Осевые универсальные инструменты для обработки отверстий

К осевым универсальным инструментам, предназначенным для обработки отверстий, относятся сверла, зенкера и развертки. Кинематика процесса обработки отверстий осевыми инструментами сводится к винтовому движению инструмента относительно заготовки, ось которого совпадает с осью обработанного отверстия. Винтовое движение инструмента относительно заготовки может быть осуществлено за счет быстрого вращения заготовки и медленного поступательного движения подачи инструмента вдоль оси отверстия. Этот случай соответствует сверлению на токарных станках. На сверлильных же станках заготов- ка неподвижна, а осевой инструмент совершает винтовое движение, которое складывается из главного вращательного движения его во- круг своей оси и медленного движения подачи вдоль оси инструмента. На некоторых станках относительное винтовое движение является

 

 

Осевые универсальные инструменты для обработки отверстий

 

 

Осевые универсальные инструменты для обработки отверстий

 
 

результирующим вращением заготовки вокруг оси отверстия, вращения инструмента вокруг той же оси и поступательного движения подачи инструмента. Сверла предназначены для обработки отверстий в сплошном материале либо для рассверливания отверстий. В промышленности получили распространение различные типы сверл. Наибольшее применение находят спиральные сверла (рис. 2.8, а). Они используются при сверлении отверстий диаметром от 0,25 до 80 мм с точностью обработки по И... 12 квалитетам и шероховатостью Rz — 40... ...160 мкм. Спиральное сверло является двухзубым режущим инструментом. Его режущие кромки составляют угол 2ср = 120°. На торце сверла располагается поперечная режущая кромка, угол наклона которой φ = 50...55°. Длина поперечной режущей кромки определяется величиной диаметра сердцевины, которая колеблется от 0,19 до 0,125 диаметра сверла. Толщина сердцевины увеличивается по направлению к хвостовику на 1,4... 1,8 мм на 100 мм длины, что повышает жесткость инструмента. Сверло в процессе работы направляется по узкой шлифованной ленточке, ширина которой колеблется от 0,6 до 2,6 мм для сверл диаметром от 5 до 50 мм. Угол наклона кромки ленточки ω = 24...30°. Для сверления вязких и мягких металлов ω = 35...45°.  Для уменьшения трения ленточек о стенки отверстия диаметр сверл уменьшается к хвостовику. Обратная конусность составляет 0,03...0,01 мм на 100 мм длины. Спиральные сверла обычно изготовляются из быстрорежущей стали. Находят применение также твердосплавные сверла, главным образом для сверления чугуна, цветных металлов и высокопрочных сталей. Рабочая часть этих сверл оснащается пластинками твердого сплава (рис. 2.8, б). У сверл малого диаметра полностью вся рабочая часть может изготовляться из твердого сплава. Твердосплавные сверла изготовляются с прямыми, винтовыми и наклонными канавками. Сверла с прямыми канавками просты в изготовлении, но при сверлении отверстий большой длины они не обеспечивают свободного отвода стружки. Поэтому этими сверлами обрабатывают короткие отверстия. Основным типом твердосплавных сверл являются сверла с углом наклона винтовой канавки ω = 20°. Сверла с наклонными, косыми канавками имеют небольшую длину канавок и применяются в основном для сверления отверстий в листовом материале. Длина твердосплавных сверл принимается значительно меньшей, чем у сверл из быстрорежущей стали, так как они имеют ограниченное число переточек, соответствующее длине пластинки твердого сплава. Кроме того, уменьшение длины способствует повышению жесткости сверла. Для увеличения прочности и жесткости твердосплавные сверла имеют повышенный диаметр сердцевины, равный 0,22... 0,3 диаметра сверла. Обратная конусность на длине пластины твердого сплава составляет 0,6...0,8 мм на 100 мм длины, что способствует увеличению стойкости инструмента. С точки зрения стойкости во всех случаях целесообразно применять сверла с минимально возможной длиной. Рекомендуется для сверления труднообрабатываемых сталей длину вылета инструмента выбирать не более десяти диаметров сверла, а при обработке титановых сплавов — не более шести.

Перовые сверла (рис. 2.8, в) являются наиболее простыми по конструкции. Они применяются при обработке твердых поковок, а также ступенчатых (рис. 2.8, г) и фасонных отверстий.

