Выбор рационального метода и режущего инструмента для глубокого сверления деталей

Выбор рационального метода и режущего инструмента для глубокого сверления деталей

 

Отверстия с отношением глубины к диаметру больше 5 (L:do>5), для сверления которых требуется применение специального оборудования, инструмента и приспособлений, называются глубокими отверстиями.

Сверление глубоких отверстий является сложной и трудоёмкой операцией. Неблагоприятные условия образования стружки, трудность удаления её из отверстия, малая жёсткость конструкции применяемого специального сверлильного инструмента, невозможность наблюдения за инструментом во время его работы – всё это делает операцию сверления глубоких отверстий чрезвычайно  трудоёмкой и создаёт большие затруднения при обеспечении требуемой прямолинейности и правильного положения оси отверстия. Этими обстоятельствами и объясняется тот факт, что вопросу изучения процесса сверления глубоких отверстий придаётся большое значение. 

 

Методы получения глубоких отверстий

 

Большой диапазон диаметров и длин отверстий, встречающихся в заготовках валов и труб, требует применения разных методов получения глубокого отверстия. Различают два следующих метода получения отверстий в заготовках валов и труб: 1) сплошное сверление; 2) кольцевое сверление;

Метод сплошного сверления (рис 1.10,а) предусматривает получение отверстия посредством превращения в стружку всего металла, подлежащего удалению для образования заданного размера отверстия.

Метод кольцевого сверления (рис 1.10,в) предусматривает получение отверстия путём высверливания в детали кольцевой полости с образованием стержня в центральной части отверстия. При этом методе в стружку превращается только металл кольцевой полости. Получающийся в процессе кольцевого сверления  стержень, в зависимости от конструкции применяемого инструмента, удаляется по окончании сверления отверстия или же удаляется частями путём периодического отлома или отрезания отдельных частей специальными приспособлениями.         

Рисунок 1.10 – Методы получения глубоких отверстий

 

Области рационального применения сплошного и кольцевого сверления чётко не    разграничены.

Сплошное сверление в настоящее время применяется при сверлении отверстий диаметром не более 90-100 мм.

Кольцевое сверление успешно применяется в условиях крупносерийного производства при сверлении отверстий диаметром 60мм и более, и глубиной 6000мм с производительностью не ниже, чем при сплошном сверлении.

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 (рис.1.11)

• 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. 

 

а)

 

 

б)

 

 

 

Рисунок 1.11 – Схемы подвода СОЖ

а) Наружный подвод СОЖ

б) Внутренний подвод СОЖ

Первый способ предусматривает подвод СОЖ через кольцевой зазор между наружной поверхностью стебля и стенками отверстия, а отвод стружки и жидкости – через внутреннюю полость режущего инструмента и стебля.

Применение первого способа обеспечивает следующие преимущества:

1. конструкции стебля и режущего инструмента получается более жёстким, так как для подвода СОЖ требуется значительно меньший кольцевой зазор, чем для отвода стружки. Это позволяет брать увеличенный диаметр стебля, что значительно повышает жёсткость стебля и повышает производительность процесса сверления.
2. надёжный и лёгкий отвод стружки через внутренние полости режущего инструмента и стебля, имеющих гладкую поверхность и достаточное поперечное сечение.

К недостаткам этого способа следует отнести необходимость наличия специального устройства (маслоприёмник) для подвода СОЖ. Поэтому при сверлении глубоких отверстий диаметром больше 100мм, когда жёсткость стебля является достаточной, применяется второй  способ подвода СОЖ.

Первый способ применяется в большинстве случаев при сплошном сверлении отверстий диаметром 20-100 мм, а второй способ применяется при кольцевом сверлении отверстий диаметром больше 100мм и при сплошном сверлении глубоких отверстий диаметром меньше 20мм.

При применении второго способа СОЖ подводится через внутреннюю полость стебля и режущего инструмента, а отвод стружки и жидкости происходит через кольцевой зазор между поверхностью стебля и стенками высверливаемого отверстия.

Рисунок 1.12– Эжекторное сверление

Особенностью эжекторных свёрл является эффект подсоса СОЖ, отходящей вместе со стружкой в результате разрежения и перепада давлений, создаваемого внутри корпуса сверла (рис.1,11). Разрежение обеспечивается разделением прямого потока жидкости на два направления. Прямой поток СОЖ подаётся под давлением 2-3 МПа по каналу А между внутренним и наружным и наружным стеблями. Не доходя до рабочей части, он разделяется. Примерно 70% жидкости направляется в зону резания через выполненные в корпусе сверла отверстия, а 30% жидкости через щелевидные сопла Б, выполненные на внутреннем стебле, отводится обратно. Между потоком жидкости, отводящейся вместе со стружкой, из рабочей зоны, и потоком, уходящем через сопла Б по стеблю 1, создаётся разряжение и перепад давлений. В результате основной поток жидкости со стружкой, отходящий из зоны резания, как бы засасывается жидкостью, уходящей через сопла Б, и движется с большей скоростью. Свёрла обеспечивают точность обработки отверстий по 9-11 квалитетам и параметр шероховатости поверхности Ra=2,5…0,63мкм.   

