Обработка отверстий
advertisement
В производстве авиационных и ракетных двигателей сталкиваются с необходимостью получения круглых отверстий различного диаметра, формы, требований по точности и назначения. Отверстия могут быть глухими и сквозными, цилиндрическими, коническими, с образующей сложной формы, ступенчатыми, с канавками (под уплотнения, стопорные элементы и технологическими для выхода круга) и т.д. Обработка такого многообразия отверстий, требует разных подходов, использования широкой номенклатуры универсальных и специальных инструментов. Основными операциями обработки отверстий выполняемых на станках сверлильно-расточной группы являются: • Сверление, используемое для предварительного или окончательного получения отверстия в сплошном материале; • Зенкерование, применяется для увеличения размеров отверстия и исправления погрешностей формы и положения предварительно просверленных отверстий. Специальными зенкерами (зенковками, цековками, подрезками) выполняют обработку конических и ступенчатых элементов отверстий, например «потайных» винтов и болтов и торцевых поверхностей, прилегающих к отверстиям; • Растачивание, т.е. обработка отверстия резцами. Используется для получения отверстий сложной конструкции, имеющих ступени, фаски, канавки, элементы с криволинейной образующей. Кроме того, растачивание широко используют для обработки точных цилиндрических отверстий большого диаметра и систем отверстий с высокими требованиями по взаимному расположению; • Развертывание, применяют для получения точных цилиндрических или конических отверстий. Требуемая точность достигается многолезвийным инструментом – разверткой. Развертка представляет собой многозубый инструмент, изготовленный с высокой точностью, имеющий калибрующую часть; • Поверхностное пластическое деформирование (раскатывание, дорнование, выглаживание) используется для получения требуемых свойств поверхностного слоя (шероховатости, остаточных напряжений сжатия, степени и глубины упрочнения) и калибрования отверстий. Предварительное или окончательное получение отверстий в сплошном материале выполняется сверлами различной конструкции и назначения. Сверла относятся к осевому размерному инструменту. При выборе сверла руководствуются видом выполняемой операции и свойствами обрабатываемого материала. Сверла с двумя винтовыми канавками (спиральные) являются наиболее универсальными и применяются для обработки самых различных материалов. В зависимости от назначения они могут иметь различный угол наклона винтовой канавки. С его ростом увеличивается передний угол и тем самым облегчается процесс стружкообразования, однако уменьшается прочность сверла. Наиболее часто спиральные сверла имеют угол при вершине 2 = 118 и задний угол = 8…12. Их используют для обработки большинства конструкционных сталей. Для обработки мягких материалов рекомендуют сверла с 2 = 60…90 и = 12…15. Твердые и вязкие материалы обрабатывают сверлами с 2 = 135…150 и = 6…8. Уменьшение длин режущих кромок при сверлении такими сверлами позволяет уменьшить крутящий момент, силы трения и тепловыделение. Конструкции сверл: а – спиральное; б – спиральное с подачей СОЖ через тело инструмента; в, г – центровочные; д - с прямолинейными стружечными канавками; е – со сменными неперетачиваемыми пластинками (СНП); ж – кольцевого типа Для повышения эффективности работы спиральными сверлами используют подточка поперечной кромки, ленточек, двойную заточку главных режущих кромок и др. Традиционные спиральные сверла могут эффективно обрабатывать отверстия глубиной L < 3d. Для сверления отверстий большей глубины необходимо периодически выводить сверло из отверстия для удаления стружки. С увеличением глубины сверления усложняются условия работы сверла, ухудшается отвод теплоты, повышается трение стружки о стенки канавок инструмента, затрудняется подвод СОЖ к режущим кромкам. Это приводит к необходимости уменьшения скорости резания и подачи Относительная глубина отверстия, L/d Снижение скорости резания от номинальной, % Снижение подачи номинальной, % 3…4 5 5 4…5 10 10 5…6 30 20 6…8 30…40 20 Для повышения точности сверления (уменьшения смещения от оси) рекомендуется предварительно выполнять центровочные отверстия. Использование более коротких сверл способствует уменьшению увода инструмента за счет увеличения жесткости и увеличению стойкости инструмента. Сверла с подачей СОЖ через тело инструмента рекомендуют использовать для сверления отверстий с L > 3d. В этом случае подача СОЖ под давлением с требуемым расходом обеспечивает удаление стружки. При этом увеличивается производительность обработки. Для