В каких случаях наличие макрорельефа на рабочих поверхностях изделия не вредит конструкции, а, напротив, помогает сократить износ деталей из-за трения? Если макрорельеф на поверхности заполнен смазывающими веществами. Именно такой метод борьбы с износом используется в высоконагруженных изделиях специального назначения, таких как строительная техника или оборудование для нефтедобычи. Зачастую маслоудерживающий рельеф в виде канавок наносится на поверхность используемых материалов с помощью специализированного алмазного или твердосплавного инструмента, что является экономически и технологически нерациональным. Ученые Пермского Политеха нашли способ обойти эти ограничения с помощью применения технологии электроэрозионной обработки с применением электродов полученных технологией 3D-печати. Работа выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
В статье, опубликованной в журнале «Materials» (№15, 2022г.), представлены результаты эксперимента ученых ПНИПУ по созданию текстурированных поверхностей с помощью отпечатанного на 3D-принтере электрода-инструмента.
Поскольку требуемый размер канавок минимален, для их нанесения необходим стержневой острозаточенный инструмент. Он подвержен интенсивному износу, образованию сколов на режущей части, что ведет к снижению точности требуемого рельефа. В результате применение такой технологи обходится довольно дорого и не позволяет создавать точный рисунок, тогда как его форма и глубина, сложность рельефа являются основными требованиями при создании маслоудерживающих канавок на поверхности ответственных изделий.
Используя метод послойного наложения, ученые Пермского Политеха создали металлический инструмент с требуемым рельефом торцевой поверхности. Для проведения эксперимента были изготовлены электроды разной формы. С их помощью ученым удалось перенести на выбранную поверхность заданный узор со сложной макро- и микрогеометрией.
— Полученные экспериментальные данные позволили нам обеспечить на обрабатываемой поверхности изделия маслоудерживающие канавки с развитой текстурой макро и микрогеометрии. Показано, что применение выращенного электрода позволяет не только обеспечить требуемый макрорельеф на малогабаритных участках рабочих поверхностей изделия, без применения лезвийного стержневого инструмента, но и создать микрорельеф внутри канавок, способствующий дополнительному эффекту удерживания смазывающего вещества. Так как технология электроэрозионной обработки позволяет обрабатывать токопроводящие материалы независимо от их физико-механических характеристик, то применение выращенных электродов-инструментов позволит существенным образом расширить технологические возможности данного процесса, — рассказал ведущий научный сотрудник Центра аддитивных технологий, доцент кафедры инновационных технологий машиностроения, кандидат технических наук Тимур Абляз.
Своим исследованием разработчики доказали, что произведенный методом послойного наложения электроинструмент эффективен для создания необходимой шероховатости. Это значит, что с его помощью можно улучшить водостойкость деталей и износостойкость поверхностей.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.