафедры «ИМ» канд. техн. наук Проскуряков С.Л. ____________________________ Рыбинск 2024 Оглавление Введение ..................................................................................... 3 Цели и задачи реферата .......................................................... 3 Историческое развитие технологии ВТА............................ 3 Принцип работы технологии ВТА с различной системой сверления ................................................................................... 4 1. Система с одной трубой (STS) ........................................ 4 2. Система двойной трубы (DTS)/Эжекторная система (ELS) Система DTS(Эжекторная система). ....................... 6 Типы сверлильных головок .................................................. 7 1. Сверление целого материала ........................................... 7 2. Растачивание, развёртывание, обратное растачивание 8 3. Кольцевое сверление ...................................................... 10 Ключевые компоненты для машин глубокого сверления BTA ........................................................................................... 11 Преимущества сверления ВТА ........................................... 13 Недостатки сверления технологии ВТА .......................... 14 Область применния технологии ......................................... 14 Вывод ........................................................................................ 15 Список литературы ..............................................................15 Введение Глубокое сверление представляет собой важный процесс в металлургии, машиностроении и различных отраслях промышленности, где требуются высокоточные отверстия большой глубины относительно их диаметра. Технология ВТА (Boring and Trepanning Association - Ассоциативное бурения и трепанирования) представляет собой одну из наиболее прогрессивных разработок в этой области, позволяющую значительно повысить эффективность и точность процессов сверления. Эта технология позволяет получить отверстия высокой точности и качества, что делает ее широко применяемой в различных отраслях промышленности, включая авиацию, судостроение, нефтегазовуюотрасль и машиностроение. Цели и задачи реферата В данном реферате я рассмотрю основные принципы работы технологии BTA, ее преимущества и недостатки, а также особенности применения в различных отраслях промышленности. Я также рассмотрю основные этапы процесса глубокого сверления по технологии BTA и основные параметры,влияющие на качество и производительность данного процесса. Целью данного рефера является рассмотрение основных аспектов технологии BTA и ее применения в промышленности с целью повышения эффективности производства и качества конечной продукции, так же затрону историю создания самой технологии. Историческое развитие технологии ВТА Технология ВТА начала развиваться в конце XX века как ответ на необходимость в более точном и эффективном способе сверления глубоких отверстий. Первоначально, сверление с малым отношением глубины к диаметру обеспечивалось традиционными методами, но они показали свои ограничения по точности и скорости. Это привело к совмещению термообработки и сверления, как способу улучшения механических свойств материалов инструмента. Основные этапы развития технологии ВТА включают: 1. Появление глубоко-сверлильных станков: В 1980-х годах появились первые станки, которые могли выполнять глубокое сверление с высокой точностью. Они использовали специальные свёрла и охлаждающие жидкости для снижения трения и температуры. 2. Развитие инструментов: К началу 2000-х годов началось массовое производство специализированных сверл, таких как сверла с охлаждающими каналами, которые позволяли значительно увеличить производительность сверления. 