Обработка глубоких отверстий

Области рационального применения сплошного и кольцевого сверления четко не разграничены. В отечественной практике сплошное сверление применяется при сверлении отверстий диаметром не более 90-100 мм. За рубежом (если судить по каталогам ВТА) сплошное сверление применяется шире.

В каталогах ВТА представлен инструмент для сплошного сверления с механическим креплением многогранных пластин для отверстии диаметром 450 мм. Кольцевое сверление в отечественной практике успешно применяется в условиях крупносерийного производства при сверлении отверстий диаметром 60 и 80 мм глубиной 6000 мм с производительностью не ниже, чем при сплошном сверлении. Выбор способа сверления в каждом случае должен производиться с учетом ряда факторов: диаметра и глубины сверления, объема выпуска изделий, затрат на инструмент и другую технологическую оснастку, а также с учетом преимуществ и недостатков сравниваемых способов.

В зависимости от способа отвода стружки различают следующие разновидности глубокого сверления: глубокое сверление с внутренним отводом стружки - сверление, при котором используют наружный подвод СОЖ и внутренний отвод стружки; глубокое сверление с наружным отводом стружки - сверление, при котором используют внутренний подвод СОЖ и наружный отвод стружки, эжекторное глубокое сверление - сверление, при котором применяется внутренний отвод стружки с использованием эжектора.

Особенности и область применения этих разновидностей сверления определяются преимуществами и недостатками применяемого способа подвода СОЖ и отвода стружки. Отметим ряд преимуществ сверления с внутренним отводом стружки: во-первых, можно создать инструмент с более высокой жесткостью, т. е. с большим наружным диаметром, так как для подвода СОЖ требуется канал меньшего сечения, чем для отвода стружки; во-вторых, этот вид сверления обеспечивает более высокое качество поверхности, так как стружка отводится вовнутрь и не воздействует на обработанную поверхность. Недостатками являются необходимость применения маслоприемника, который сложнее стружкоприемника, а также существенные затраты времени, связанные с переналадкой станка и сменой маслоприемника при переходе на другой диаметр.

В отечественной практике сверление с наружным отводом стружки применяется при сплошном сверлении отверстий диаметром до 30 мм и кольцевом - свыше 150 мм; с внутренним отводом стружки - при сплошном сверлении отверстий диаметром 8-100 мм и кольцевом - до 150 мм. При сверлении отверстий с l/d0>100 диаметром 8-30 мм предпочтение отдается сверлению с внутренним отводом, при котором достигаются большая производительность и прямолинейность оси вследствие большей жесткости инструмента. При небольших объемах выпуска кольцевое сверление отверстий диаметром меньше 150 мм производится с наружным отводом стружки, так как оно осуществляется при меньших затратах на оснастку и переналадку станка.

Эжекторное сверление применяется лишь как сплошное сверление отверстий диаметром 20-60 мм глубиной до 1000 мм. Эти границы определяются указанными выше особенностями эжекторного способа отвода стружки и СОЖ. Широкое распространение этого способа сверления за рубежом объясняется его преимуществами, возможностью применения его на станках общего назначения и хорошей организацией снабжения потребителей эжекторным инструментом.

В зависимости от кинематической схемы сверления различают три разновидности сверления:

1) заготовка  вращается с частотой nз, а инструмент имеет только поступательное движение подачи s

2) заготовка  вращается с частотой nз, а инструменту одновременно сообщается вращение (встречное) с частотой nи и поступательное движение подачи s;

3) заготовка  неподвижна, а инструменту одновременно сообщается вращение с частотой nи, и поступательное движение подачи s.

Из трех приведенных схем наиболее предпочтительной является 1-я схема, так как при сверлении по 2-й схеме вращающийся инструмент является источником дополнительных погрешностей (в частности, создаются более благоприятные условия для образования огранки); при сверлении по 3-й схеме возникают значительно большие уводы оси отверстия, чем при сверлении по первым двум схемам.

Область применения каждого из этих видов сверления определяется формой заготовки и наличием дисбаланса при ее вращении. Если при сверлении заготовку вращать невозможно, то применяют З-ю схему сверления. В тех случаях, когда из-за большой массы или дисбаланса заготовку нельзя вращать с частотой, достаточной для получения необходимой скорости резания только за счет вращения заготовки, то применяют 2-ю схему и за счет встречного вращения заготовки и инструмента получают требуемую скорость резания.