Рабочая часть этих сверл выполняется в виде пластинки, снабженной у торца режущей частью. Режущая часть имеет две режущие кромки, угол между которыми 2φ = 90° — для обработки мягких материалов и 140° — для твердых. В результате пересечения задних плоскостей обоих режущих кромок создается поперечная режущая кромка. Угол наклона ее обычно равен 55...60°. Для уменьшения трения калибрующая часть сверла имеет фаску f шириной 0,2..0,5 мм, вспомогательный боковой задний угол α1 = 5...8° и утонение по диаметру в пределах 0,05...0,10 мм по всей длине сверла.

К недостаткам перовых сверл относятся большие отрицательные передние углы, плохое направление сверл в отверстии, затруднительные условия отвода стружки, малое число переточек. Для улучшения процесса резания передняя поверхность снабжается лункой, но это приводит к соответствующему снижению прочности режущей части. Перовые сверла больших диаметров обычно изготовляются со вставной рабочей частью. Для облегчения процесса резания у сверл больших диаметров на режущих кромках делают стружкоразделительные канавки.

Многие детали имеют отверстия, длина которых превышает диаметр сверла в 5... 10 раз. Сверление таких отверстий связано с большими трудностями по отводу стружки и подводу смазывающе-охлаждающей жидкости в зону резания, необходимостью обеспечения более точного направления сверла при работе и т. п. Эти требования в отношении глубокого сверления можно выполнить с помощью специальных сверл: пушечных, ружейных и др. Рабочая часть пушечного сверла представляет собой полукруглый стержень, плоская поверхность которого является передней поверхностью (рис. 2.8, д). На торце стержня перпендикулярно к оси сверла создается режущая кромка. Задняя торцевая плоскость сверла затачивается под углом α = 10...20°.

Для лучшего направления сверло имеет цилиндрическую опорную поверхность, на которой срезаются лыски под углом 30... 45° и делается обратная конусность порядка 0,03...0,05 мм на 100 мм длины рабочей части. В результате этого уменьшается трение сверла о стенки обрабатываемого отверстия. Пушечное сверло работает в тяжелых условиях, имеет неблагоприятную геометрию передней поверхности, не обеспечивает непрерывного процесса резания, так как для удаления стружки приходится периодически выводить сверло из отверстия. Более совершенными сверлами для глубокого сверления являются ружейные сверла (рис. 2.8, е). Они имеют рабочую часть 1 и стебель 2. Рабочая часть представляет собой трубку с продольным прямолинейным пазом. Через отверстие в трубку подводится к режущей части сверла смазывающе-охлаждающая жидкость, которая выходит по продольному пазу наружу, увлекая при этом и стружку. Для облегчения резания и лучшего направления вершина сверла смещена относительно его оси на 0,25 диаметра сверла. Сверло имеет одну режущую кромку, состоящую из наружной и внутренней частей. Угол в плане на обоих участках кромки обычно принимается равным 60°, а задний угол — 12—15°. Для уменьшения трения сверла о стенки отверстия на рабочей части делается обратная конусность 0,1...0,3 мм на 100 мм длины, а также снимаются лыски.

Такие сверла по сравнению с пушечными сверлами имеют лучшее направление, отвод стружки и подвод к зоне резания смазывающе- охлаждающей жидкости, что приводит к повышению стойкости инструмента. Они обеспечивают непрерывный процесс резания и высокое качество обработанной поверхности. Эти сверла имеют лишь одну режущую кромку, что снижает их производительность.

При глубоком сверлении отверстий, диаметр которых более 20 мм, применяется сверло, имеющее четыре направляющие ленточки. Это способствует лучшему центрированию его в отверстии. Для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости в стебле сверла предусмотрено отверстие, которое соединяется с мелкими отверстиями, распределяющими жидкость по режущим кромкам. На главных режущих кромках делаются стружкоразделительные канавки, которые способствуют раздроблению стружки и лучшему вымыванию ее охлаждающей жидкостью.

Глубокое сверление отверстий сравнительно малого диаметра производится удлиненными спиральными сверлами. Наиболее удачными являются спиральные сверла с отверстиями для подачи охлаждающей жидкости под давлением в зону резания, что улучшает отвод стружки и повышает стойкость инструмента. Однако при сверлении на глубину, равную восьми диаметрам и более, стабильный отвод стружки этими сверлами не обеспечивается.