3. Интеграция термообработки: В последние десятилетия термообработка непосредственно во время сверления (технология ВТА) доказала свою эффективность как способа улучшения прочности и устойчивости инструмента. Принцип работы технологии ВТА с различной системой сверления 1. Система с одной трубой (STS) В данной системе смазочно-охлаждающие жидкости (далее по тексту СОЖ) направляется между трубой сверла и стенками отверстия. Система STS состоит из сверлильной головки, которая крепится к отшлифованной цилиндрической трубе при помощи внешней и внутренней запорной резьбы. Труба сверла или борштанга по диаметру меньше, чем сверлильная головка, что образует кольцевой зазор между обрабатываемым отверстием и внешним диаметром трубы сверла или борштанги. Это расстояние, также называемое «масляная камера», в паре с блоком впуска СОЖ или механизмом давления, делает возможным направлять объем отфильтрованной СОЖ к режущей кромке сверлильной головки. Этот механизм давления плотно прилегает к входной части детали, которую надо просверлить, и направляет СОЖ к съёмной сверлильной головке. СОЖ обеспечивает смазку сверлильной головки и гарантирует, что вся стружка, образованная сверлом, наплавляется через съёмную режущую головку внутрь и вымывается через внутренний диаметр цилиндрической трубы сверла или борштанги. Это более известно как метод сверления с внешним подводом СОЖ/ внутренним удалением стружки. Система позволяет обрабатывать отверстия глубиной сверх 100 х диаметров. В большинстве случаев STS устанавливают на станки для глубокого сверления. Данная система - это наилучший выбор для обработки очень глубоких отверстий и для материалов с проблемным формированием стружки, таких как нержавеющая сталь, титан или низкоуглеродистая сталь. 2. Система двойной трубы (DTS)/Эжекторная система (ELS) Система DTS(Эжекторная система). Это система сверления, в которой СОЖ подаётся в шпиндель станка через специальное устройство для подачи СОЖ под давлением или коннектором. Сверлильная система состоит из внешней и внутренней трубы, которые присоединены к устройству подачи СОЖ под давлением с одной стороны, и к сверлильной головке с другой стороны при помощи упорной 4-х заходной резьбы. Принцип работы данной системы сверления в следующем: СОЖ под давлением подается через коннектор, чтобы пройти в результате через кольцевой зазор между внешней и внутренней трубой сверла к сверлильной головке. Большая часть потока СОЖ направляется через серию отверстий в сверлильной головке, что обеспечивает смазку и отвод стружки через внутреннюю трубу. Небольшая часть СОЖ отводится через серию пазов в заднем конце внутренней трубы. Этот небольшой поток СОЖ создает разряженность во внутренней трубе и всасывает туда СОЖ и стружку из сверлильной головки, затем этот поток попадает в отверстие вывода стружки,которое находится в коннекторе. Длинная система обеспечивает сверление отверстий глубиной до 100 Х D. Система DTS может применяться на обычных станках,например,на обрабатывающих токарных,горизонтально-сверлильных центра, у которых есть и соответствующий подающий механизм,жестокость и система сбора СОЖ. Типы сверлильных головок 1. Сверление целого материала Самый общий метод сверления цельного материала. Отличная прямолинейность и качество поверхности. В большинстве случаев не требуется последующая обработка. Для диапазона обработки Ø16 – 210 мм. – Шероховатость поверхности Ra 3,2 – 1,5 мкм – Точность обработки по IT9 – Подача до 0.35 мм/об в зависимости от условий обработки – Скорость резания до 130 м/мин в зависимости от условий обработки – Увод инструмента до 0.25 мм/м – Необходимый расход СОЖ примерно в 5 раз больше,чем диаметр обработки (например: Ø100 мм тогда расход 500 л/мин) 2. Растачивание, развёртывание, обратное растачивание Растачивание используется для увеличения диаметра и доводки предварительно просверлённого отверстия. Подходит для поковок и литья для улучшения качества поверхности и точности. Если мощности станка не достаточно для обработки отверстия за одну операцию, то рекомендуют следующие методы: Шаг 1: Предварительное сверление инструментом меньшего диаметра. Шаг 2: Растачивание до требуемого диаметра. – Для диапазона обработки Ø44 – 1200 мм – Шероховатость поверхности Ra 3,2-1,0 мкм – Точность обработки по IT8 – Подача до 0.40 мм/об в зависимости от условий обработки – Скорость резания до 200м/мин в зависимости от условий обработки – Увод инструмента до 0.10 мм/м – Необходимый расход СОЖ примерно в 5 раз больше, чем диаметр обработки (например: Ø100 мм тогда расход 500 л/мин) – Глубина резания от 3 до 14 мм Обратное растачивание - это один из методов растачивания, подходит для обработки внутренних поверхностей трубы. Пример параметров для обратного растачивания: – Для диапазона обработки Ø44 – 400 мм – Шероховатость поверхности Ra 3.2 - 1.0 мкм – Точность обработки по IT8 – Подача до 0.40 мм/об в зависимости от условий обработки – Скорость резания до 200м/мин в зависимости от условий обработки – Увод инструмента до 0.05 мм/м – Необходимый расход СОЖ примерно в 5 раз больше, чем диаметр обработки (например: Ø100 мм тогда расход 500 л/мин) – Глубина резания от 3 до 10 (14) мм Пример для развёртывания: Для диапазона обработки Ø15 – 500 мм – Шероховатость поверхности Ra 2.5 – 1.5 мкм – Точность обработки по IT7 – Подача до 2.0 мм/об в зависимости от условий обработки – Скорость резания до 200 м/мин в зависимости от условий обработки – Обработка предварительно полученного отверстия – Необходимый расход СОЖ примерно в 5 раз больше, чем диаметр обработки (например: Ø100 мм тогда расход 500 л/мин – Глубина резания от 0.05 до 0.5 мм Развёртывание применяются: – Для получения отверстий с минимальными отклонениями от круглости и лучшей чистотой поверхности – Для подготовки отверстий к финишным операциям (хонингование,полирование или раскатывание) – Для обработки предварительно полученных отверстий 3. Кольцевое сверление Кольцевое сверление используется преимущественно для обработки больших диаметров за один проход на маломощном оборудовании. При данном методе вместо стружки в центре отверстия остаётся керн. При сверлении дорогих материалов керн используется для дальнейшей обработки. Например, в качестве тестового образца для изучения механических свойств материала. Для диапазона обработки Ø75 – 630 мм – Шероховатость поверхности Ra 2,5 мкм – Точность обработки по IT9 – Подача до 0.40 мм/об в зависимости от условий обработки – Скорость резания до 200м/мин в зависимости от условий обработки – Увод сверла до 0.10 мм/м – Необходимый расход СОЖ примерно в 5 раз больше,чем диаметр обработки (например: Ø100 мм тогда расход 500 л/мин) Ключевые компоненты для машин глубокого сверления BTA 1 минут чт ения Ключевые компоненты для машин глубокого сверления BTA На типовых буровых станках BTA присутствуют компонентов, независимо от конфигурации. несколько Буровая направляющая втулка Направляющая втулка для точного сверления соприкасается с заготовкой, чтобы направлять инструмент BTA при подготовке к сверлению. Эта втулка позволяет запускать инструмент в нужном месте и с правильным диаметром отверстия, что необходимо для точного глубокого сверления. Направляющая втулка сверла также обеспечивает герметизацию заготовки для удержания охлаждающей жидкости в процессе сверления. Напор Напорная головка уплотняет вокруг инструмента BTA и направляющей втулки сверла, вводя охлаждающую жидкость вокруг инструмента и для удаления стружки на протяжении всего процесса сверления. Демпферы вибрации Виброгасители поддерживают длинные сверла при скорости вращения, передавая крутящий момент, стабилизируя инструмент для точного процесса сверления. Эти устройства оснащены вращающимися подшипниками и вкладышами, которые соприкасаются с инструментом для обеспечения преимуществ гашения вибрации. Машины с более длинным ходом могут иметь несколько гасителей вибрации при движении, в то время как у более коротких машин это может не потребоваться. Буровой шпиндель Высокая мощность, точность крутящего момента и низкая вибрация важны для продуктивного бурения БТА. Шпиндель передает мощность и крутящий момент от двигателя к инструменту. Во время работы стружка и охлаждающая жидкость откачиваются через отверстие в центре шпинделя. Система охлаждения Надёжность и производительность процесса глубокого сверления BTA сильно зависит от системы охлаждения машины. Логически спроектированная система резервуаров начинается с удержания охлаждающей жидкости, а группы насосов большого объема работают для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в инструмент BTA. Как только охлаждающая жидкость проходит через процесс резки металла, она попадает в систему фильтрации. Низкая микронная фильтрация охлаждающей жидкости и обратная связь о состоянии фильтра предотвращают