В зависимости от характера подачи также различают несколько видов сверления. Глубокое сверление обычно производится с равномерной подачей инструмента, при которой толщина срезаемого слон остается неизменной При сверлении отверстий малых диаметров в труднообрабатываемых вязких материалах образуется тонкая сливная стружка, которую трудно отвозить из отверстии в этих случаях применяют способы дробления стружки по длине за счет применения переменной по величине подачи, при которой толщина срезаемого слоя также будет переменной. Разработка так называемого вибрационного сверления обеспечивает кинематическое дробление стружки.

Вибрационное сверление - глубокое сверление, при котором на обычное осевое движение подачи накладывается дополнительное осциллирующее движение. Применяют его при сверлении отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых вязких материалах (причем, начиная с диаметра 8 мм, следует применять не вибрационное сверление, а сверление с внутренним отводом стружки и равномерной подачей, так как этот способ не требует применения вибратора, а отвод стружки обеспечивается надежно).

В зависимости от степени автоматизации управления процессом сверления различают адаптивное глубокое сверление, при котором осуществляется автоматическое изменение одного или нескольких элементов режима резания (скорость, резания, подача) в целях сохранения на оптимальном уровне выбранного параметра процесса (Мк; Р0 и т. д.). При адаптивном сверлении отверстий диаметром до 20 мм повышаются производительность и качество обработки.

В зависимости от схемы сверления различают одностороннее и двустороннее сверление. Сверление сквозных отверстий обычно производится с одной стороны напроход. Лишь при длине отверстия более 9000-10000 мм применяют двустороннее сверление.

Увод оси отверстия при сверлении обычно увеличивается с удалением от начала сверления и достигает максимального значения на выходе. При двустороннем сверлении увод в середине длины отверстия в два раза меньше, чем на выходе при сквозном сверлении. Благодаря этому на последующих операциях требуется оставлять меньший припуск на обработку. В зависимости от наличия оборудования двустороннее сверление производят с поворотом заготовки, либо одновременно с двух сторон, что сокращает затраты машинного времени почти в 2 раза.

3.2 Разновидности глубокого  растачивания, их характеристика  и область применения

В зависимости от назначения различают три разновидности глубокого растачивания:

черновое - растачивание, при котором обеспечиваются требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности;

чистовое - растачивание, при котором обеспечиваются требования точности диаметральных размеров и шероховатости поверхности;

комбинированное - растачивание, при котором за один рабочий ход достигается выполнение функций чернового и чистового растачивания.

Операцию чернового растачивания применяют в тех случаях, когда не удается обеспечить требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности при сверлении. Иногда приходится применять два черновых растачивания (1-е и 2-е), между которыми выполняют операцию но наружной обработке заготовки, если она представляет собой тело вращения. Операцию чистового растачивания при обработке отверстии малого диаметра часто заменяют глубоким развертыванием. Черновое и чистовое растачивание выполняется высокопроизводительным инструментом, оснащенным твердыми сплавами.

Комбинированное глубокое растачивание широко применялось до внедрения в производство твердых сплавов для сокращения числа рабочих ходов. Недостатки его связаны с особенностями инструмента, состоящего из разных по характеру работы и режимам резания элементов - проходных резцов и плавающей пластины. Для комбинированного инструмента невозможно выбрать режим работы, оптимальный для каждого его режущего элемента.

Производительность инструмента ограничивается режимом работы проходных резцов. Применять этот способ следует лишь в единичном и мелкосерийном производстве, где вследствие простоты инструмента и сокращения числа рабочих ходов этот способ может оказаться экономичнее двух операций (скоростного чернового и чистового растачивания).

В зависимости от схемы растачивания различают глубокое растачивание на сжатие и глубокое растачивание на растяжение. По 1-й схеме растачивание начинают с торца  заготовки, расположенного ближе к подающей каретке. При этом осевая составляющая силы резания Рх создает в стебле напряжения сжатия. По 2-й схеме растачивание начинают с противоположного торца  заготовки. Осевая составляющая силы резания Рх вызывает в стебле напряжения растяжения.