сверления отверстий в материалах с высокой твердостью HRC = 35….60 используют сверла с твердосплавными напаяными пластинами и коронками Спиральные сверла из быстрорежущих сталей обеспечивают обработку отверстий с точностью 11…13 квалитетов при шероховатости обработанной поверхности Rz = 40…80 мкм. Сверла с пластинами из твердых сплавов обеспечивают обработку отверстий с точностью 8…11 квалитетов при шероховатости Rz = 20…40 мкм. Режущие части сверл: а – спирального со сменной головкой из твердого сплава (фирма SECO); б - с тремя главными режущими кромками (фирмы GUHRING,INC.), в – с заточкой для обработки титановых сплавов (SECO), г – со сменными неперетачиваемыми пластинками (SANDVIK COROMANT); д – перового со сменными твердосплавными пластинками (STELLRAM) Сверла с прямолинейными стружечными канавками рекомендуют использовать для обработки листовых материалов, а также мягких материалов и пластиков. Поскольку нет спиральных канавок, отсутствует эффект «навинчивания» детали на сверло, приводящего к искажению профиля отверстия и деформации листового материала. Подобные сверла с твердосплавными пластинами и внутренним подводом СОЖ используют для обработки твердых материалов, при резании которых формируется стружка скалывания. Специальные спиральные сверла могут иметь три или четыре стружечных канавки. Они обычно используются для рассверливания отверстий и обеспечивают более высокие производительность, точность и качество поверхностного слоя, чем обычные спиральные сверла. Сверло с тремя главными режущими кромками Перовые сверла Элементы деталей, затрудняющие обработку сверлением Наличие элементов, препятствующих доступу инструмента, уклонов и скосов, приводящих к угловому входу и выходу сверла, наклонных, пересекающихся, близко расположенных и глубоких отверстий снижает технологичность деталей обрабатываемых сверлением . Сравнительно короткие спиральные сверла позволяет сверлить наклонные отверстия с углом 6…8 градусов на входе и 30 градусов на выходе. При обработке наклонных отверстий на входе и выходе сверла подачу снижают на 30…50%. Также поступают на участках пересечения с отверстиями. Для обработки наклонных отверстий приходится вводить дополнительные операции или переходы фрезерования и зацентровки участков входа сверла. Иногда проблему сверления наклонных отверстий решают использованием кондукторных втулок. При обработке параллельных близкорасположенных отверстий, чтобы избежать их смыкания приходится использовать дополнительные операции зенкерования или растачивания. Сверла с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин (МНП) из твердых сплавов выполняются с прямыми или винтовыми канавками и, как правило, имеют в теле инструмента отверстия для подачи СОЖ в зону резания. Такие сверла предназначены для производительной обработки отверстий с глубиной от 2 до 7 диаметров. Различные фирмы изготавливают сверла с МНП диаметрами от 12 до 80 мм, имеющие одну (для малых диаметров) или несколько пластин различной формы и размеров. В отличие от сверл с симметричным расположением главных режущих кромок сверла с МНП оснащаются разными по форме несимметрично расположенными пластинами, имеющими стружколомающие канавки. Наиболее распространены сверла с двумя пластинами одна из которых, располагается ближе к периферии инструмента, а другая – к центру, а для сверл больших диаметров используется несколько пластин, заполняющих промежуток между крайними. Схемы формирования отверстий при обработке сверлами с МНП: 1 – периферийная пластина; 2 – задняя пластина; а – при обработке сверлом с одной пластиной типа «ломаный треугольник»; б – с двумя квадратными пластинами; в – с двумя пластинами типа «ломаный треугольник»; г – с пластинами специальной формы; д – расположение пластин Чтобы уравновесить радиальные силы резания пластины располагают таким образом, чтобы результирующие силы на каждом пере были параллельны и равны по величине. Сверла с МНП отличаются высокой жесткостью и позволяют выполнять обработку со скоростями резания до 150 м/мин (для сталей) и подачах в три раза превышающие подачи для спиральных сверл. В тоже время сверление инструментом с МНП требует предварительных экспериментальных работ по оптимизации режимов обработки данного материала для обеспечения условий образования и вывода стружки из отверстия. В зависимости от условий обработки шероховатость поверхностей отверстий составляет Ra = 1,25…3,2 мкм. Точность обработки отверстий сверлами с МНП без предварительной настройки на размер составляет 0,4 мм. Она может быть существенно повышена (до значений 0,05…0,07 мм) смещением оси сверла от оси вращения в процессе предварительной настройки. Смещение сверла от оси вращения выполняют в сторону периферийной пластины, что позволяет получать отверстия несколько большего диаметра, чем диаметр сверла. Максимальная величина смещения зависит от диаметра и конструкции сверла и находится в пределах 0,5…3 мм. Для работы со смещением сверла, последний устанавливают в специальный регулируемый патрон Обработка сверлами с МНП выполняется с подачей СОЖ через корпус сверла под давлением 0,2…0,4 МПА. Основной функцией СОЖ в данном случае является удаление стружки. Для улучшения условий удаления стружки, корпуса некоторых сверл изготавливаются с винтовыми стружечными канавками. Без внутренней подачи СОЖ сверление возможно на глубину, не превышающую одного диаметра из-за возрастания опасности «пакетирования», т.е. забивания канавок стружкой, что может привести к повреждению корпуса и пластин. Технологические центровые отверстия, широко применяемые для установки деталей типа валов на токарных и шлифовальных станках, а также для направления сверла, получают специальными центровыми сверлами. Наибольшее распространение получили центровые отверстия с углом конуса 60 и 90 градусов. Для того чтобы вершина центра не упиралась в заготовку, в центровых отверстиях выполняют цилиндрические углубления диаметром d. Для защиты от повреждений центровые отверстия многократного использования выполняют с предохранительной фаской под углом 120 градусов. Центровые отверстия диаметром 1,5…5 мм обрабатывают комбинированными центровыми сверлами, а центровые отверстия больших размеров получают сначала цилиндрическим сверлом, а затем зенковкой. Сверла кольцевого сверления, которые называют также трепанирующими или пустотелыми, обычно используют для сверления отверстий большого диаметра. Процесс кольцевого сверления иногда называют ротационным протягиванием. Кольцевые сверла в зависимости от назначения и глубины сверления выполняют цельными, с припаянными пластинками твердого сплава или со сменными неперетачиваемыми пластинками. Для улучшения условий удаления стружки на некоторых конструкциях сверл предусматривают винтовые канавки. Особенностями кольцевого сверления являются: • Образование диска (стержня) внутри сверла. Для удаления стержня иногда используют специальные подпружиненные выталкиватели. Геометрия инструмента проектируется таким образом, чтобы стержень свободно удалялся из сверла без повреждения режущих кромок; • Значительно более высокая стойкость инструмента, обусловленная большим количеством режущих кромок и меньшей нагрузкой на них; • Отсутствие поперечной режущей кромки и, как следствие, резкое снижение осевой силы; • Кольцевое сверление в основном используется как черновая операция после, которой выполняют растачивание или развертывание отверстия. Некоторые фирмы, например SANDVIK COROMANT выпускают кольцевые сверла с неперетачиваемыми пластинками, используемые для сверления отверстий диаметром 60…110 мм на глубину до 2,5 d. Для сверления конструкционных керамик, стекла и других твердых материалов используют алмазные кольцевые сверла, имеющие на рабочей части слой с алмазами или кубическим нитридом бора. При обработке такими сверлами СОЖ подается через корпус. Кольцевые алмазные сверла Сверла различной конструкции Для эффективного сверления отверстий необходимо назначить оптимальные режимы резания, обеспечивающие требуемую стойкость инструмента, условия вывода стружки, минимизацию увода сверла. При назначении режима резания учитывают: жесткость технологической системы, тип, размеры и форму заточки инструмента, вид инструментального материала, условия подачи СОЖ и др. Подача SO при обработке стандартными спиральными сверлами назначается в зависимости от диаметра инструмента и корректируется в соответствии с конкретными условиями обработки по формуле: S O ST K SL K SЖ K SМ K SИ где ST - табличное значение подачи; KSL , KSЖ , KSМ, KSИ - коэффициенты учитывающие глубину сверления, жесткость технологической системы, обрабатываемый материал и материал инструмента соответственно. Диаметр сверла, мм 2,0 Табличное значение подачи, мм/об 0,04 Диаметр сверла, мм 10,0 Табличное значение подачи, мм/об 0,25 3,0 4,0 5,0 0,06 0,08 0,12 12,0 16,0 20,0 0,28 0,34 0,40 6,0 8,0 0,16 0,20 25,0 30,0 0,44 0,5 Расчет скорости резания выполняют по формулам вида: CV D p V m x T S где D – диаметр сверла; T – стойкость инструмента; СV, p, m, x – эмпирические коэффициенты. Производители режущего инструмента обычно приводят рекомендации по назначению режимов обработки для конкретных инструментов и групп обрабатываемых материалов Зенкеры представляют собой инструменты, применяемые для увеличения диаметров отверстий с целью повышения их точности и снижения шероховатости. Зенкерование цилиндрическими зенкерами обычно применяют для обработки отверстий после сверления с целью исправления погрешностей связанных с уводом сверла (зенкер значительно более жесткий инструмент), обеспечения круглости и необходимой шероховатости поверхности. Кроме того, зенкерами обрабатывают также отверстия, полученные прошивкой при штамповке, и литье. Припуск под зенкерование предварительно просверленного отверстия составляет 0,5…3 мм на сторону. Зенкер выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, заданной точности обработки, вида (сквозное, ступенчатое, глухое) и диаметра отверстия. Традиционные спиральные цилиндрические зенкеры имеют три или более стружечных канавок. Подача при зенкеровании в 2,5…3 раза превышает подачу при сверлении. Зенкерование может быть как предварительной (перед развертыванием), так и окончательной операцией. Для обработки материалов с в > 750 МПа применяют зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава. Скорость резания твердосплавных зенкеров в 2…3 раза больше, чем зенкеров из быстрорежущей стали. При обработке высокопрочных материалов и литья по корке скорость резания твердосплавных зенкеров уменьшают на 20…30%. Экономическая точность обработки зенкерами – 8… 10 квалитет. Шероховатость обработанной поверхности Rz = 20…40 мкм. Глубина резания t при зенкеровании находится как: t D d 2 где D – диаметр зенкера; d – диаметр предварительно полученного отверстия. Подача на один зуб зенкера Sz составляет: So SZ Z где Z — число зубьев зенкера. Операции выполняемые зенкерами: а – зенкерование цилиндрическим зенкером; б – цекование; в – зенкование; г - подрезка Специальные зенкеры используются для получения отверстий заданного профиля и для обработки торцовых поверхностей. Зенкеры служащие для получения ступенчатых отверстий, например для болтов «в потай», называют цековками. Конические зенкеры (зенковки) применяют для обработки конических отверстий под головки винтов, центровых отверстий и снятия фасок. Обработку торцевых поверхностей прилежащих к отверстию выполняют подрезками. Зенкеры: а, в – цилиндрические; б – зенковка; г – цековка со сменными направляющими вставками Зенковки Развертывание используют для предварительной и окончательной обработки отверстий с полями допусков по 6...9 квалитетам и параметром шероховатости 2,5...0,32 мкм. Главным достоинством развертывания является возможность гарантированного получения точных отверстий при высокой производительности. Для получения точных отверстий производят последовательную обработку тремя инструментами: сверлом, зенкером и разверткой. Сверлением получают исходное отверстие, причем из-за малой жесткости сверла обычно наблюдается увод оси отверстия. Зенкер имеет большее количество режущих кромок и обладает значительно большей жесткостью, чем сверло. Это позволяет устранить увод оси отверстия возникший при сверлении. Окончательный размер, форму и шероховатость поверхности отверстие получает после развертывания. Развертки: а, б цилиндрические ручные с прямым и винтовым зубом; в – цилиндрическая машинная; г – коническая; д – насадная с твердосплавными паяными пластинами на режущей части; е - с твердосплавными паяными пластинами; ж – для развертывания отверстий в листовом материале По способу применения различают машинные и ручные развертки. Ручными цилиндрическими развертками с прямыми и винтовыми зубьями используя специальные воротки, обрабатывают отверстия диаметром 2…50 мм. Машинными развертками с цилиндрическим или коническим хвостовиком получают отверстия диаметром 5…300 мм. Развертки большого диаметра обычно изготавливают сборными с вставными регулируемыми ножами. Припуск под развертывание обычно не превышает 5% от диаметра обрабатываемого отверстия. Развертка в процессе обработки самостоятельно центрируется по оси отверстия за счет наличия заборного конуса с малым углом . Некоторые конструкции разверток должны иметь точное направление. Иногда их направляют кондукторными втулками. Последовательность обработки конического отверстия: а – ступенчатым зенкером; б разверткой с прерывистыми режущими кромками; в - конической разверткой В зависимости от требуемой точности отверстие обрабатывают одной (8…9 квалитет) или последовательно двумя развертками (6…7 квалитет). При предварительном развертывании удаляется большая часть припуска на обработку. Конические отверстия получают с использованием комплектов конических зенкеров и разверток. При этом сначала сверлится исходное