Для сверления малых диаметров глубоких отверстий применяются  инструменты обеспечивающие реализацию метода сплошного сверления. Для сплошного сверления отверстий малого диаметра применяют свёрла одностороннего резания (однокромочные) и двустороннего резания (двухкромочные). Свёрла одностороннего резания бывают полукруглые (пушечные) и трубчатые (ружейные), которые, в свою очередь, подразделяются на свёрла с наружным и внутренним отводом стружки. Свёрла двухстороннего резания –шнековые и спиральные (рис 1.15.а).

Полукруглые свёрла применяют для сверления глубоких отверстий диаметром до 10мм. Их конструкция и геометрия показаны на рисунке . Сверло представляет собой круглый стержень, срезанный примерно на 0,5D. Главная режущая кромка расположена перпендикулярно к оси сверла, вспомогательная под углом φ=10˚. Вдоль сверла выполнена калибрующая ленточка шириной f=0,5÷1мм. Фасочная режущая кромка располагается выше оси сверла на h= 0,2÷0,5 мм во избежание заедания. В последнем случае образуется небольшой положительный передний угол для боковой фасочной режущей кромки.

У главной режущей кромки γ=0, α=8÷10º. Сверло имеет утонение к хвостовику в пределах 0,03-0,05 мм на 100мм длины. Как видно, такое сверло имеет нерациональную геометрию, создаёт значительные силы трения вследствие большой опорной поверхности, работает без охлаждения. Поэтому для  удаления стружки и охлаждения сверла необходимо периодически процесс резания прекращать и выводить сверло из канала, в результате чего снижается производительность. В процессе работы сверло уводит, в следствии чего не обеспечивается достаточная прямолинейность отверстия.

Ружейные свёрла оснащены твёрдым сплавом. Рабочая часть может быть цельной из твёрдого сплава и с напаянными твердосплавными пластинами. В первом случае рабочая часть припаивается встык к трубчатому корпусу из стали 40Х или 35ХГСА. Такие свёрла изготавливаются диаметром D=2÷15мм. Свёрла имеют внутренний канал круглого или серпообразного сечения для подвода СОЖ под давлением 2-4 МПа. СОЖ вместе со стружкой вымывается по наружной прямой канавке, образованной фрезерованием или прокаткой.

На рис.1.13б  показано ружейное сверло с напаянными твердосплавными пластинами на рабочей части. Твердосплавная пластина 1 является режущей, направляющие пластинки 2 и 3 из твердого сплава группы ТК- соответственно опорная и упорная.

                                     

Рисунок 1.13 Свёрла для глубокого сверления

 

Ружейное сверло для глубокого сверления, одностороннего резания, с внутренним отводом стружки. Сверло состоит из рабочей части, изготовленной из быстрорежущей стали, и стебля, соединяемого с рабочей частью при помощи двух- или трехзаходной прямоугольной резьбы (рис.1.14). Охлаждающая жидкость подводится к режущим лезвиям по наружным каналам, образуемым спинкой сверла и стенкой отверстия, и отводится вмести со стружкой через внутреннюю полость. Направление сверла достигается скольжением направляющих выступов на стенке сверла по стенке отверстия. Разность радиальных слагающих сил резания, приложенных  к кромкам, обеспечивает плотное прилегание направляющих выступов сверла к стенке отверстия. Задние углы у лезвий сверла соответственно равны Смещение вершины сверла относительно оси Диаметр нулевого стержня Число стружколомов берется от 1 до 6 (в зависимости от диаметра сверла). Ширина стружколомов . Высота стружколомов определяется по формуле , где диметр сверла в мм. Ширина калибрующей фаски . Для уменьшения трения направляющих выступов и ленточек о стенку отверстия сверло имеет обратную конусность, но не более 1мм на каждые 100мм длины рабочей части. Для свинчивания сверла со стебля предусмотрена лыска под ключ размерами, выполненная по стандартам.

Рисунок 1.14 –  Сверло для глубокого сверления, одностороннего резания, с внутренним отводом стружки.

 

Шнековые свёрла делают диаметром 3-30мм. Такое сверло – спиральное с большим углом наклона винтовых канавок ω=60˚, что облегчает транспортирование стружки из зоны резания. У шнековых свёрл канавки в осевом сечении имеют прямолинейный треугольный профиль. Образующая рабочей стороны канавки направлена перпендикулярно к оси сверла, плавно сопрягаясь с прямой линией спинки наклонённой к оси сверла под углом β=25˚. Канавки по всему профилю полируют. Для повышения жёсткости шнековые свёрла имеют утолщённую сердцевину, равную 0,3-0,35 диаметра сверла.

Увеличенный угол наклона стружкоотводящих канавок и их специальный профиль обеспечивают надежное удаление стружки из зоны резания, что в свою очередь ведет к резкому повышению стойкости. Благодаря уменьшению шага винтовых канавок обеспечивается лучшее направление сверла в кондукторных втулках и в обрабатываемом отверстии, что обеспечивает уменьшение увода сверла.

Рисунок 1.15 – Шнековое  сверло

Приводя  сравнительный  анализ  рассмотренных  выше  способов  для  сверления  глубокого    отверстия  Æ41 мм  в  иглодержателе,  выбираем  конструкцию ружейного сверла для глубокого сверления, одностороннего резания, с внутренним отводом стружки, так как у него больший ресурс стойкости, его легче перетачивать, сохраняет прямолинейность сверления.