Обработка глубоких отверстий

 

3.5 Дефекты отверстия, образующиеся  при глубоком сверлении и растачивании

 

На операциях глубокого сверления и чернового растачивания образуются характерные дефекты, существенно проявляющиеся лишь при обработке глубоких отверстии. К ним относятся увод и непрямолинейность оси глубокого отверстия, огранка глубокого отверстия и волнистость профиля продольного сечения.

Теоретическая ось заготовки - прямая, проходящая через центры поперечных сечений базовых шеек, расположенных по концам заготовки. Установленная на станке жесткая заготовка, не подверженная возможным деформациям при ее закреплении и прогибам от собственного веса, будет вращаться во время обработки относительно своей теоретической оси.

Теоретическая ось глубокого отверстия - прямая, проходящая через центры поперечных сечении глубокого отверстия, проведенных на его концах.

Действительная ось глубокого отверстия - геометрическое место центров поперечных сечении глубокого отверстия по всей его длине. За центры поперечных сечений принимаются центры прилегающих окружностей (ГОСТ 24642-83).

Непрямолинейность оси глубокого отверстия (непрямолинейность оси) - наибольшее расстояние от действительной оси до теоретической оси глубокого отверстия.

Увод оси глубокого отверстия (увод оси) – отклонение действительной оси глубокого отверстия от оси вращения заготовки. Увод оси рассматривается и определяется применительно к конкретному поперечному сечению по длине глубокого отверстия. Поперечные сечения, в которых надлежит замерить увод оси, оговариваются технологическим процессом, либо планом исследований. Так как действительная ось глубокого отверстии представляет собой пространственную кривую, то при измерении увода оси в ряде случаев требуется определять и его расположение в рассматриваемом сечении относительно выбранной системы координат. Увод оси может определяться непосредственно на станке после окончания операции сверления или чернового растачивания без раскрепления заготовки или вне станка.

Процесс образования увода и непрямолинейности оси весьма сложен, зависит от большого числа факторов, природа которых разнообразна.

Согласно исследованиям, наибольшее влияние на образование увода и непрямолинейности оси оказывает биение поверхности обработанной части отверстия, а также биение кондукторной втулки маслоприемника, если она вращается. Биение отверстия в свою очередь может вызываться рядом причин: собственно уводом оси, короблением заготовки вследствие перераспределения остаточных напряжений в процессе обработки отверстия, деформаций заготовки при закреплении на станке и др. Поэтому как на практике, так и а дальнейшем изложении особое внимание уделяется устранению причин, приводящих к биению поверхности обработанного отверстия.

Огранка глубокого отверстия - отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру с числом граней, иногда изменяющимся по длине отверстия, а вершины многогранника при этом часто располагаются по винтовой линии. Процесс образования огранки весьма сложен и протекает при воздействии ряда факторов. Огранка образуется лишь при поперечных колебаниях инструмента с частотой, близкой к частоте относительного вращении заготовки и инструмента. При этом на образование огранки влияют частота собственных колебаний инструмента, которая в свою очередь изменяется по мере обработки отверстия, так как изменяется схема закрепления инструмента (изменяется взаимное расположение опор по длине инструмента); конструктивные параметры инструмента; погрешности настройки технологической системы на операцию; кинематическая схема обработки (вращается или не вращается инструмент) и др.

Волнистость профиля продольного сечения - отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие имеют регулярную волнистость, приводящую к ступенчатости отверстия с незначительными перепадами диаметра. Этот дефект образуется при несовпадении диаметра инструмента, вступающего в работу, с диаметром отверстия, на поверхность которого он опирается своими направляющими элементами.

Для уменьшения волнистости необходимо добиваться равенства диаметров инструмента и заправочного отверстия и отверстия в кондукторной втулке, а также того, чтобы все инструменты, используемые при смене на протяжении рабочего хода, имели одинаковый диаметр. Кроме рассмотренных выше дефектов формы отверстия и расположения его оси, при обработке глубоких отверстии возникают дефекты, влияющие на качество поверхности: надиры, крупные царапины и повышенная шероховатость поверхности. Надиры и царапины часто возникают вследствие попадания стружки под направляющие элементы, а также при разрыве пленки СОЖ под направляющими.

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

 

4.1 Виды вибраций, причины  возникновения и пути снижения  её интенсивности

 

На операциях сверления и растачивания в колебательной системе СПИД возникают колебания обеих групп - вынужденные и автоколебания Возникновению колебаний наиболее подвержен инструмент, как наименее жесткое звено технологической системы СПИД. Инструмент совершает продольные, поперечные и крутильные колебания. Наиболее полно изучены поперечные и крутильные колебания, существенно влияющие на процесс обработки и его результаты

Поперечные колебания инструмента. Для рассматриваемых операций характерны как вынужденные поперечные колебания инструмента, так и автоколебания. Вынужденные колебания возбуждаются внешними воздействиями, так или иначе связанными с вращением заготовки. Среди внешних возбудителей можно отметить следующие:

- изменение сил резания за 1 оборот заготовки вследствие возможной разнотвердости материала заготовки, а при растачивании еще и вследствие неравномерности снимаемого по окружности припуска, вызванной кривизной оси исходного отверстия;

- воздействие на инструмент при кольцевом сверлении стержня, искривленного вследствие перераспределения внутренних напряжений;

- биение поверхности обработанного отверстия, на которую базируется инструмент своими направляющими элементами.

В свою очередь биение поверхности обработанного отверстия может быть вызвано рядом причин:

- уводом оси обработанного на данной операции отверстия;

- поперечными колебаниями заготовки вследствие ее динамической неуравновешенности, короблений в процессе обработки из-за перераспределения внутренних напряжений, а также ее деформаций при использовании несовершенных приспособлений; овальностью базовых шеек, которыми заготовка опирается на кулачки простых люнетов, и биением роликов этих люнетов.

Все перечисленные выше внешние факторы возбуждают вынужденные поперечные колебания инструмента с частотой, равной или кратной частоте вращения заготовки. Поперечные колебания инструмента в условиях его базирования на поверхность отверстия заготовки вызывают угловые колебания оси головки. Таким колебаниям подвержены головки с любым типом направляющих элементов, включая и головки с определенностью базирования. Однако головки с направляющими с натягом начинают совершать угловые колебания лишь после того, как опрокидывающий момент, возникающий при поперечных колебаниях инструмента, станет больше того значении, на которое рассчитывался натяг направляющих.

Наряду с вынужденными имеют место и поперечные автоколебания инструмента. Имеется ряд причин, вызывающих автоколебания: во-первых, скорость резания обычно находится в зоне, отвечающей падающему участку зависимости силы резания от скорости; во-вторых, колебания толщины срезаемого слоя приводят к изменению сил резания, которые изменяются с запаздыванием по отношению к изменению толщины среза и возбуждают или усиливают автоколебания.

Поперечные колебания инструмента являются одной из основных причин возникновения увода оси и образования огранки, а также других погрешностей формы поперечного сечения отверстия.

Крутильные колебания инструмента. Возникновение крутильных автоколебаний может происходить под влиянием тех же факторов, что и возникновение поперечных автоколебаний (падающая зависимость силы резания от скорости, работа по следу - изменение силы резания от толщины среза с запаздыванием). Кроме этого, здесь может оказывать влияние и трение между направляющими и поверхностью отверстия. При обработке высокопрочных материалов, когда особенно часто возникают интенсивные установившиеся крутильные автоколебания значительной частоты (вибрации), вследствие высоких давлений от сил резания на направляющих может прорываться масляная пленка СОЖ и иметь место сухое трение, при котором наиболее легко возникают и усиливаются автоколебания.

Крутильные колебания инструмента повышают динамические нагрузки на режущую часть инструмента, что вызывает ее преждевременный износ, поломку и ухудшает шероховатость поверхности. Производительность процесса, по существу, определяется интенсивностью крутильных колебаний, так как увеличение режимов резания ограничивается предельно допустимыми вибрациями.

Особо опасным является возникновение крутильных колебаний при обработке отверстий малых диаметров и большой относительной длины. Это связано с тем, что пониженной жесткостью на кручение обладает применяемый при сверлении инструмент.

Применяется инструмент одностороннего резания с повышенными нагрузками на направляющие элементы, а с увеличением удельных давлений на направляющих интенсивность крутильных колебаний резко возрастает.

Отверстия малых диаметров обрабатываются часто в уже заранее закаленных заготовках, что также значительно повышает интенсивность крутильных колебаний инструмента.

Основным параметром крутильных автоколебаний инструмента, определяющим устойчивость процесса обработки, является амплитуда колебаний.

Снижать интенсивность вибраций можно за счет назначения оптимальных параметров инструмента и процесса сверления. Можно рекомендовать следующие пути снижения вибрации при сверлении глубоких отверстий малого диаметра:

- с учетом совокупности факторов следует назначать такую площадь сечения стебля инструмента, при которой он обладает максимально возможной для данных условий жесткостью;

- назначать оптимальные значения геометрических параметров заточки, в частности для сверлильных головок одностороннего резания назначать угол в плане наружной кромки 25° при обработке высоколегированных тёрмообработанных сталей;

- не допускать изнашивания инструмента сверх предельного по вибрациям значения;

- при выборе режимов резания предпочтительнее работать с меньшими подачами S, и более высокой скоростью резания;

- применять наиболее удовлетворяющую данным условиям СОЖ.

Интенсивность вибраций можно снижать и за счет применения для стеблей материала с повышенными демпфирующими свойствами.

Также можно снижать интенсивность вибраций, за счет применения специальных виброгасителей.

 

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

 

Среди основных причин увода следует назвать следующие:

- копирование сверлильным (расточным) инструментом погрешности расположения оси отверстия, имеющейся в месте контакта направляющих с поверхностью просверленного (расточенного) отверстия;

- нагиб стебля из-за поперечных колебаний инструмента с частотой вращения заготовки (для обработки невращающимся инструментом); эти колебания возникают (при сверлении и растачивании) вследствие базирования инструмента на поверхность отверстия, имеющего радиальное биение (кинематическое возмущение инструмента) и из-за разнообрабатываемости материала по сечению заготовки, а также неравномерности снимаемого припуска при растачивании (силовое возмущение инструмента);

- поперечные колебания заготовки из-за ее деформации при установке и обработке;

- изгиб стебля под действием  силы его веса, неравномерности  снимаемого припуска и разнотвердости материала заготовки при обработке вращающимся инструментом в не вращающейся заготовке.

Вызываемый этими причинами увод может ослабляться или усиливаться под воздействием значительного числа факторов, связанных с конкретными условиями обработки. К ним относится построение технологического процесса, наличие термообработки и ее место в технологическом процессе изготовления детали, наличие вращения инструмента или заготовки; длина обработки, погрешности в первоначальном направлении инструмента; взаимное расположение опор стебля и другие.

Уводом можно управлять путем изменения угла наклона касательной в системе координат, связанной с заготовкой. Возможны, по крайней мере, два способа управления уводом за счет изменения угла:

1)наложением на инструмент  вынужденных поперечных колебаний  с частотой вращения заготовки;

2)наложением на заготовку  вынужденных поперечных колебаний  с частотой вращения заготовки.

 

4.3 Образование и пути  уменьшения огранки поверхности  отверстия при обработке глубоких  отверстий

 

Образование огранки на поверхности глубоких отверстий, получаемых сверлением или растачиванием при обработке инструментами, как с определенностью, так и без определенности базирования. Установка на корпусе головки дополнительных жестких направляющих с зазором либо одной упругой (подпружиненной) направляющей не исключает образования огранки. Огранку могут вызывать дефекты поверхности отверстия, обработанного при заправке инструмента. Развитие огранки в отверстии происходит постепенно, но по форме и шагу она быстро стабилизируется, возрастая в дальнейшем лишь на значение А перепада радиуса по впадинам и выступам. Огранка часто образуется при наличии «разбивки» заправочного отверстия, причем, чем больше «разбивка», тем раньше появляется огранка и тем большую величину она имеет. В большинстве случаев грани располагаются по винтовой линии, но могут быть расположены и параллельно оси отверстия. В зависимости от условий обработки число граней может быть как четным, так и нечетным, и колеблется в широких пределах (от 3 до 23).

При кольцевом сверлении огранка наблюдается на поверхностях отверстия и стержня. В том случае, когда калибрующие вершины, образующие поверхности отверстия и стержня, располагаются на одном лезвии, впадины в отверстии совпадают с выступами на стержне. на одном лезвии, впадины в отверстии совпадают с выступами на стержне. При этом образцы стержня можно использовать для изучения огранки.