Проанализировав научную литературу[1-30], удалось определить,функциональные связи(ФС) между факторами процесса формообразования и между факторами и показателями процесса формообразования канавок в глубоких отверстиях канавочным резцом (рис. 1).

Улучшение показателей эксплуатации канавочного резца состоит в следующем: нужно выявить связь эксплуатационных показателей с условиями эксплуатации и параметрами конструкции, изучить эти связи и найти оптимальное решение для каждого показателя. Большую значимость при оценкеуровня формализации процесса формообразования имеет объем исследованных и установленных ФС между факторами и показателями процесса формообразования канавок в глубоких отверстиях канавочным резцом.

Рис. 1 Схема основных факторов и показателей процесса формообразования канавок в глубоких отверстиях канавочным резцом

Значение факторов, которые оказывают воздействие на процесс формообразования канавок, определяется уровнем их влияния на показатели, которые определяют характеристики инструмента и обрабатываемой детали. Также они влияют на технико-экономические и ряд других показателей.Основные ФС между факторами процесса формообразования канавок в глубоком отверстии канавочным резцом можно представить в виде матрицы МФ:

Такое представление необходимо для дальнейшегоиспользования ее при создании базы знаний процесса нарезания канавок в глубоком отверстии и получения на ее основе САПР специального инструмента–канавочного резца.

В математическом представлении матрицуможно представить так:

Аналогичным образом можно сформировать матрицу МФП функциональных связей между факторами и показателями процесса нарезания канавок и записать ее математически следующим образом:

Аⁱ_j, Bⁱ_j- элементы матрицы, которые в свою очередь включают в себя: совокупность функциональных зависимостей, различных табличных данных, сведений, связывающих между собой факторы процесса формообразования, расположенные в i–ой строке и j–ом столбце матрицы. Если функциональных связей нет, то элемент матрицы равны нулю.

На основании полученных матрицможно построить базу знаний процесса формообразования канавок в глубоком отверстии канавочным резцом. То есть их можно использовать в качестве некого интерфейса системы формирования и управления базой знаний процесса нарезания канавок, которая значительно упростит выбор оптимального инструмента.  Каждый номер строки и столбца определенного элемента системы, который отличен от нуля, следуетиспользовать как уникальный адрес ячейки СУ базой данных, в которой хранятся все накопленные знания об установленных ранее функциональных связях. При создании САПР инструмента определяющимивходными данными будет являться набор показателей, которой удовлетворяет процессу формообразования канавок в глубоком отверстии канавочным резцом.

Рассмотрим на данном примере, как происходит решение конкретной задачи по созданию канавочного резца с наибольшей скоростью резания. f₁ – f₁₀ – это параметры конструкции, а f₁₃ – это интересующий нас параметр- скорость резания.

Решение матрицы заключается в том, что необходимо рассчитать только значения одной 3 строки, которая будет соответствовать наибольшей скорости резания f_13, которая в свою очередь зависит от параметров конструкции канавочного резцаf₁ – f₁₅.

Задача станет сложнее при условии проектирования канавочного резца, который будет иметь не только наибольшую скорость резания, но и наибольшую глубинусрезаемого слоя. Таким образом, необходимо будет произвести расчет уже не одной, а двух строк: 1 и 3 строки.

В данном случае необходимо сравнивать результат и его влияние на процесс обработки канавок в глубоком отверстии. И на основании полученных результатов выбрать оптимальное решение. Но это одна из простейших задач, а если попробовать рассчитать износостойкость инструмента? Износостойкость будет зависеть не только от конструкции, но и от условий эксплуатацииканавочногорезца. Следовательно, наша матрица тоже будет учитывать больше зависимостей.

В приведенной матрице р₅ – износостойкость. Зависит она от таких параметров как передний и задний угол f₄канавочного резца, материала режущего элемента f₁₀, от условий эксплуатации – вида СОЖ f₁₅ и т. д. При решении такого уравнения получается не один, а несколько результатов. И следует выбрать только те решения, которые оказывают наибольшее влияние на увеличение показателя износостойкости.

Наилучшим, то есть оптимальным решением такого уравнения будет вся область решений.

