Среди технологических операций резания сверление играет особую роль. Это самый распространенный и экономически выгодный метод получения отверстий различных размеров. При этом для создания отверстий с соотношением глубины к диаметру более 10 единиц требуется специальное оборудование, режущий инструмент и особая технология. Ученые ПНИПУ создали динамическую математическую модель для управления системой обработки сверлением. Ранее этот процесс рассматривался только в «статике» и без учета податливости технологической системы. Разработка позволит получать точные и качественные технологические отверстия для различных промышленных деталей.

Исследование опубликовано в журнале «Станкоинструмент» №1 за 2023 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Глубокие отверстия используются в корпусных деталях и изделиях из различных сталей и сплавов, например, в парогенераторах. Однако при их сверлении возникают технологические проблемы – на большой глубине происходит нагрев зоны резания, скапливание стружки, смещение сверла от заданной траектории.

Сверление – сложный  процесс, когда суммируются два движения: вращение сверла и продольная подача, которые могут быть независимы друг от друга. При выборе параметров режима резания сначала рекомендуется назначить максимально возможную подачу (при условии обеспечения качества обработки), а затем, в зависимости от типа обрабатываемого материала, устанавливать частоту вращения сверла. Поэтому управлять процессом сверления лучше путем изменения скорости подачи, а не скорости резания.

Но по общеизвестной формуле скорость резания определяется по диаметру сверла и частоте вращения, в выражении нет величины подачи. Поэтому ученые ПНИПУ разработали математическую модель управления сложным процессом формообразования глубоких отверстий. Ее уникальность заключается в учете податливости динамической системы с влиянием упругих деформаций на толщину срезаемого слоя.

Модель составлена на основании дифференциальных уравнений, что позволит отследить, какие процессы происходят при глубоком сверлении с течением времени. Такой подход используется впервые: ранее математические модели для сверления были в основном статическими.

– Мы составили схему объекта, по которой можно определять толщину среза и его увеличение по трем составляющим: скорости подачи сверла и упругой деформации под действием силы резания в двух направлениях. В качестве основного показателя, влияющего на технологический процесс, мы рассматривали твердость обрабатываемого материала. Так в модели можно рассматривать любую сталь или сплав в зависимости от их характеристик, – говорит доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Александр Дударев.

Ученые ПНИПУ разработали динамическую модель, с помощью которой можно управлять системой для создания глубоких отверстий. Разработка позволит держать процесс сверления под контролем и получать более качественные изделия с отверстиями в различных материалах на производстве.