отверстие, которое затем последовательно обрабатывается ступенчатым зенкером, разверткой с прерывистыми режущими кромками и конической разверткой. Регулируемая развертка конструкции фирмы SECO: 1 – режущая пластина; 2 – зажим; 3 – зажимной винт; 4 – опорные пластины; 5 – регулировочный винт; 6 - шарик Для обработки отверстий могут использоваться однозубые развертки с регулируемым положением режущей пластины (ножа). Они позволяют получать отверстия с разным расположением полей допусков. Развертка имеет твердосплавные опорные пластины, зажимы, по два винта для регулирования положения ножа и его закрепления. Такие развертки применяют для обработки отверстий диаметром 6…60 мм. Установка ножа выполняется в специальном приспособлении по индикаторам. Регулируемые однолезвийные развертки Ступенчатое сверло Для повышения производительности обработки ступенчатых и сложнопрофильных отверстий используют комбинированный инструмент (ступенчатые сверла, сверла-зенковки, ступенчатые зенкеры и развертки и др.). Комбинированный инструмент фирмы MELCUT Комбинированный инструмент целесообразно использовать при необходимости обработки большого количества однотипных отверстий. Конструкции комбинированных инструментов фирмы SECO Схемы обработки отверстий комбинированными зенкерами: а – зенкование отверстия и подрезка торца; б – формирование ступенчатых отверстий с фасками; в – обработка сложнопрофильных отверстий Комбинированный инструмент сложнопрофильный зенкерразвертка Режущая кромка для снятия фаски, устанавливаемая в корпус сверла Комбинированный инструмент для обработки с обратной стороны отверстия Режущая кромка Инструмент для удаления заусенцев (снятия фасок) с обоих сторон отверстия Обработка отверстий по кондукторам. Применение кондукторных втулок для сверления (а), упраздняет операции разметки и предварительного центрования, повышает точность обработки (уменьшает увод сверла и разбивку обрабатываемых отверстий), дает возможность сверления наклонных отверстий (б) без дополнительных операций подготовки входного торца. На точность сверления отдельного отверстия влияют величина зазора между втулкой и инструментом, длина направляющей части втулки, расстояние от нижнего торца втулки до заготовки и глубина сверления. Точность обработки систем отверстий дополнительно зависит от точности взаимного расположения осей кондукторных втулок на кондукторной плите. При выполнении операций зенкерования кондукторная втулка может располагаться позади обрабатываемого отверстия (в) Вертикальносверлильный (а), радиальносверлильный (б) и сверлильный с ЧПУ (в) станки Операции обработки отверстий выполняют на универсальных станках токарной, сверлильно-расточной и фрезерной групп, специализированных станках и обрабатывающих центрах. На вертикально-сверлильных и радиально-сверлильных станках операции сверления выполняют по предварительной разметке или на приспособлениях называемых кондукторами. Сверлильные станки с ЧПУ предназначены для обработки систем отверстий инструментами одного или разных диаметров. Глубокими называют отверстия, у которых длина в 5 и более раз превышает диаметр. Сверление глубоких отверстий представляет значительные трудности, связанные с уводом оси отверстия, сложностью охлаждения сверла и вывода стружки. Оно может выполняться: • с вращением сверла и его подачей; • с вращением детали и подачей сверла; • с вращением детали и сверла в противоположных направлениях. Основным недостатком первого метода является увод сверла, который может быть вызван несимметричной заточкой режущих кромок, неоднородностью обрабатываемого материала и другими причинами. Для вывода стружки, во избежание поломки сверла, приходится периодически выводить инструмент из отверстия, что снижает производительность. Существенного уменьшения увода сверла можно достигнуть сверлением на горизонтально-сверлильных станках, когда вращается деталь, а подача осуществляется сверлом. Еще меньший увод оси наблюдается при сверлении глубоких отверстий с одновременным вращением инструмента и детали в противоположных направлениях. Специальные методы (системы) глубокого сверления используют для получения отверстий диаметром более 10D. Для сверления глубоких отверстий используются сверла специальной конструкции, схемы обработки обеспечивающие дробление стружки, внутреннее охлаждение и удаление последней потоком охлаждающей жидкости. Выбор того или иного инструмента и системы сверления зависит от диаметра и глубины обрабатываемого отверстия. Отверстия глубиной до 100D получают тремя основными методами: • ружейными сверлами; • эжекторными сверлами; • сверлами системы STS (BTA). Сверление ружейными сверлами производится с внутренним подводом охлаждающей жидкости и наружным отводом стружки. Охлаждающая жидкость подается под высоким давлением, что обеспечивает требуемую эффективность охлаждения и отвод стружки вдоль V-образной канавки. Ружейные сверла с цельными твердосплавными головками выпускают диаметром от 1 до 6 мм для обработки отверстий глубиной до 40D. Сверла с припаяными твердосплавными пластинами обычно имеют диаметры 6…25 мм при длине 35D. Ружейные сверла со сменными неперетачиваемыми пластинами имеют 20…40 мм при длине до 35D, и 40…90 мм при максимальной глубине сверления до 1000 мм. Ружейные сверла обычно используются для обработки отверстий диаметром от 3-х до 20 мм. Они имеют длины от 250 до 1500 мм. lmax = 400 мм для сверл 3…4,2 мм lmax = 800 мм для сверл 4,2…6,7 мм lmax = 1400 мм для сверл 6,7…20 мм Ружейное сверло и один из видов его заточки: 1 – головка из твердого сплава; 2 - головка с пластиной твердого сплава; 3 – стебель; 4 – хвостовик Ружейное сверло состоит из сверлильной головки, имеющей твердосплавные режущие и направляющие пластины, или целиком изготавливаемой из твердого сплава, стебля и хвостовика. Охлаждающая жидкость подается по каналу в стебле. Схема сверления глубокого отверстия ружейным сверлом Сверление производят с использованием кондукторной втулки, которая направляет сверло в начальной стадии обработки. Втулка должна быть точно выверена относительно оси шпинделя станка (не допускается биение более 0,02 мм). Диаметр кондукторной втулки должен быть на 0,005 мм больше диаметра сверла. Втулки изготавливаются из закаленных сталей или твердых сплавов. Иногда, например, при обработке на станках с ЧПУ с автоматической сменой инструмента, направление ружейного сверла обеспечивают предварительной обработкой точного входного отверстия. Рекомендуемые значения осевой подачи в зависимости от диаметра сверла: 1 – чугун; 2 – алюминиевые сплавы; 3 – стали с в < 700 МПа; 4 – стали с 700 <в < 900 МПа; 5 – титановые сплавы; 6 – аустенитные нержавеющие стали; 7 – жаропрочные стали и никелевые сплавы Режимы резания назначаются исходя из свойств обрабатываемого материала. Величина осевой подачи назначается в зависимости от глубины обрабатываемого отверстия и требуемой точности обработки. Чем больше глубина отверстия и выше требования по точности, тем меньше назначаемая подача. Рекомендуемые значения подачи для обработки различных материалов приведены на рисунке, а значения скорости резания в таблице. Ружейные сверла позволяют обрабатывать отверстия с точностью по IT9 с шероховатостью Ra = 1,25… 2,5 мкм. На рисунке приведены значения прямолинейности оси и увода ружейных сверл в зависимости от глубины обрабатываемого отверстия. Для повышения качества обработки используют ружейные развертки. Прямолинейность оси отверстия (а) и величина увода сверла (б) в зависимости от глубины обработки; 1 – вращается сверло, деталь неподвижна; 2 – вращаются деталь и сверло (по данным фирмы BOTEK) Схема сверления глубокого отверстия ружейным сверлом Для обработки глубоких отверстий получили распространения системы с отводом стружки через внутреннюю полость инструмента . Отверстия диаметром от 20 до 65 мм могут обрабатываться эжекторными сверлами. Эти сверла обеспечивают производительность в среднем в пять раз большую, чем спиральные при точности обработки IT10 и шероховатости Rz = 10 мкм. Сверление отверстий с отводом стружки через внутреннюю полость инструмента по эжекторной системе (а) и системе STS (б): 1 – заготовка; 2 – кондукторная втулка; 3 – подвод СОЖ; 4 – вывод стружки Эжекторное сверло состоит из стебля, внутреннего трубопровода, и сменной, оснащенной твердосплавными пластинами сверлильной головки. Конструкции эжекторных сверл (а), сверл STS (б) и расположение режущих пластин (в) Сверлильная головка обеспечивает образование стружки удобной формы. Это достигается ее разделением при обработке тремя режущими кромками, расположенными таким образом, чтобы срезание слоев металла производилось в шахматном порядке. На передних поверхностях сверла располагают стружколоматели. Радиальные силы, возникающие при резании, воспринимаются двумя опорными пластинами на цилиндрической образующей головки. Охлаждающая жидкость подается в зону резания по кольцевому каналу, образованному стеблем сверла и внутренним трубопроводом. Большая часть СОЖ нагнетается через отверстия в сверлильной головке в зону резания для смазки и охлаждения направляющих и режущих пластин. Остальная жидкость подается через сопла во внутреннем трубопроводе и направляется в обратном направлении к выходу. Это приводит к образованию эжекторного эффекта, т.