Используя вышеприведенные схемы функциональных связей путем преобразования построена матрица инцинденций, которая показывает установленныесвязи между факторами процесса формообразования (рис. 2), а также матрица инцинденций связей между факторами и показателями процесса формообразования канавок в глубоких отверстиях канавочным резцом (рис. 3).

Элементы матриц представлены в виде клавиш разных цветов. Цвета определяют степень формализации установленных функциональных связей.Элементы матрицы обозначены цифрой 1 в случае,когда присутствует связь, и 0 когда связи нет.

Рис. 2 Матрица функциональных связей между факторами

Рис. 3 Матрица функциональных связей между факторами и показателями

Данное представление полученной системы позволяет дать оценку степени формализации и качеству используемых функциональных связей при формообразовании канавок. Следовательно, в зависимости от начальных условий, можно сделать необходимый выбор, в состав которого входят факторы и функциональные связи между факторами и показателями процеса.

Вышеприведенные матрицы инцинденций могут служить основой в направлении дальнейших исследований процесса формообразования канавок в глубоком отверстии. Сами матрицы связей МФ и МФПбудут изменяться, так как будут изменения по составу факторов. Степень формализации связей тоже может варьироваться.

НИР поддерживается Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере».

В деталях и узлах парогенераторов атомных ректоров, химических и нефтехимических аппаратов имеется большое количество глубоких отверстий, где отношение длины к диаметру больше 5. При этом к отверстиям предъявляются высокие требования по точности изготовления и качеству поверхности.

При изготовлении узлов соединения теплообменных труб одной из важнейших и трудоемких операций является процесс формообразования глубоких отверстий.

В отверстия различными способами (гидравлическим, взрывом, механической развальцовкой) запрессовываются трубки. Концы труб закрепляются в трубных досках или коллекторах с рабочей зоной, имеющей форму цилиндра. Узлы соединения труб должны обеспечивать высокую надежность и большой ресурс работы. Представителями теплообменных аппаратов такого типа являются парогенераторы (ПГ), подогреватели высокого давления (ПВД), подогреватели низкого давления (ПНД) для атомных реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200, теплообменное оборудование для реакторов БН-600 и БН-800. В коллекторах парогенераторов атомных установок ВВЭР-1000 (рис. 1) имеется около 11 тысяч отверстий диаметром Ø16,25+0,17 мм.

Рис.1 Коллектор парогенератора ВВЭР-1000

Для более надежного и плотного крепления узла «труба-коллектор» («труба-трубная доска») конструкции некоторых отверстий нарезают специальные канавки глубиной 0,2…0,55 мм.

Обработка поверхностей в глубоких отверстиях в парогенераторах атомных реакторов в большинстве случаев осуществляется на станках типа 2BW500-3-1000, HTB III WE, 2805П, 2801П, ОВС8.3.3960 и ОС.0000.4037 и т.д.

Формирование глубоких отверстий и поверхностного слоя осуществляется разными способами. При этом сверление глубоких отверстий осуществляется:

1. сверлами одностороннего резания (ружейными) с подводом СОЖ под давлением по внутреннему каналу инструмента и отводом стружки по наружному каналу;
2. сверление инструментом одностороннего и двухстороннего резания (типа BTA) с наружным подводом СОЖ и отводом стружки по внутреннему каналу сверла;
3. сверление сверлами одностороннего и двухстороннего резания с внутренним эжекторным отводом стружки.

Обработка канавок и фасок (с углом 30°, 45° и радиусных) производится специальным инструментом с напайными и сменными твердосплавными пластинками.

Анализ патентных и литературных источников [1-38] показал, что существуют разные методы и способы, предназначенные для формообразования поверхностей в глубоких отверстиях.

При изготовлении коллекторов и трубных досок парогенераторов АЭС применяются углеродистые, высоколегированные, коррозионностойкие и специальные стали: 10ГН2МФА, 08Х18Н10Т-ВД, 09Г2С, 22К-Ш, 10Х2М-ВД, ХН35ВТ-ВД, 20Х1М1Ф1Т.

Данные виды материалов хорошо подходят для изготовления сварных конструкций, работающих в средах высокой агрессивности, обладают повышенной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии.

