05.07.2020
Специалисты знают, что если вместо простого шлифования использовать сверхскоростное, то можно добиться почти ювелирной точности обработки даже мелких деталей. При совершенствовании такой технологии, конечно же, не обойтись без глубокой научной проработки. О том, в чем особенность исследований в этой области, «Поиск» попросил рассказать доктора технических наук, профессора кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Омского государственного технического университета Дениса РЕЧЕНКО. Его исследования сверхскоростного шлифования инструментальных материалов не только получили поддержку в виде гранта Президента РФ молодым докторам наук, но и оказались нужными отечественным предприятиям.
— По сути, речь идет о классическом шлифовании, — начинает рассказ Денис. — Но разница в том, что в нашем случае процесс протекает на скоростях значительно более высоких, чем те, что сейчас используются в промышленности. На предприятиях шлифовальные операции имеют скорости резания около 30 метров в секунду (шлифование или затачивание относится к обработке материалов резанием). У сверхскоростного шлифования скорости резания на порядок выше, то есть более 300 метров в секунду.
Идея ускорить обработку за счет повышения скорости воздействия обрабатывающего инструмента на деталь не нова, к этому стремятся во всем мире. Но реализовать ее сложно. Существенное повышение скорости нередко просто невозможно, нет пока технических решений, позволяющих это сделать.
— Для чего нужно сверхскоростное шлифование?
— Для того, чтобы на порядок повысить качество и производительность обработки таких инструментальных материалов, как твердые и быстрорежущие сплавы, сверхтвердые материалы (алмаз и кубический нитрид бора). Они активно используются в инструментальной промышленности, но при этом их очень трудно обрабатывать. При изготовлении из них режущего инструмента требования к его качеству очень высоки, и только сверхскоростное шлифование позволяет этого добиться. Конечно, существуют и другие методы, например, электроалмазное шлифование или доводка. Но они менее эффективны и более затратны.
Наш конечный продукт — высококачественный металлорежущий лезвийный инструмент, предназначенный для окончательной обработки авиационных деталей из жаропрочных и титановых сплавов. Он позволяет значительно сократить время и себестоимость изготовления за счет сокращения и даже исключения шлифовальных и доводочных операций при изготовлении сложнопрофильных деталей.
— А каким образом увеличение скорости обработки влияет на ее качество?
— Повышение скорости в два-три раза, как правило, приводит к тому, что поверхность материала сжигается из-за термических нагрузок, — это негативно сказывается на качестве. Но значительное, на порядок, увеличение скорости резания при шлифовании меняет физику этого процесса.
Большая часть тепла начинает отводиться формирующимися микростружками, что положительно сказывается на качестве обработки. Недавно в нашей лаборатории была проведена серьезная модернизация оборудования. Благодаря этому и применению уникальных разработок мы повысили скорость шлифования в
10-13 раз — до 400 метров в секунду!
И это не предел. Вместе с моим научным наставником доктором технических наук, профессором Андреем Юрьевичем Поповым мы уже знаем, как достигнуть скорости обработки порядка 800 метров в секунду.
Для сравнения: в Китайском индустриальном институте исследователи достигли максимальных скоростей резания при шлифовании порядка 160 м/с. На таких скоростях мы работали десять лет назад.
— Как вы ускоряете шлифование?
— «Сверхскоростное шлифование» — термин, который мы вместе с А.Поповым ввели в машиностроении около десяти лет назад, впервые внедряя этот метод. И получили на него российский патент. Поэтому все наши результаты автоматически становятся новыми и актуальными. Метод уже применяют для затачивания режущего инструмента, острота которого превосходит любые зарубежные аналоги.
В ходе работы мы исследовали различные параметры процессов сверхскоростного шлифования — контактную температуру на обрабатываемой детали и силу резания. Изучили технологические параметры: шероховатость, степень окисленности, уровень микротрещин, микросколов, дефектов обработанной поверхности, которые всегда возникают при металлообработке.
Работаем только с современным оборудованием и технологиями: электронная и оптическая микроскопия, вибродинамический анализатор, триботехнический метод испытания на трение и износ, методы измерения микротвердости, имитационного моделирования, конечных элементов, математической статистики. Используем математико-статистические методы планирования экспериментов и обработки их результатов.
Я занимаюсь этим направлением более пятнадцати лет.
За это время мы спроектировали и создали несколько установок для сверхскоростного шлифования. Причем это оборудование постоянно модернизируется. Несколько установок внедрили на авиационных предприятиях в Омске и Жуковском.
— Что именно вы сделали в конструкционном плане, чтобы добиться результата?
— Конструкторские решения состояли в разработке и совершенствовании шпиндельного узла (мотор-шпиндель) шлифовальной установки с применением генератора масляного тумана и системы принудительного охлаждения. Кроме того, мы создали новые конструкции шлифовальных кругов и рецептуры применяемых в них шлифовальных элементов.
— Получается, ваши разработки — лучшие в мире. К ним должен быть повышенный интерес со стороны зарубежных предприятий. Контактируете ли вы с ними?
— Мы предпринимали попытки выйти на зарубежные фирмы-производители режущего инструмента с целью продажи наших технологий сверхскоростного затачивания. Но они хотят купить технологию за очень маленькие деньги и при этом не готовы ее в данный момент применять, так как это позволит резко повысить качество их инструмента для чистовой обработки, что приведет к резкому повышению продаж.
— Простите, не понял…
— Поясню. В таких фирмах очень трепетно относятся к планам продаж и их прогнозированию. Для зарубежных компаний плохо как непредсказуемое падение, так и непредсказуемый рост. Они вообще негативно относятся ко всему, что приводит к непрогнозируемым падениям и взрывным скачкам. Спустя несколько лет им необходимо будет предлагать рынку промышленности еще что-то новое, а таких технологий у них нет. Поэтому эти фирмы готовы применять технологию сверхскоростного шлифования лет через 10-15. Пока же они хотят дешево купить и приостановить технологию, сдерживая ее на правах правообладателя. Кроме того, наша тематика финансировалась Минпромторгом и частично засекречена. Результаты представлять можно, а нюансы и подробности — нет.
— Не получается продвинуться на зарубежном рынке, но дома-то наверняка проще? С какими отечественными предприятиями вы сотрудничаете?
— Мы работаем с предприятиями, которые занимаются производством авиационных двигателей и обработкой сложных, труднообрабатываемых материалов. Наши разработки по сверхскоростному шлифованию внедрили АО «Омское моторостроительное конструкторское бюро», АО «Высокие технологии» (Омск) и Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е.Жуковского. Благодаря нашим разработкам значительно сократилось время изготовления ключевых деталей, что, конечно, очень понравилось индустриальным партнерам. С этими предприятиями мы провели ряд совместных научно-технических работ в рамках финансовой государственной поддержки. Планируем продолжать эти работы.
— Оттачивать такие передовые технологии наверняка может только очень продвинутый коллектив. Расскажите о ваших коллегах. Бывают ли у вас с ними какие-то разногласия?
— Наша команда — это несколько аспирантов, а также выпускники ОмГТУ — магистры и бакалавры. Каждый аспирант ведет свое научное направление, занимается исследованиями процессов, решая при этом конкретную прикладную задачу. Магистры и бакалавры участвуют в проведении экспериментов и испытаний, а также помогают при подаче заявок на патенты и написании научных статей. Почти все выступают на конференциях и подают заявки на конкурсы различного уровня, представляя свои результаты.
Каждый участник научного коллектива сам себе определяет занятость — это, кстати, один из основных принципов нашей работы. Каждый может обсудить со мной научные планы, попросить совета, в каком направлении двигаться. Но принимают решения все самостоятельно. На мой взгляд, такой подход позволяет воспитывать самостоятельных, независимых исследователей, реализующих свое видение в работе. Для меня это самое важное. Поэтому во взаимоотношениях у нас практически не бывает проблем, а распределение нагрузки происходит как-то само собой, исходя из талантов каждого.
— Какие задачи предстоит решать в будущем?
— Планов много, времени не всегда хватает. Сейчас у нас несколько перспективных направлений, которые продвигает наша команда. Одно из ключевых — получение ультрадисперсных порошков сверхскоростным методом. Этим занимается мой аспирант Юрий Титов. Его работа уже признана МГУ и промышленными предприятиями Омска актуальной и интересной, имеет практическое применение в материаловедении и порошковой металлургии, например, при изготовлении твердотельной охлаждающей системы и резинокордных изделий спецназначения. Большая часть исследований по этому направлению завершена, и в этом году планируется защита его кандидатской диссертации.
Второе направление — изучение лезвийной обработки на микроуровне — связано с фрезерованием мелкоразмерных и нежестких изделий для медицины и автомобилестроения. Также проводим исследования, связанные с обработкой керамики на основе оксидов алюминия и циркония — это необходимо для авиа- и автомобилестроения. Ну, и вместе с АО «Высокие технологии» развиваем метод нанесения покрытий для упрочнения режущего инструмента. Все эти научные направления, кстати, входят в перечень критических технологий РФ, утвержденных президентским указом 2011 года, и имеют широкий спектр исследований.
Василий ЯНЧИЛИН
Нет комментариев