Методы обработки отверстий и области их применения. Точность обработки отверстий различными методами.

Обработка отверстий выполняется несколькими способами, в зависимости от того, какие параметры точности и шероховатости поверхности отверстия заданы чертежом. В соответствии с выбранным способом обработки выбирается и инструмент для ее осуществления. При обработке отверстий различают три основных вида операций: сверление, зенкерование, развертывание и их разновидности: рассверливание, зенкование, цекование.

Сверление – это операция по образованию сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, выполняемая при помощи режущего инструмента – сверла. Различают сверление ручное – ручными пневматическими и электрическими сверлильными устройствами (дрелями) и сверление на сверлильных станках. Ручные сверлильные устройства используются для получения отверстий диаметром до 12 мм в материалах небольшой и средней твердости (пластмассы, цветные металлы, конструкционные стали и др.). Для сверления и обработки отверстий большего диаметра, повышения производительности труда и качества обработки используют настольные сверлильные и стационарные станки – вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные.

Одной из разновидностей сверления является рассверливание – увеличение диаметра отверстия, просверленного ранее. В качестве инструментов для рассверливания отверстий, также как и для сверления, используют сверла. Не рекомендуется рассверливать отверстия, полученные в заготовке методом литья, ковки или штамповки. Такие отверстия имеют различную твердость по поверхности отверстия из-за окалины, образующейся при литье, а также из-за неравномерной концентрации внутренних напряжений в металле на различных участках поверхности отверстий, полученных методом ковки или штамповки. Наличие мест с неравномерной и повышенной твердостью поверхности приводит к изменению радиальных нагрузок на сверло в процессе обработки отверстия, что ведет к смещению его оси, а также является причиной поломки сверла. Обработка отверстий сверлением и рассверливанием позволяет получить точность размеров обработанного отверстия до 10-го квалитета и шероховатость обработанной поверхности до Rz 80.

Зенкерованием называется операция, связанная с обработкой предварительно просверленных, штампованных, литых или полученных другими методами отверстий с целью придания им более правильной геометрической формы (устранение отклонений от круглости и других дефектов), а также достижения более высокой, по сравнению со сверлением, точности (до 8-го квалитета) и более низкой шероховатости (до Ra 1,25). Зенкерование ведут либо на настольных сверлильных станках (при небольших диаметрах отверстий), либо на стационарном сверлильном оборудовании, устанавливаемом на фундаменте. Ручное сверлильное оборудование для зенкерования не применяется, так как оно не может обеспечить получение требуемых точности и шероховатости поверхности. К разновидностям зенкерования относятся зенкование и цекование.

Основные правила зенкерования отверстий:

• сверление и зенкерование отверстий необходимо производить с одной установки детали (заготовки) на станке, т. е. меняя только обрабатывающий инструмент;

• при зенкеровании необработанных отверстий в корпусных деталях особое внимание следует обращать на надежность установки и прочность закрепления детали;

• необходимо точно соблюдать величину припуска на зенкерование, руководствуясь соответствующей таблицей;

• зенкерование следует производить на тех же режимах, что и сверление;

• необходимо соблюдать те же правила охраны труда, что и при сверлении.

Зенкование - это обработка на вершине просверленных отверстий цилиндрических или конических углублений под головки винтов и заклепок, а также фасок. Операция выполняется при помощи специального инструмента – зенковки.

Основные правила зенкования отверстий:

• необходимо соблюдать правильную последовательность зенкования отверстий: вначале просверлить отверстие, а потом осуществить его зенкование;

• сверление отверстия и его зенкование следует производить с одной установки заготовки (детали), сменяя только инструмент;

• зенкование следует выполнять при ручной подаче зенковки и малой частоте вращения шпинделя (не более 100 об/мин) с применением эмульсии, глубину зенкования надо проверять штангенциркулем или линейкой станка;

• при зенковании отверстий цилиндрической зенковкой, когда диаметр цапфы больше диаметра отверстия, необходимо вначале просверлить отверстие по диаметру цапфы, а затем зенковать отверстие. Заключительная операция – рассверливание отверстия на заданный размер.

Цекование – это операция по зачистке торцевых поверхностей при обработке бобышек под шайбы, гайки, стопорные кольца. Операция производится с помощью специального инструмента – це- ковки, которая устанавливается на специальных оправках.