накопление стружки и мелких частиц, что приводит к сокращению времени простоя, увеличению срока службы инструмента и улучшению качества поверхности. Контроль температуры охлаждающей жидкости Буровая бабка и насосная система охлаждающей жидкости генерируют тепло, которое может отрицательно влиять на такие факторы, как срок службы и точность инструмента, а также на условия работы вокруг станка. Для управления теплом требуется либо теплообменник, либо охладитель, чтобы поддерживать смазочно-охлаждающую жидкость при надлежащей температуре. Преимущества сверления ВТА Сверление BTA может обеспечить скорость подачи сверла, как правило, в 5-7 раз быстрее, чем ружейное сверление при том же диаметре, благодаря конструкции инструмента, более эффективному отводу стружки, а также конструкции и мощности станка. Сверлильные станки BTA подают охлаждающую жидкость вокруг головки инструмента и удаляют стружку через дрель и шпиндель станка, в отличие от ружейного сверления, где охлаждающая жидкость подаётся внутрь, а стружка выходит через внешнюю канавку. Сверление BTA эффективно в отверстиях от 20 до 250 мм, в большем диапазоне размеров, чем ружейное сверление. Следовательно отличительные качества технологии следующие: Высокая точность: Технология позволяет достигать высоких показателей точности за счёт минимизации вибраций и тепловых искажений. Увеличенная скорость обработки: Совмещение термообработки с процессом сверления позволяет значительно ускорить процесс. Подход к различным материалам: Технология хорошо работает на различных металлах, включая твёрдые сплавы и высокопрочные стали. Удаление стружки: Слив стружки через само сверло за счёт СОЖ. Недостатки сверления технологии ВТА Минусы технологии ВТА сверления: Короткий срок службы инструмента. При сверлении некоторых материалов закругление на вспомогательной режущей кромке испытывает тяжёлые нагрузки, что требует преждевременной замены режущих пластин. Вибрация инструмента. При обработке некоторых материалов инструмент ВТА проявляет тенденцию к вибрированию в ходе сверления, что может неблагоприятно сказываться на качестве выполняемого отверстия. Затруднения с отводом стружки по длинному каналу в сверлильной трубе. Кроме того, система ВТА используется только на специализированных станках глубокого сверления, что требует дополнительных затрат на оборудование. Сложность настройки и обслуживания оборудования. Необходимость использования специализированных жидкостей для смазкии охлаждения процесса сверления. Область применния технологии Технология BTA широко применяется в различных отраслях, включая авиацию, нефтегазовую промышленность, машиностроение, медицинскую промышленность и другие. В авиационной отрасли технология BTA используется для сверления отверстий в титановых и алюминиевых сплавах,что позволяет увеличить производительность и точность процесса. В нефтегазовой промышленности технология BTA применяется для сверления скважин и обработки труб, что позволяет повысить эффективность добычи и транспортировки нефти и газа. В машиностроении технология BTA используется для изготовления деталей с высокой точностью и качеством. В медицинской промышленности технология BTA применяется для изготовления медицинских инструментов и имплантатов. Вывод Таким образом, современные тенденции развития технологии BTA направлены на увеличение производительности, повышение качества обработки и автоматизацию процесса сверления, что многократно увеличивает способности для реализации, все более невозможных технологических элементов. Список литературы 1. https://systems-plus.ru/stati/osobennosti-glubokogo-sverlenia 2. https://инженерныйконсалтинг.com/wpcontent/uploads/2022/01/TPCtools_BTA-web.pdf 3. https://www.btabore.co.uk/t-ru-ru/articles 4. https://www.alfametalmachinery.com/ru/select_by_technology/Deep%20Hole% 20Drilling/BTA%20DEEP%20HOLE%20DRILLING/ 5. https://ru.guanludrilling.com/news/what-is-the-bta-deep-hole-drilling-process59568002.html 6. «Технологии» Автор статьи К.А. Бобух с.58-59. 7. Патент Авторы Ракедекер, Германия «СВЕРЛИЛЬНАЯ ГОЛОВКА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ВТА, И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ»