е. во внутренней трубе образуется перепад давления, в результате чего жидкость, направленная на смазку и охлаждение, вместе со стружкой всасывается во внутренний трубопровод и направляется к выходу. Сверла, работающие по системе STS (single tube system), имеют конструкцию аналогичную эжекторным, однако отсутствует внутренний трубопровод. Охлаждающая жидкость под давлением нагнетается в зазор между стеблем сверла и обработанной поверхностью, обеспечивая отвод стружки и использованной СОЖ через канал в стебле сверла Схема сверления отверстия сверлом, работающим по системе STS: 1 - сверло; 2 – заготовка; 3 – уплотнение; 4 – кондукторная втулка; 5 – вход охлаждающей жидкости; 6 – выход жидкости со стружкой; 7 – направляющая втулка; 8 – устройство для крепления сверла; 9 – устройство, обеспечивающее работу сверла на выходе Режимы обработки эжекторными сверлами и сверлами STS зависят от конструкции инструмента, диаметра обрабатываемого отверстия и материала заготовки. Дополнительно к значениям осевой подачи и скорости резания задаются значения давления и расхода СОЖ. Значения осевой подачи обычно значительно выше, чем при обработке ружейными сверлами. Например, при сверлении отверстий диаметром 20…30 мм в титановых сплавах скорость резания составляет 30…50 м/мин при осевой подаче 0,16…0,22 мм/об. 18…65 мм 30…65 мм Схема сверления отверстия сверлом, работающим по эжекторной системе Схема сверления отверстия сверлом, работающим по системе STS Для повышения точности обработки глубоких отверстий могут использоваться специальные головки для развертывания и раскатывания отверстий, устанавливаемые аналогично или вместо головок для сверления. Головки для обработки глубоких отверстий: а – системы STS; б -эжекторного сверления; в – развертывания; г - раскатывания Для сверления глубоких отверстий используют также специальные сверлильные головки с неперетачиваемыми сменными пластинами. Они предназначены для получения отверстий диаметром 40…270 мм. Направление инструмента в отверстии обеспечивает центральное сверло. СОЖ под давлением подается через тело штока и корпус головки. Головки для глубокого сверления с неперетачиваемыми пластинами и направляющим сверлом фирмы Kennametal Головки для глубокого сверления с неперетачиваемыми пластинами и направляющим сверлом фирмы Kennametal Эффективность глубокого сверления в значительной степени зависит от условий стружкообразования. Длинная толстая и широкая стружка может привести к забиванию выводящих каналов. Форма и размеры стружки зависят от обрабатываемого материала, геометрии инструмента, скорости резания, осевой подачи и их соотношения, СОЖ и некоторых других факторов. Условия, обеспечивающие оптимальные размеры стружки часто определяют опытным путем, изменяя параметры обработки. В авиадвигателестроении широко используется технология вибросверления, которая заключается в наложении на инструмент или деталь дополнительных осевых колебаний низкой частоты, обеспечивающих гарантированное дробление стружки и отвод ее из зоны обработки потоками СОЖ. При вибрационной обработке отверстий режущие кромки инструмента получают сложную траекторию перемещения (вращение относительно оси с осевым перемещением). Очевидно, что при таком характере перемещения режущих кромок, форма образующейся стружки и ее размеры определяются: • соотношением частот осевых вибраций f и вращения инструмента nи; k = f / nи • амплитудой вибраций А. Необходимым условием для разделения стружки является превышение амплитудой значения осевой подачи приходящейся на режущую кромку Sz. Достаточным условием разделения стружки является не кратность значений f и nи , т.е. не целое значение величины k. Иначе при работе одной режущей кромки или четном значении k при работе двумя режущими кромками, может не происходить разделения стружки. Например, стружка будет иметь постоянную толщину по сечению, хотя и будет зигзагообразной; • числом режущих кромок; • сдвигом фаз между следами предыдущего и последующего проходов режущей кромки инструмента. Величина определяет форму сечения срезаемого слоя Дно отверстия при вибросверлении Характер формирования стружки при вибросверлении в зависимости от сдвига фаз предыдущего и последующего проходов (развертка следов предыдущего и последующего проходов инструмента при резании с вибрациями) Допустимая величина амплитуды вибраций ограничивается величиной статического значения заднего угла режущей части инструмента. Очевидно, что с увеличением амплитуды кинематический задний угол (т.е. угол между задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью) будет уменьшаться. При значениях заднего угла меньших нуля, резание становится невозможным. Особенности работы режущего инструмента при виброобработке накладывают свой отпечаток на геометрию его режущей части. Для вибрационной обработки отверстий применяются различные конструкции инструментов (с внутренним, наружным и эжекторным подводом СОЖ). Однако, для повышения эффективности обработки целесообразно использовать специальные конструкции инструментов (вибросверла, виброзенкеры и виброразвертки), геометрия которых адаптирована к условиям вибрационного резания. Эти инструменты выполняются с внутренним подводом СОЖ и отличаются повышенной жесткостью благодаря уменьшению сечения стружкоотводящих канавок. В качестве инструментального материала для вибросверления широко используются твердые сплавы, в частности, ВК8ОМ, ВК10ОМ, ВК15 и др. Двухкромочное (перовое) сверло для вибросверления Однолезвийная виброразвертка для обработки сквозных отверстий Инструмент для виброобработки отверстий Зенкер с дополнительными опорами для виброобработки глубоких отверстий Реализация технологии вибрационной обработки отверстий возможна на специализированном или модернизированном универсальном оборудовании с системой подачи СОЖ под давлением. Схема станка для вибросверления: 1 – приспособление для установки заготовки; 2 – инструмент; 3 цанговый патрон; 4 подшипники качения; 5 – шкив; 6 – устройство подачи СОЖ; 7 – шпиндель; 8 – гидроцилиндр; 9 – поршень; 10 – гильза; 11золотник; 12 – пружина; 13 – эксцентрик; 14 – планка; 15 – сверлильная бабка; 16 – направляющие; 17 - станина Заготовка 1 устанавливается на столе станка. Режущий инструмент 2 закрепляется в цанговом патроне 3. Его вращение выполняется в подшипниках качения 4 от шкива 5. Подача СОЖ в зону обработки осуществляется через устройство 6, отверстия в штоке и сверле. Вибрации инструмента производятся гидравлическим вибратором, в состав которого входят распределитель (золотник 11 и гильза 10), гидроцилиндр 8 и поршень 9. Рабочая жидкость от гидравлической системы к распределителю и от распределителя к гидроцилиндру поступает через систему отверстий. Величина амплитуды вибраций инструмента зависит от эксцентриситета эксцентрика 13, при вращении которого производится возвратно-поступательное движение золотника 11. Это движение сопровождается открытием магистралей подачи рабочей жидкости попеременно в правую и левую полости гидроцилиндра 8, что приводит к колебательному движению поршня 9, а, следовательно, и режущего инструмента 1. Для обеспечения точности величины амплитуды и плавности перемещений, предусмотрена жесткая обратная связь, реализуемая посредством планки 14, механически связывающей поршень 9 с гильзой распределителя 10. В этом случае, при перемещении поршня 9 одновременно производится и перемещение гильзы 10, что позволяет сохранять постоянное проходное сечение у отсечных кромок золотника 11 и избежать колебаний расхода и давления в гидроцилиндре, которые могли бы нарушить стабильность колебательного процесса. Вибрационная обработка глубоких отверстий наиболее эффективна для труднообрабатываемых материалов (вязких, жаропрочных, коррозийно-стойких, теплостойких сталей и сплавов на никелевой и титановой основах). Вибрационная обработка обеспечивает высокопроизводительную и качественную доработку отверстий, предварительно полученных методами литья, штамповки и т. д. (в том числе по корке), исправляет (уменьшает) увод оси предварительно полученного отверстия. Возможный диапазон применения технологии вибрационной обработки отверстий - отверстия диаметром от 2 до 100 мм и более, глубиной до 100 диаметров. Отверстия могут быть различной формы: сквозные и глухие, гладкие и ступенчатые. Основной областью использования вибросверления для деталей ГТД и агрегатов, является получение отверстий в форсунках, золотниках, втулках, патрубках, дисках турбин, валах и других деталях. Для выполнения операций глубокого сверления используют специализированные одно - и многошпиндельные станки различных габаритов. Иногда глубокое сверление выполняют на универсальных станках и обрабатывающих центрах. Станки для глубокого сверления Способ обработки отверстия Квалитет точности Шероховатость Rz, мкм Сверление спиральными сверлами: - классов точности В1 и В (нормальная) 13…15 25…40 - класса точности А1 (повышенная) 11…12 16…25 Обработка сверлами с внутренним подводом СОЖ Обработка сверлами с внутренним отводом стружки (ВТА) 7…9 1…16 7…10 1…16 Обработка сверлами с внутренним эжекторным отводом стружки 9…10 1…16 Зенкерование 8…10 10…25 Развертывание 7…9 1…16