Оба вида растачивания используют как при черновом, так и чистовом растачивании. Для координации и направления инструмента в начале растачивания обычно используется кондукторная втулка, которая устанавливается в направляющей стойке. В 1-й схеме кондукторная втулка является принадлежностью маслоприемника, стружкоприемника или направляющего устройства специальной конструкции, размещаемых в направляющей стойке. В обеих схемах расточная головка базируется в кондукторной втулке своими направляющими элементами. При растачивании на растяжение наружный диаметр стебля приходится выбирать исходя из диаметра просверленного отверстия, а не из диаметра расточенного отверстия, как при растачивании на сжатие. Следовательно, стебель при растачивании на растяжение обладает меньшей жесткостью, чем при растачивании на сжатие. Несмотря на это, конечные результаты по точности расположения оси при черновом растачивании на растяжение получаются лучше, чем при растачивании на сжатие, так как при этой схеме стебель работает в более благоприятных условиях и, как следствие этого, погрешности к концу растачивания уменьшаются.

При черновом растачивании на растяжение непрямолинейность оси отверстия получается меньше, чем при растачивании на сжатие. Однако на практике растачивание на растяжение (особенно чернового) вызывает трудности, а именно: на некоторых типах станков невозможно установить направляющее устройство с кондукторной втулкой у торца заготовки. Но и в тех случаях, когда установка направляющего устройства возможна, оно мешает установке заглушки при подводе СОЖ и затрудняет вместе с заглушкой работу оператора при установке расточной головки на стебель.

В зависимости от способа отвода стружки различают три разновидности растачивания:

- с внутренним отводом стружки;

- с наружным отводом стружки в направлении подачи инструмента;

- с наружным или комбинированным отводом стружки в направлении, противоположном подаче инструмента.

Преимущества и недостатки этих способов растачивания определяются применяемыми способами отвода стружки. При растачивании с наружным отводом стружки в отличие от сверления для отвода стружки часто используют отверстие в заготовке, полученное на предшествующих операциях, что позволяет устранить ряд недостатков наружного отвода стружки. Стружка отводится в направлении подачи инструмента (вперед), не попадает под направляющие элементы и поэтому не может повредить обработанную поверхность. Благодаря этому способ широко применяется при растачивании. Другой вариант: стружка отводится в направлении, противоположном подаче инструмента, и, следовательно, соприкасается с поверхностью обработанного отверстия, что, естественно, является недостатком этого способа. Вместе с тем применение на начальном участке внутреннего отвода стружки позволило устранить попадание ее под направляющие элементы инструмента.

Следовательно, благодаря комбинированному отводу стружки, при котором сочетаются внутренний и наружный отводы стружки в направлении, противоположном подаче инструмента, можно устранить недостатки, свойственные наружному отводу стружки. Отметин, что в рассмотренных выше случаях, на корпусе инструмента необходимо устанавливать уплотнение, преграждающее проход СОЖ в зазор.

3.3 Зенкерование глубоких  отверстий

При обработке отверстий диаметром 7-50 мм в отечественном производстве находит применение зенкерование, выполняемое обычно по схеме на растяжение с передним или задним направлением зенкера, а иногда одновременно и с передним, и с задним направлением с наружным отводом стружки назад в сторону, противоположную подаче. Естественно, что зенкерование не исправляет положение оси исходного отверстия и применяется лишь с целью удаления погрешностей формы отверстия в поперечном и продольном сечении, выполняя эту функцию производительно, так как применяется многолезвийный инструмент с делением толщины среза.

На операцию зенкерования глубоких отверстий могут поступать заготовки в виде горяче - и холоднокатаных труб или труб после операции глубокого сверления. Зенкерование повышает диаметральную точность отверстия до Н7 -Н9, параметр шероховатости и поверхности Ra - (12,5-0,4) мкм. В зависимости от требований, предъявляемых к отверстию, эта операция является либо финишной, либо подготовительной для последующего хонингования.

3.4 Хонингование глубоких  отверстий

Процесс хонингования является одним из наиболее производительных и надежных способов финишной обработки глубоких отверстий, позволяющий обеспечить высокую точность диаметра (Н6) и малую шероховатость поверхности (Ra = 0,32-0,08 мкм). Такие параметры отверстий и высокая производительность процесса обеспечиваются благодаря особенностям процесса: кинематике движения хонинговальных брусков, правильному выбору зернистости брусков и большой площади контакта брусков с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, хонингование не отличается от других видов финишной обработки незначительным давлением брусков на поверхность отверстия. Хонингование, как правило, выделяют в отдельную операцию и проводят на специальных хонинговальных станках. И только в тех случаях, когда таких станков нет, хонингование осуществляют на глубокосверлильных станках.