Тема 6. Обработка отверстий малого диаметра

Отверстия малого диаметра используются во многих деталях ГТД и их агрегатов:

- лопатках газовых турбин,

- кольцевых деталях турбины и камеры сгорания,

- в форсунках и фильтрах,

- экранах,

- деталях гидро- и пневмоагрегатов (золотники, плунжеры, гильзы и т.д.);

- для контровки деталей крепежа и арматуры.

Способы обработки отверстий малого диаметра:

- резанием (сверление сверлами малого диаметра),

- лазерным лучом,

- электронным лучом,

-электроэрозионной обработкой (ЭЭО),

-электрохимической обработкой (ЭХО),

- ультразвуковой обработкой,

- струйно-абразивной обработкой и др.

1.Сверление на металлорежущих станках требует сверл малого диа­метра. Изготовление и заточка таких сверл затруднительны. Кроме того, требуется специальное оборудование, обеспечивающее малые подачи. При глубоком сверлении возникают проблемы с выводом стружки из обрабатываемого отверстия и подводом СОЖ. Неизбежны заклинивания.

2. Электронно-лучевым способом получают отверстия в не металлических (керамика и др.) и металлических материалах (сталях, никелевых и титановых сплавах и др.). Диаметр про­шиваемых отверстий зависит от толщины обрабатываемого материала.

Основные преимущества электронно-лучевой прошивки отверстий:

- высокая скорость обработки;

- отсутствие окисления ввиду того, что процесс происходит в вакууме;

- малая зона термического влияния и отсутствие микротрещин;

- малая конусность отверстий;

- широкая номенклатура обрабатываемых материалов.

Табл. 6-1.Технологические возможности электронно-лучевого прошивания отверстий

Толщина материала	0,05 ...5 мм
Диаметр отверстия	0,75 ... 1,0 мм, угол наклона 20 ... 90 °
Точность обработки	±0,025 м, погрешность расположения ±0,01 мм
Время обработки одного отверстия	0,1 ... 5,0 мс
Форма отверстия	коническое, цилиндрическое, колоколообразное
Скорость прошивки	1 ...2000отв/с
Достигаемое отношение глубины к диаметру	25:1
Обрабатываемые материалы	металлы и сплавы, неметаллы, включая керамику, кварц, сапфир и др.

3. Лазерная прошивка применяется для по­лучения отверстий диаметром от десятков микрометров до нескольких миллиметров, значительной глубины (до 50 диаметров), с высокой про­изводительностью и точностью, в любых металлах, сплавах и керамиках.

Лазерное «сверление» отверстий основано на расплавлении, испаре­нии и выбросе металла при воздействии сфокусированного лазерного луча с большой плотностью потока энергии. Диаметры отверстий, полученных лазером, в нижней части больше, чем в верхней, но круглые и хорошего качества независимо от мощности используемого лазера.

4. Электрохимическая прошивка.

При электрохимической прошивке электрод-иструмент (ЭИ) выполняется в виде металлической трубки (обычно из Nb, Ti, нержавеющей стали) с изо­лированной боковой поверхностью. Диаметр отверстий от 0,7 мм.

Для эффективного удаления про­дуктов электрохимических реакций из межэлектродного промежутка исполь­зуется прокачка электролита через тело электрода. Обработка ведется при плотности тока 60 ... 140 А/см2, относи­тельно больших значениях межэлектродного зазора (0,1 ... 0,3) и давле­нии электролита на входе 0,5 ... 10 МПа.

Достоинством электрохимической прошивки является:

- отсутствие ме­ханических и термических воздействий,

- хорошее качество поверхности,

- отсутствие износа ЭИ,

- отсутствие заусенцев и острых кромок после обработки.

К недостаткам относится:

- наводораживание поверхностного слоя от­верстия,

- низкая скорость обработки (0,5 ... 4,0 мм/мин),

- нестабильность протекания процесса вследствие неблагоприятных условий эвакуации продуктов электрохимической реакции,

- необходимость применения качественных кислостойких покрытий, обладающих хорошей адгезией к поверхности электрода инструмента, что является наиболее существенным техниче­ским ограничением при получении отверстий диаметром менее 1,0 мм.

5. Ультразвуковое «сверление» отверстий эффективно при обработке от­верстий диаметром от 0,2 мм, а также отверстий сложной формы в хрупких материалах (стекло, керамика и др.) и имеет сравни­тельно малую производительность.

Принцип процесса заключается в «выкалывании» частиц обрабаты­ваемого материала абразивными зернами, которые испытывают ударное воздействие вибрирующего с ультразвуковой частотой инструмента. Особенностью технологической схемы ультразвуковой обработки на прошивочных операциях является необходимость принудительного под­вода абразивной суспензии в зону обработки. Для исключения сколов на выходе инструмента из заготовки ее целесообразно приклеивать к стек­лянным прокладкам. Ультразвуковой обработкой можно получать отвер­стия.

6. Электроэрозионная прошивка применяется для получения отверстий диаметром от 0,2 мм в металлических заготовках и является одним из наибо­лее эффективных способов получения отверстий малого диаметра.

Инструментом является калиб­рованная проволока. Проволока подается в зону обработки через кон­дукторную втулку, изготавливаемую из износостойкого диэлектрическо­го материала. Электроду придается вращательное движение, которое уст­раняет овальность получаемого отверстия, вызванную искажением про­филя проволоки.

Недостатки метода:

- на точности отверстий сказыва­ются все дефекты проволоки (форма сечения, неравномерность диаметра по длине),

- при выполнении отверстий ма­лого диаметра и большой длины (L/d = 10 ... 15) жесткость проволоки уменьшается, что искажает профиль отверстия,

- необходимость вывода из обрабатываемого отверстия продуктов эрозии, образующихся при обработке, поскольку они снижают производительность и вызывают эро­зию поверхности отверстия, увеличивая его размер и конусность.

Производительность электроэрозионного сверления может быть уве­личена за счет орбитального движения электрода инструмента относи­тельно оси обрабатываемого отверстия, что способствует также сниже­нию конусности и дает возможность регулировать размер отверстия из­менением радиуса орбитального движения.

Для электроэрозионного прошивания от­верстий малого диаметра часто применяют специализированные станки, которые называют супердрелями.

Супердрели способны производительно прошивать отверстия с отношением глубины к диаметру до 200 : 1.

В качестве рабочих жидкостей используются дистиллированная вода и специальные составы на водной основе. Рабочая жидкость под дав­лением подается через отверстия в ЭИ и удаляет из отверстия частички шлама и образующиеся газы.

Благодаря оборудованию класса «Супердрель» появи­лась возможность выполнять в охлаждаемых лопатках турбины отверстия диамет­ром 0,2 ... 0,3 мм на глубину до 10 мм. Изготовление та­ких отверстий традицион­ными методами сопряжено с большими трудностями, а иногда вообще невозможно.