Способ обработки глубоких отверстий может в большом диапазоне изменять состояние их поверхностного слоя (шероховатость поверхности, степень и глубину пластических деформаций и др.).

Для выбора оптимальной технологии обработки глубоких отверстий в парогенераторах атомных реакторов были осуществлены комплексные исследования воздействия способов формообразования и технологических факторов на шероховатость поверхностного слоя. Эксперименты проводились в заводских условиях на кольце из стали 08Х18Н10Т-BД.

Обобщенные результаты экспериментов о влиянии разных способов обработки поверхностей в глубоких отверстиях на показатель шероховатости приведены на рис. 2.

Заметим, что при всех методах обработки шероховатость поверхности имеет большой разброс по значениям. Наименьшая шероховатость и разброс наблюдается при сверлении методом BTA (Rа = 0,2…0,7 мкм), при вибрационном сверлении (Rа = 0,3…1,2 мкм).

Рис. 2 Шероховатость поверхности при различных методах обработки глубоких отверстий: 1- Сверление ружейными сверлами; 2- Сверление + зенкерование; 3- Сверление + зенкерование + развертывание; 4- Сверление + развертывание; 5- Сверление по методу BTA; 6- Вибрационное сверление

НИР поддерживается Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере».

Обработка большого количества глубоких отверстий в коллекторах и трубных досках является сложным, ответственным и трудоёмким технологическим процессом, который требует использования специального режущего и вспомогательного инструментов, специального оборудования, оптимальных режимов обработки и нестандартных способов осуществления контроля. Технология обработки поверхностей в глубоких отверстиях должна обеспечить требования, которые предъявляются по отношению к качеству обработанной поверхности, требования по точности размеров и высокую производительность.

Анализ патентных и литературных источников [1-38] показал, что существуют разные методы и способы, предназначенные для формообразования поверхностей в глубоких отверстиях.

Для обоснования оптимальной технологии обработки глубоких отверстий в парогенераторах атомных реакторов были осуществлены комплексные исследования воздействия способов формообразования и технологических факторов на ключевые характеристики качества поверхностного слоя. Тангенциальные (в направлении вектора скорости резания) и осевые (вдоль образующей отверстия) остаточные напряжения определялись методом механического воздействия (рис. 1). Эксперименты проводились в заводских условиях на кольце из стали 08Х18Н10Т-BД.

Анализ экспериментальных данных по деформационному упрочнению поверхностного слоя позволяет сделать следующие выводы. Сверление ружейными сверлами сопровождается упрочнением на глубину 0,05…0,12 мм. При этом максимальная степень упрочнения в зависимости от режимов резания и величины износа сверла может колебаться от 30% до 80%. Износ сверла оказывает менее сильное влияние на упрочнение по сравнению с режимами резания. С его увеличением несколько увеличивается глубина упрочнения и при h3 = 0,6…1,3 мм она составляет 0,1…0,12 мм. Увеличение скорости резания с 60 до 70 м/мин уменьшило степень упрочнения в тонком поверхностном слое 0,03 мм с 66% до 52%, практически не повлияв на глубину упрочненного слоя. Несколько большее влияние на упрочнение поверхностного слоя оказала подача. При её увеличении с 0,02 мм/об до 0,06 мм/об степень упрочнения возросла с 50% до 70%, а глубина упрочненного слоя с 0,07 до 0,12 мм.

Из исследованных вариантов комбинированной обработки сверление ружейным сверлом и последующее развертывание обеспечивает наименьшую степень (до 50%) и глубину упрочнения (до 0,1 мм). Примерно такие же результаты по деформационному упрочнению поверхностного слоя получены при сверлении отверстия по методу BTA. Вибрационное сверление формирует поверхностный слой с наибольшей глубиной (до 0,15 мм) и степенью упрочнения (до 100%).

Рис. 1 Эпюры остаточных напряжений в поверхностном слое глубоких отверстий после различных методов обработки (а-тангенциальные, б-осевые): 1-сверление ружейным сверлом; 2-сверление + зенкерование; 3-сверление + развертывание; 4-сверление по методу BTA

НИР поддерживается Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере».