Обработка глубоких отверстий

«Обработка глубоких отверстий»

 

Студент группы Е292

Лебедянцев К.В.

Руководитель

Яковлев П.Д.

 
 
 

Санкт-Петербург, 2014

Содержание

 

1. Введение

. Особенности обработки  глубоких отверстий, современные  способы и инструменты

. Методы получения глубоких  отверстий

.1 Разновидности глубокого  сверления, их характеристика и  область применения

.2 Разновидности глубокого  растачивания, их характеристика  и область применения

.3 Зенкерование глубоких  отверстий

.4 Хонингование глубоких  отверстий

.5 Дефекты отверстия, образующиеся  при глубоком сверлении и растачивании

. Причины возникновения  дефектов при обработке глубоких  отверстий и пути их устранения 

.1 Виды вибраций, причины  возникновения и пути снижения  её интенсивности

.2 Причины увода и непрямолинейности. Управление уводом при обработке глубоких отверстий малых диметров

.3 Образование и пути  уменьшения огранки поверхности  отверстия при обработке глубоких  отверстий

 

1. Введение

В настоящее время наблюдается существенное увеличение объема работ по обработке глубоких отверстий, к которым часто предъявляются высокие требования по точности и качеству обработанной поверхности.

Обработка глубоких и точных отверстий весьма трудоёмка и требует, как правило, применения специальных станков и инструментов. Проблема обработки глубоких отверстий представляет большой интерес для многих отраслей машиностроения. Из них можно отметить производство гидроаппаратуры, пневмоаппаратуры, энергетическое машиностроение, двигателестроение, авиастроение.

Для решения проблем возникающих при обработке глубоких отверстий была создана международная ассоциация по сверлению и трепанированию (кольцевому сверлению) глубоких отверстий - БТА (BTA, Boring and Trepaning Association).

Обобщив мировой опыт обработки глубоких отверстий, БТА проделала огромную работу по совершенствованию технологии и разработке системы инструментов и специальных металлорежущих станков для этих целей. При этом за основу был взят патент Байснера (Германия, 1942 г.) на сверлильную головку одностороннего резания с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки. Эти головки были в значительной мере усовершенствованы, и на их принципе разработан комплекс инструментов для сплошного и кольцевого сверления, рассверливания, расточки и развертывания, известных в настоящее время под названием инструментов БТА, а принципу подвода СОЖ и отвода стружки присвоено название «способ БТА».

Отличительными особенностями современных способов и инструментов для обработки глубоких отверстий являются: широкое использование принципа самобазирования инструментов в процессе резания с опорой на обработанную поверхность, оснащение режущих и направляющих частей инструментов твердым сплавом применение высоконапорной прокачки больших количеств СОЖ через зону резания с целью эффективного отвода тепла и принудительного удаления стружки из отверстия.

Инструменты одностороннего резания (имеющие односторонне направленную неуравновешенную радиальную силу), которым присущи эти особенности, осуществляют не только процесс резания, но и пластическое деформирование микронеровностей на поверхности отверстии, т. е. по сути дела являются комбинированными инструментами. Благодаря этому наряду с высокой точностью обработки (обеспечиваемой использованием принципа самобазирования) удалось значительно повысить производительность не только за счет повышения режимов резания, но и за счет сокращения числа операций при обработке глубоких точных отверстий с высокими требованиями по качеству поверхности.

Применение твердых сплавов стало возможным также благодаря использованию принципа самобазирования, обеспечившего более жесткое положение инструмента в процессе обработки и это в свою очередь дало возможность обрабатывать на достаточно высоких режимах резания не только обычные конструкционные материалы, но и труднообрабатываемые высоколегированные стали и сплавы, доля применения которых в современном машиностроении постоянно увеличивается. Применявшиеся ранее инструменты из быстрорежущих сталей имели очень низкую стойкость, а зачастую

просто не были пригодны для этих целей.

Достижения в области технологии обработки глубоких отверстии привели к тому, что эти способы и инструменты оказались экономически выгодными и при обработке неглубоких отверстий.

О высокой надежности этих инструментов и стабильности, достигаемых ими результатов свидетельствует факт применения их на современных станках-автоматах, станках с ЧПУ и в автоматических линиях.

Наряду с этим простые по своей конструкции инструменты оказались весьма чувствительными к условиям эксплуатации. Они могут обеспечивать получение наивысших показателей по точности и производительности только при оптимальных режимах резания и подачи СОЖ, высокой точности, жесткости и достаточной мощности станков, использовании оптимальных по составу СОЖ и при рациональной геометрии заточки, обеспечивающей получение транспортабельной стружки, высокую стойкость и прочность режущих кромок.

 

2. Особенности обработки  глубоких отверстий, современные  способы и инструменты

 

Термин «глубокие отверстия» в технической литературе не имеет четкого определения. Чаще всего к ним относят отверстия, глубина которых свыше семи диаметров (L>7D). В некоторых публикациях рекомендуется способы и инструменты для обработки глубоких отверстий использовать для отверстий, начиная с глубины L=4D. Объясняется это тем, что при сверлении спиральными сверлами уже с этой глубины возникают затруднения с удалением стружки и подводом СОЖ в зону резания, вызывающие резкие скачки сил резания, вибрации и снижение стойкости сверл и точности отверстий.

Высокая эффективность инструментов для обработки глубоких отверстий, несмотря на их большую стоимость, обусловливает экономическую целесообразность их применения, начиная с этой глубины и даже меньшей.

Трудности при обработке глубоких отверстий, особенно с повышенными требованиями по точности и шероховатости поверхности, связаны не только с ухудшением условий отвода стружки и подвода СОЖ, но главным образом с малой жесткостью инструмента, которая прогрессивно снижается с ростом глубины и уменьшением диаметра отверстий. По этой причине возникают вибрации, снижающие стойкость инструмента, точность и качество поверхности отверстий.

Из-за малой жесткости консольно закрепляемых инструментов имеют место следующие виды погрешностей обработки отверстий: увод или искривление оси; разбивка по диаметру; некруглость в поперечном сечении, часто в виде овальности или огранки; нецилиндричность в продольном сечении в виде конусообразности, бочкообразности или седлообразности; большая высота микронеровностей поверхности, царапины, задиры.

Величина этих погрешностей зависит от многих факторов, главные из которых: жесткость инструмента и способ его базирования в начальный момент и в процессе обработки; принятая кинематика движения инструмента и заготовки; разнотвердость и физико-механические свойства материала заготовки; параметры режима обработки (подача, частота вращения); точность и жесткость станка, наличие люнетов, виброгасителей и других устройств; износ режущих кромок и направляющих элементов инструмента.

Так как увеличение жесткости инструмента путем повышения моментов сопротивления кручению и изгибу его рабочей части ограничено диаметром и глубиной отверстия, наиболее эффективным способом, позволяющим свести до минимума изгиб его оси, оказался способ базирования инструмента с опорой на стенки отверстий. С этой целью в инструменте предусматривается такое расположение режущих ножей, когда заведомо создается радиальная неуравновешенная составляющая силы резания, прижимающая его корпус через направляющие элементы (планки) к поверхности отверстия, обработанной впереди идущими ножами.

Инструменты, работающие по такому принципу, называются в литературе инструментами одностороннего резания. Кроме повышения точности обработки отверстий они позволяют значительно уменьшить шероховатость поверхности за счет выглаживающего действия направляющих.

Большое влияние на увод оси отверстия оказывает отклонение оси инструмента в начальный момент обработки. Так как инструменты одностороннего резания могут работать только с применением кондукторных втулок, опыт их эксплуатации показал, что зазор между инструментом и втулкой должен быть минимальным – в пределах 0,005- 0,010 мм. При соблюдении этого требования, а также соосности кондукторной втулки с осью вращения шпинделя пределах 0,005 мм удалось добиться чрезвычайно высокой точности по уводу оси и диаметру отверстий уже на первой операции сверлении.

Кинематика движений инструмента и заготовки, даже в случае использования инструментов одностороннего резания, оказывает влияние на величину увода оси, особенно заметное при больших глубинах отверстий. Применяются три варианта схем обработки: I) деталь вращается, а инструменту задается только движение подачи; 2) деталь неподвижна, вращается инструмент; 3) деталь и инструмент вращаются в противоположных направлениях. Движение подачи во втором и третьем вариантах может быть придано либо детали, либо инструменту. Первый вариант является предпочтительным по точности обработки, но пригоден только для деталей типа тел вращения. При большой массе заготовок, особенно когда разница в диаметрах отверстия и заготовки велика и вращение последней с большой частотой вращения представляет серьезные затруднения, предпочтителен третий вариант, практически равноценный по точности первому.

Второй вариант применяется для обработки глубоких отверстий несимметричных деталей. Увод и искривление оси отверстий в этом случае значительно выше. При расточке отверстий увод оси также примерно на порядок выше по сравнению с первым вариантом.

В отношении параметров режима резания установлено, что с ростом подачи точность несколько снижается, а с увеличением скорости резания при отсутствии наростообразования - увеличивается. При этом также уменьшается шероховатость поверхности.

При обработке особо глубоких отверстий необходима установка промежуточных опор для предотвращения изгиба стебля инструмента в виде люнетов и виброгасящих устройств для гашения крутильных и продольных колебаний.

От материала заготовки зависят уровень режимов резания и геометрия инструментов, а также достигаемый уровень точности и шероховатости поверхности. Особо следует отметить влияние свойств обрабатываемых материалов на форму стружки, возможность удаления ее из отверстии. Без надежного стружколомания, например, инструменты с внутренним отводом стружки становятся неработоспособными. В случае если не удается получить желаемую форму стружки за счет изменения режимов резания и размеров стружколомающих уступов на режущих ножах, вынуждены прибегать к кинематическим способам стружколомания, например, путем наложения вибраций в направлении движения подачи, что значительно усложняет кинематику станка и условия работы инструмента..

В зависимости от типа производства и размеров партии обрабатываемых деталей выбираются способы обработки, оборудование и инструменты, обеспечивающие не только выполнение технических требований на отверстия, но и наименьшую себестоимость изготовления изделий. Например, в условиях мелкосерийного производства при сверлении отверстий малых и средних диаметров глубиной до 15 диаметров при невысоких требованиях по точности и шероховатости экономически выгодно использовать универсальное оборудование и быстрорежущие спиральные сверла с внутренним охлаждением или шнековые сверла, а не твердосплавные сверла одностороннего резания. В каждом конкретном случае с учетом технических требований к отверстиям, возможностей тех или иных способов и инструментов, предполагаемых затрат на оборудование и оснастку необходимо путем технико-экономических расчетов выбирать экономически выгодные для производства технологические процессы.

Современная технология обработки глубоких отверстий располагает следующими способами: сверление сплошное, сверление кольцевое (трепанирование); рассверливание (зенкерование); расточка; развертывание; хонингование; раскатывание; алмазное выглаживание.

Перечисленные способы обработки осуществляются с использованием большой номенклатуры инструментов различных конструкций, которые можно разделить по признаку базирования на три группы: I) инструменты одностороннего резания с определенностью базирования в отверстии; 2) инструменты самоустанавливающиеся; 3) инструменты без жесткого базирования в отверстии.

3. Методы получения глубоких  отверстий

 

3.1 Разновидности глубокого  сверления, их характеристика и  область применения

 

Рассмотрим разновидности в зависимости от признаков, их определяющих.

В зависимости от схемы удаления припуска (от того, какая часть высверливаемого материала удаляется в виде стружки) различают две разновидности глубокого сверления: сплошное и кольцевое.

Сплошное глубокое сверление отличается тем, что весь высверливаемый материал удаляется в виде стружки; глубина резания t=d0 /2.

Кольцевое глубокое сверление - сверление при котором в стружку превращается лишь часть высверливаемого материала, находящаяся в высверливаемой кольцевой полости, а остальная часть удаляется в виде оставляемого стержня диаметром dс, глубина резания t меньше, чем при сплошном сверлении, и равна ширине кольцевой полости В.

При сплошном сверлении вблизи оси сверла возникают неблагоприятные условия резания, связанные с тем, что скорость резания снижается до нуля на оси сверла, а задний угол в процессе резания принимает отрицательное значение. У оси сверла, по существу, нет резания, а происходит лишь смятие металла, сопровождающееся возрастанием осевой составляющей силы резания и повышенным изнашиванием инструмента. Эти недостатки можно устранить понижением режущего лезвия вблизи оси, что приводит к образованию так называемого «нулевого стержня». Разновидность такого сверления называют сплошным глубоким сверлением с нулевым стержнем. Более технологичным является способ понижения лезвия. Смещение составляет 0,1- 0,2 мм, что соответствует образованию стержня диаметром 0,2-0,4 мм.

При кольцевом сверлении стержень образуется иначе. Здесь лезвие имеет две калибрующие вершины А и Б. Лезвие А Б вырезает кольцевую полость, а вершины А и Б образуют соответственно отверстие и стержень. Кольцевое сверление имеет ряд преимуществ по сравнению со сплошным сверлением - меньшие затраты энергии на резание; меньшую нагрузку на режущие и направляющие элементы инструмента; возможность экономии металла за счет использования вырезанного стержня. Кольцевое сверление имеет и некоторые недостатки. По мере сверления стержень вследствие перераспределения остаточных напряжений деформируется, оказывает давление на стенки инструмента и при вращении заготовки совершает поперечные колебания, которые вызывают поперечные колебания инструмента с частотой вращения заготовки. Для уменьшения отрицательного влияния стержня на его конце устанавливают специальную опору, которой он базируется на поверхность отверстия в инструменте. Однако при использовании опоры затрачивается время на обработку отверстия на конце стержня под установку ее, кроме того, опора затрудняет проход стружки при ее внутреннем отводе, поэтому необходимость установки опоры должна быть строго обоснованна.