Развертывание – это операция по обработке ранее просверленных отверстий с высокой степенью точности (до 6-го квалитета) и малой шероховатостью (до Ra 0,63). Обработка развертыванием выполняется после предварительного сверления, рассверливания и зенкерования отверстия развертками, которые подразделяются на черновые и чистовые, ручные и машинные. Осуществляется развертывание как вручную, так и на станках, как правило, стационарных. Конструкция инструмента выбирается в зависимости от применяемого метода обработки.

Основные правила развертывания отверстий:

• необходимо точно соблюдать величину припуска на развертывание, руководствуясь соответствующей таблицей;

• ручное развертывание следует выполнять в два приема: вначале черновое, а затем чистовое;

• в процессе развертывания отверстия в стальной заготовке необходимо обильно смазывать обрабатываемую поверхность эмульсией или минеральным маслом, чугунные заготовки следует развертывать всухую;

• ручное развертывание следует осуществлять только по часовой стрелке во избежание задиров стенок отверстия стружкой;

• в процессе обработки следует периодически очищать развертку от стружки;

• точность обработки развернутых отверстий следует проверять калибрами: цилиндрических – проходным и непроходным; конических – по предельным рискам на калибре. Развернутое коническое отверстие допускается проверять контрольным штифтом «на карандаш»;

• сверление и развертывание отверстий на сверлильном станке машинной разверткой необходимо производить с одной установки заготовки, меняя только обрабатывающий инструмент.

Сверление и рассверливание

Наиболее распространенным методом получения отверстий в сплошном материале является сверление. Движение резания при сверлении — вращательное, движение подачи — поступательное. Перед началом работы проверяют совпадение вершин переднего и заднего центров станка. Заготовку устанавливают в патрон и проверяют, чтобы ее биение (эксцентричность) относительно оси вращения не превышала припуска, снимаемого при наружном обтачивании. Проверяют также биение торца заготовки, в котором будет обрабатываться отверстие, и выверяют заготовку по торцу. Перпендикулярность торца к оси вращения можно обеспечить подрезкой, при этом в центре заготовки можно выполнить углубление для нужного направления сверла и предотвращения его увода и поломки.

Для обработки штучных заготовок устанавливают трехкулачковый патрон и производят расточку сырых кулачков, а для обработки деталей из прутка зажимную цангу и соответствующие размеру прутка вкладыши, подающую цангу и направляющую втулку. Сверла с коническими хвостовиками устанавливают непосредственно в конусное отверстие пиноли задней бабки. Если размеры конусов не совпадают, то сверла устанавливают посредством переходных втулок.

Для крепления сверл с цилиндрическими хвостовиками (диаметром до 16 мм) применяют сверлильные кулачковые патроны, которые устанавливают в пиноли задней бабки. Сверло закрепляется кулачками, которые могут сводиться и разводиться,(перемещаясь в пазах корпуса 2. На концах кулачков выполнены рейки, которые находятся в зацеплении с резьбой, имеющейся на внутренней поверхности кольца 4. От ключа 5 приводится во вращение втулка 3 с кольцом'/, по резьбе которого кулачки 6 перемещаются вверх или вниз в радиальном направлении. Для установки в пиноли задней бабки патроны имеют конические хвостовики /. Перед сверлением отверстий заднюю бабку перемещают по станине на такое расстояние от обрабатываемой заготовки, чтобы сверление можно было производить на требуемую глубину при минимальном выдвижении пиноли из корпуса задней бабки. Сверление начинают при вращающейся заготовке. Сверло плавно (без удара) подводят вручную (вращением маховика задней бабки) к торцу заготовки и производят сверление на небольшую глубину. Затем отводят Инструмент, останавливают заготовку и проверяют точность центрирования отверстия. Чтобы сверло не сместилось, в начале сверления производят зацентровку заготовки коротким спиральным сверлом большого диаметра или специальным центровочным сверлом с углом при вершине 90°. При этом в начале сверления поперечная кромка сверла не работает, что уменьшает смещение сверла относительно оси вращения заготовки. Для замены сверла маховик задней бабки поворачивают до тех пор, пока пиноль не займет в корпусе бабки крайнее правое положение, в результате чего сверло выталкивается винтом из пиноли. Затем в пиноль устанавливают нужное сверло. При сверлении отверстия, глубина которого больше его диаметра, сверло периодически выводят из отверстия и очищают его канавки и отверстие заготовки от накопившейся стружки.

Для уменьшения трения сверла о стенки отверстия подводят охлаждающую, жидкость, особенно при обработке стальных и алюминиевых заготовок. Чугунные, латунные и бронзовые заготовки можно сверлить без -охлаждения. Применение СОЖ позволяет повысить скорость резания в 1,4—1,5 раза. В качестве СОЖ рекомендуется применять раствор эмульсии (для сталей), компаундированные масла (для легированных сталей), раствор эмульсии и керосин (для чугуна и алюминиевых сплавов). Если на станке охлаждение не предусмотрено, то инструмент охлаждают смесью машинного масла с керосином. Применение СОЖ позволяет снизить осевую и тангенциальную силу резания при сверлении сталей на 10— 35 %, чугуна и цветных сплавов на 10— 18 %, алюминиевых сплавов на 30—40 %.

При сверлении на проход в момент выхода сверла из заготовки необходимо резко снизить подачу сверла. При выходе сверла из заготовки срезаемый слой металла неравномерно нагружают режущие кромки сверла, что может привести к поломке сверла. Поломка сверла происходит также из-за увеличения подачи и малой скорости резания, поэтому следует работать с возможно большими допустимыми скоростями резания и с возможно меньшими подачами.

Просверленное отверстие имеет минимальные погрешности, если ось сверла совпадает с осью вращения шпинделя станка, сверло правильно заточено и жестко закреплено. У правильно заточенного сверла работают обе режущие кромки и стружка сходит по двум спиральным канавкам.

Размеры отверстия при сверлении получаются больше заданных в следующих случаях: режущие кромки сверла имеют разную длину, хотя и заточены под одинаковыми углами; режущие кромки имеют разную длину и заточены под разными углами; режущие кромки имеют равную длину, но заточены под разными углами. При неправильно заточенном и затупленном сверле получается косое отверстие с низким качеством поверхности. Затупленные сверла служат причиной образования заусенцев у выходной части отверстия.

Неодинаковая длина режущих кромок и несимметричная их заточка, а также эксцентричное расположение перемычки и различная ширина ленточек при сверлении вызывают по мере углубления сверла в заготовку неравномерное действие на ленточку радиальных составляющих сил резания, увеличение сил трения, защемление сверла в отверстии и, следовательно, его поломку.

Если глубина отверстий превышает пять диаметров, то такие отверстия принято называть глубокими. При сверлении глубоких отверстий применяют длинные спиральные сверла с обычными геометрическими параметрами. При сверлении детали периодически выводят сверло из глубокого отверстия для охлаждения его. и удаления накопившейся в канавках стружки. Для повышения производительности применяют сверла с принудительным отводом стружки, который осуществляется жидкостью (реже воздухом), подводимой в зону резания под давлением. С увеличением глубины сверления ухудшаются условия работы сверла, отвод теплоты, повышается трение стружки о стенки канавок сверла, затрудняется подвод СОЖ к режущим кромкам сверла и др. Поэтому при глубине сверления более трех диаметров отверстия скорость резания уменьшают.

Спиральные сверла изготовляют из сталей: углеродистой марки У12А, легированной марки 9ХС, быстрорежущей марки Р6М5, а также из твердых сплавов марок ВК6М, ВК8 и ВК15 и др.

При ручной подаче сверла трудно обеспечить ее постоянное (стабильное) значение. Для стабилизации подачи используют различные устройства. Механическую подачу сверла осуществляют суппортом токарного станка. В резцедержателе станка устанавливают сверло 1 (7.3, а) с помощью прокладок 2 и 3 так, чтобы ось сверла находилась на линии центров. Если сверло 1 с коническим хвостовиком, то применяют державку 2 с соответствующим коническим отверстием (гнездом). После выверки осей сверла и центров сверло подводят вручную к торцу заготовки и начинают сверление, а затем после зацентровки включают механическую подачу суппорта. Перед выходом сверла из заготовки механическую подачу значительно

уменьшают или отключают и заканчивают сверление ручной подачей.

При сверлении отверстий диаметром 5—30 мм в стальных деталях автоматические подачи равны 0,1—0,3 мм/об, а в чугунных — 0,2—0,6 мм/об, что составляет примерно 0,02—0,03 диаметра сверла. Скорость резания при работе сверлами из быстрорежущей стали равна 30— 35 м/мин и в 2—3 раза больше при работе твердосплавными сверлами.

Резание при сверлении по сравнению с точением имеет ряд отличительных особенностей. Спиральное сверло является многолезвийным инструментом и совершает работу резания пятью режущими кромками (двумя главными, двумя вспомогательными и поперечной). На каждую точку А на режущей кромке сверла (7.4) действует сила Р, которая может быть разложена на составляющие силы Рх, Ру и Pz по осям X, Y и Z.

Основную работу сверления выполняют две режущие кромки, а поперечная кромка (угол резания ее более 90°) под действием осевой силы резания сминает металл.

Для повышения эффективности работы спиральных сверл производят подточку поперечной кромки, изменение угла при вершине, подточку ленточки, двойную заточку и др.

Сверление сверлами повышенной жесткости (при большой глубине сверления) с утолщенной сердцевиной сопровождается большими осевыми усилиями. Для снижения осевых усилий применяют различные формы подточки поперечной режущей кромки. Следует стремиться к возможно большей симметрии заточки. Асимметричная заточка инструмента вызывает разбивку отверстия и ускоренное изнашивание режущих кромок. Подточка поперечной кромки увеличивает передний угол на участках вблизи

поперечной кромки и уменьшает ее длину, а также снижает деформации металла заготовки и повышает стойкость сверла в 1,5—2 раза.

Стандартные сверла имеют угол при вершине 118°, однако для обработки более твердых материалов (и более глубоких отверстий) рекомендуется применять сверла с углом при вершине 135°. Увеличение угла при вершине приводит к образованию более толстых и узких стружек при той же подаче на оборот. Это облегчает сверление материалов, склонных упрочняться при обработке. Сверление мягких цветных металлов, пластмасс и мягкого чугуна осуществляют сверлами с углами при вершине 60—90°. Уменьшение угла при вершине приводит к образованию более тонких стружек и уменьшению абразивного изнашивания по уголкам.

В зависимости от диаметра сверла ширина второй режущей кромки может составлять В = 25ч-15мм. В некоторых случаях производят заточку режущей кромки по радиусу. Двойная (ступенчатая) или радиусная заточка повышает стойкость сверла при сверлении стали в 2—3 раза, а при сверлении чугуна — в 3—6 раз. Это объясняется тем, что при такой заточке режущие кромки сверла удлиняются и уголки у ленточек получаются более массивными, чем улучшается отвод теплоты.

При сверлении отверстий большого диаметра (свыше 25—30 мм) усилие подачи может оказаться чрезмерно большим. В таких случаях отверстие сверлят в несколько приемов, т. е. рассверливают его.

Сначала сверлят отверстие малого диаметра, при этом диаметр сверла должен быть больше поперечной кромки большего сверла, обычно диаметр меньшего сверла равен половине большего. Режимы резания при рассверливании обычно те же, что и при сверлении.

 

Подготовка заготовок к сверлению.

Получение качественного глубокого отверстия связано с выполнением ряда подготовительных операций. Характер этих операций зависит от размеров и формы заготовки, от способа установки детали на станках, где будут производиться операции сверления и расточки и от способа выполнения этих операций, от применяемого инструмента.

В зависимости от назначения деталей и от производственных условий, заготовками могут быть поковки, прокат, центробежные отливки; поэтому имеются различия в выполнении как основных, так и подготовительных операций. Заготовки любого вида до поступления в механический цех должны быть выправлены и проверены.

 

На заготовках, не имеющих центрального отверстия:

1. обработка торцев;

2. разметка центров;

3. центровка;

4. черновое обтачивание по наружной поверхности;

5. обточка контрольных поясков и мест под люнеты.

 

На заготовках, имеющих центральное отверстие:

1. обработка торцев;

2. разметка отверстия под технологические пробки;

3. расточка отверстий под технологические пробки;

4. черновое обтачивание по наружной поверхности на технологических пробках;

5. обточка контрольных поясков и мест под люнеты на технологических пробках.

 

Пояснения:

Переход 1 – необходим для исключения повреждений режущего инструмента при его входе и выходе, оба торца должны быть обрезаны на пиле или подрезаны на токарном станке. Если сверление производится с внутренним отводом стружки (через борштангу), то для обеспечения уплотнения маслоприемника передний торец заготовки должен быть подрезан с чистотой не ниже Ra6,3.

Переходы 2, 3 – пояснений не требуют.

Переход 4 – черновое обтачивание уменьшает биение заготовок при сверлении и растачивании, уменьшает коробление заготовок в процессе обработки глухого отверстия, облегчает выявление наружных дефектов заготовки. Биение начерно обточенных заготовок при медленном вращении (n = 60 об/мин) не должно превышать 0,0005-0,0008 от длины заготовки в мм.

Переход 5 – контрольные пояски шириной 40 – 50 мм, обработанные с чистотой не ниже Ra3,2 при эллиптичности в пределах поля допуска е8 – h11, служат для выверки заготовки при установке на станках.