Чтобы обеспечить удаление большого количества стружки из обрабатываемого отверстия, обработку производят с периодическими выводами сверла. Этот процесс характеризуется малой производительностью в силу значительной затраты времени на периодические выводы сверла из отверстия. Стремление приспособить конструкцию стандартного сверла для глубокого сверления не приводит к желательным результатам.

При глубоком сверлении одновременно трудно обеспечить надежный отвод стружки из зоны резания и создать на режущей части сверла требуемые величины геометрических параметров. Поэтому целесообразно разработать конструкцию сверла для глубокого сверления, у которой форма винтовой канавки определяется исходя из условия нормального отвода стружки, а необходимые геометрические параметры режущей части создаются заточкой передних и задних поверхностей. Примером подобной конструкции могут служить шнековые сверла для обработки отверстий глубиной до 30...40 диаметров в чугуне (рис. 2.8, ж).

В отличие от стандартных шнековые сверла имеют увеличенные угол наклона винтовых канавок ω = 60° и толщину сердцевины, равную 0,3...0,35 диаметра сверла. Диаметр сердцевины не изменяется по длине сверла, в то время как у стандартных сверл он увеличивается при перемещении от режущей части к хвостовику. Стружечные канавки шнекового сверла имеют в осевом сечении прямолинейный треугольный профиль с закруглением во впадине. Образующая рабочей стороны канавки идет перпендикулярно к оси сверла. Канавка сверла плавно переходит в спинку зуба, идущую под углом к оси, образуя ленточку заданного размера. У шнековых сверл ширина ленточки берется равной 0,5...0,8 ширины ленточки стандартного сверла.

Увеличенный угол наклона винтовых канавок и их соответствующий профиль обеспечивают при глубоком сверлении надежное удаление стружки из зоны резания без выводов сверла из отверстия. Требуемые величины геометрических параметров на режущей части шнекового сверла создаются подточкой передней поверхности и заточкой задней. При обработке чугуна геометрические параметры таковы: статический передний угол 12—18°, задний угол 12... 15°, угол при вершине сверла 2φ = 120...130°. При обработке стали передний и задний углы берутся в пределах 12...15°, а угол при вершине 90°. Глубокое сверление высокопрочной стали типа 1Х18Н9Т производится шнековыми сверлами, имеющими угол наклона винтовой канавки ω = 35°, угол при вершине сверла 2φ = 120°, задний угол 8...10°, передний угол 12... 15°.

При обработке глубоких отверстий сравнительно больших диаметров применяются сверла для кольцевого сверления (рис. 2,8, и). Кольцевое сверло представляет собой полый цилиндр, на торце которого закреплены режущие зубья, число которых колеблется от трех до двенадцати. На наружной поверхности кольцевого сверла прорезаны стружечные канавки, расширяющиеся к нерабочему торцу, для облегчения удаления стружки.

При проектировании кольцевых сверл можно применять различные схемы резания: деление ширины резания; деление подачи; комбинированную. По схеме деления ширины резания подача, приходящаяся на каждый зуб, равна подаче в целом на инструмент. Каждый зуб срезает стружку небольшой ширины, в совокупности же все зубья инструмента снимают полную ширину резания. Схема деления подачи обеспечивает срезание полной ширины резания каждым зубом инструмента. Благодаря этому значительно увеличивается подача на оборот инструмента в целом, которая равна произведению подачи на зуб на число зубьев. Однако условия работы инструмента, сконструированного по схеме деления подачи, затруднительно, так как при полной ширине резания стружка своими торцами соприкасается с боковыми поверхностями отверстия, усложняя ее отвод. Поэтому чаще всего используется комбинированная схема резания, когда происходит разделение и ширины реза и подачи между отдельными зубьями.

На работу инструмента влияют стружколомы или выкружки на передней поверхности зубьев, которые обеспечивают получение дробленой стружки с эффективным отводом ее из зоны резания. Отвод стружки при кольцевом сверлении происходит во взвешенном состоянии в потоке охлаждающей жидкости, подаваемой под давлением в зону резания.

Для глубокого кольцевого сверления рекомендуются следующие размеры выкружек: радиус выкружки (20...25) Sz, высота (12... 16) Sz и длина (22...28) Sz, где Sz — подачи на зуб.

Надежным методом дробления стружки является кинематический, когда обработка ведется с принудительными вибрациями, создавая прерывистое резание, что особенно эффективно при кольцевом сверлении легированных сталей и других материалов.

Величины задних углов на режущих кромках выбираются небольшие, около 3...50, так как большие задние углы дают неплавное резание в начале работы инструмента. По мере затупления инструмента вибрации постепенно прекращаются.

Применение кольцевых сверл обеспечивает по сравнению со сплошным сверлением значительное повышение производительности труда.

Особую группу сверл составляют центровочные сверла, предназначенные для обработки центровых отверстий. Они бывают простые (рис. 2.8, к), комбинированные (рис. 2.8, л), комбинированные с предохранительным конусом (рис. 2.8, м).

Простые спиральные сверла отличаются от обычных спиральных сверл только меньшей длиной их рабочей части, так как ими сверлятся отверстия небольшой длины. Они применяются при обработке высокопрочных материалов, в то время как комбинированные сверла часто ломаются.

Комбинированные сверла изготовляются двухсторонними и предназначены для одновременной обработки как цилиндрической, так и конической поверхностей центрового отверстия. Это приводит к повышению производительности обработки.

Комбинированные сверла с предохранительным конусом позволяют обрабатывать не только цилиндрическую и коническую поверхности центрового отверстия, но и поверхность предохранительного конуса с углом при вершине, равным 120°.

 В промышленности используются различные типы зенкеров (рис. 2.9).

 

Осевые универсальные инструменты для обработки отверстий

Наибольшее распространение получили зенкера для расширения на 1...8мм цилиндрических отверстий (рис. 2.9, д). Они позволяют получить точность обработки отверстий по 11 квалитету и шероховатость обработанной поверхности Rz — 10...80 мкм. При обработке более точных отверстий зенкера являются промежуточным инструментом между сверлами и развертками.
 
По сравнению с обработкой отверстий расточными резцами зенкерование имеет такие преимущества:
 
  1. Отпадает необходимость выставлять инструмент для врезания, что позволяет повысить производительность и использовать рабочих более низкой квалификации.
  2. Зенкер имеет большое число зубьев (3...4 зуба), что повышает его стойкость; медленнее теряет размер по диаметру; оказывает меньшее изгибающее усилие на шпиндель станка.

Цельные зенкера подобно сверлам имеют винтовые стружечные канавки с углом наклона ω — 15...25°, зенкера сборные выполняются с наклонными прямыми канавками. Режущие кромки зубьев зенкера с его осью составляют угол φ = 45...60°. Для повышения стойкости, особенно твердосплавных зенкеров, затачивают переходную кромку на периферии зуба с углом φ0 = 30°, длиной 0,3... 1,0 мм. Диаметр сердцевины равен (0,45...0,8) d, где d — диаметр зенкера. Для направления зенкера каждый его зуб снабжается цилиндрической ленточкой шириной (0,1...0,05) d. Для уменьшения трения в процессе работы ленточки выполняются с обратной конусностью 0,04...0,10 мм на 100 мм длины. Диаметр в начале режущей части зенкера делается меньше диаметра предварительно обработанного отверстия, что обеспечивает плавное вхождение зенкера в обрабатываемое отверстие. Зенкера для обработки цилиндрических углублений под головки винтов (рис. 2.9, е) имеют винтовые зубья и режущие кромки на торце с углом φ = 90°. Они имеют направляющую цилиндрическую часть— цапфу, которая при обработке перемещается по предварительно обработанному отверстию и обеспечивает соосность обработанного и направляющего отверстий. Цапфа может быть выполнена как одно целое с зенкером или быть съемной. Съемные цапфы имеют разные диаметры, что расширяет возможности применения зенкера. В этом случае упрощается заточка торцевых зубьев, так как она производится при снятой цапфе. Зенкера для обработки конических углублений (рис. 2,9, ж) представляют собой конус, на наружной поверхности которого прорезаны прямые зубья (число их колеблется от 2 — для малых диаметров до 12 — для больших).

У зенкеров для обработки торцевых плоскостей бобышек, различных приливов и т. п. (рис. 2,9, и) зубья располагаются только на торце. Число их колеблется от 4 до 8. Чтобы зубьям зенкера было легче обрабатывать большие поверхности, стружкоразделительные канавки располагают в шахматном порядке. Зубья торцевых зенкеров часто выполняются твердосплавными, особенно при обработке чугунных заготовок.

Для чистовой обработки отверстий после сверления, зенкерования или растачивания применяют развертки (рис. 2.10). Развертывание позволяет получить точность обработки отверстий по 7...9-му квали- тетам и с шероховатостью Ra = 0,32...1,25 мкм. Припуск под развертывание на сторону черновых разверток колеблется в пределах 0,15... 0,50 мм, а для чистовых — 0,05...0,25 мм. Высокая точность и качество поверхности при развертывании обеспечиваются малыми припусками и срезанием весьма тонких стружек, благодаря наличию у разверток сравнительно большого числа режущих зубьев (6... 14). Наибольшее распространение получили цилиндрические развертки,

 

Осевые универсальные инструменты для обработки отверстий

 

 

предназначенные для обработки цилиндрических отверстий. Они могут быть ручными и машинными. Режущие кромки зубьев развертки с ее осью составляют угол φ. У ручных разверток угол φ = 1...2°, а у машинных при обработке стали φ = 12... 15°. Используются развертки с другими величинами углов φ. Стандартные развертки изготовляются с неравномерным окружным шагом, что способствует повышению точности обработки. Обычно канавки у разверток выполняются прямыми, что упрощает их изготовление и контроль. Для обработки отверстий, прерывающихся по длине или имеющих продольные канавки, целесообразно применять развертки с винтовыми зубьями. Угол наклона винтовых зубьев у разверток доходит до φ = 30...45°. Направление винтовых канавок делается обратным направлению вращения для устранения самозатягивания и заедания развертки в отверстии. Развертки с винтовыми канавками используются для получения малой шероховатости обработанной поверхности, но при этом необходимы значительные усилия подачи. Развертки относительно малого диаметра изготовляются с коническим или цилиндрическим хвостовиком, который служит для ее закрепления. Насадные развертки снабжаются центральным отверстием и закрепляются на оправках.

Находят применение разжимные и сборные развертки с быстрорежущими и твердосплавными вставными зубьями, которые после износа и переточек могут быть отрегулированы на требуемый размер, что повышает срок службы их. Разжимные развертки используются при ремонте всевозможных машин (рис. 2.10, а). Они позволяют в определенных пределах регулировать размер диаметра. Это дает возможность применять одну и ту же развертку при обработке отверстий различных диаметров.

 

Рабочая часть разжимных разверток снабжена отверстием, ось которого совпадает с осью инструмента и продольными прорезями. Диаметр разверток регулируется с помощью шарика, который вставляется в коническое отверстие и поджимается регулировочным винтом. Такие развертки изготовляются диаметром от 6 до 50 мм и позволяют изменять его в пределах 0,15...0,50 мм.

Для восстановления размера диаметра по мере износа применяются конструкции сборных разверток, с креплением зубьев в корпусе с помощью рифлений, винтов и т. п. Развертка, у которой вставные зубья с рифлениями закрепляются с помощью клина, допускает регулировку по диаметру перестановкой зубьев на рифлениях с их последующим шлифованием по диаметру и заточкой (рис. 2.10,6). Во избежание осевого сдвига предусматриваются упорные кольца.

Для обработки конических отверстий применяют конические развертки (рис. 2.10, а). При этом отверстие, предварительно обработанное, может быть цилиндрическим или коническим. Отверстия с небольшим припуском развертываются на конус за один проход. При обработке же конических отверстий, когда требуется снимать значительный припуск, используют комплект конических разверток.

Черновая развертка имеет ступени на зубьях, расположенные по винтовой линии. Торцевыми кромками каждой ступени развертка срезает узкие стружки, свободно размещающиеся в канавках. Эта развертка превращает цилиндрическое отверстие в ступенчатое. Вторая развертка снимает припуск меньше, чем черновая. Режущие кромки промежуточной развертки снабжены стружкоразделительными канавками, которые образуются нарезанием прямоугольной резьбы. Чистовая развертка выполняется без стружкоразделительных канавок и сни- мает стружку всей прямолинейной режущей кромкой, расположенной на образующей конуса. Зубья развертки имеют плоскую переднюю поверхность, совпадающую с осевой плоскостью инструмента, т. е. передний угол чистовой развертки берется равным нулю.

Для развертывания отверстий в металлических листах применяют котельные развертки (рис. 2.10, г).

Смотрите также