Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Гапонюк А.С.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Методика сверления глубоких отверстий

Многие наиболее распространенные детали, применяемые в машинах и механизмах различного назначения, содержат отверстия. Несмотря на достаточно хорошо разработанную технологию обработки отверстий, вопросы, касающиеся обеспечения качества обработки при высокой производительности, еще до конца не решены. В значительной степени это относится к обработке глубоких отверстий.

К глубоким отверстиям (далее ГО) принято относить отверстия с соотношением длины L к диаметру d более пяти, то есть L : d > 5. Отсюда вытекают особенности их обработки − недостаточная жесткость применяемого инструмента и высокая склонность к упругим деформациям под воздействием усилия обработки.

Для получения глубоких отверстий малых диаметров и глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах в последнее время успешно применяют физико-химические процессы: электроэрозионный, анодномеханический, ультразвуковой. Применение сверления вместо других упомянутых выше методов образования глубоких отверстий производится либо тогда, когда оно является наиболее производительным, либо когда сверление обеспечивает наиболее полные требования точности или чистоты обработки.

В ряде случаев глубокое сверление, особенно скоростное, превосходит по производительности и качеству выполнения операций все другие существующие технологические процессы.

Поверхности глубоких отверстий, особенно имеющих большие диаметры (свыше 120 мм), зачастую не подвергаются закалке, а их качество обеспечивается в процессе механической обработки.

Эти технологии являются специфическими, а осуществление их требует соответствующего оборудования и технологического оснащения: специального режущего, вспомогательного, измерительного инструмента и приспособлений, и исполнения специальных технологических приемов.

При сверлении глубоких отверстий к режущим кромкам инструмента подводится в больших количествах СОЖ, которая является важным фактором, облегчающим процесс резания и повышающим производительность операции сверления.

Для достижения требуемой точности и качества поверхности глубоких отверстий предлагается использовать прогрессивный режущий инструмент: ружейные сверла, эжекторные сверла. Так же предлагается использование технологии глубокого сверления BTA (Boring and Trepanning Association).

Технология глубокого сверления ВТА предполагает подвод СОЖ по зазору между стенкой обрабатываемого отверстия и наружной поверхностью стебля.

Диаметр сверлильной трубы на 2-3 мм меньше диаметра сверлильной головки, что обеспечивает зазор между сверленым отверстием и наружным диаметром сверлильной трубы. В этот зазор под высоким давлением (10 - 80 бар) подается СОЖ. Такая схема подачи СОЖ позволяет доставлять охлаждающую жидкость непосредственно к режущим кромкам, а большие объемы прокачиваемой жидкости быстро удаляют из зоны резания стружку.

Система ВТА используется только на специализированных станках глубокого сверления, обеспечивающих необходимую схему подачи СОЖ и уплотнение между торцом обрабатываемой детали и устройством подачи СОЖ. Это один из самых высокопроизводительных методов глубокого сверления для вязких обрабатываемых материалов с плохим стружкообразованием, таких как коррозионно-стойкая сталь, сплавы на основе титана, низкоуглеродистые стали.

При эжекторном сверлении не требуется герметизировать зазоры между заготовкой и кондукторной втулкой, что упрощает наладку и обслуживание станка. Эжекторное сверление можно применить для получения отверстий в самых разнообразных деталях, включая и случаи сверления прерывистых отверстий, например, в коленчатых валах, траках и др.

Принципиальная схема эжекторного сверления показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – схема эжекторного сверления

При наладке всей системы очень важно распределить потоки СОЖ, подаваемой к инструменту. Задача состоит в том, чтобы уровень производительности эжектора обеспечил отсос из зоны резания всей поступающей туда СОЖ вместе со стружкой. А это очень сложно сделать, поскольку размеры щелей эжектора, как правило, фиксированы изготовителем инструмента для определенных СОЖ и параметров (расходы и давления) ее подвода.

 Применение эжекторного инструмента выявило определенные особенности его работы и позволило создать (и применить в практике отечественного производства) более совершенную конструкцию.

Эжекторный инструмент имеет жесткий стебель, поскольку наружная 1 и внутренняя 7 трубы скреплены между собой сварными заклепками. Единый стебель жестко соединен (тоже сварными заклепками 8) с хвостовиком 2. Втулка 4 в отверстии хвостовика 2 крепится винтами 5 (рисунок 2).

Рисунок 2 – Эжекторное сверло с регулируемым эжектором

Торец внутренней трубы в зоне хвостовика выполнен с наружным конусом и совместно с внутренним конусом втулки 4 представляет собой кольцевой эжектор, обеспечивающий неразрывный эжекционный поток при работе инструмента. Кольцевой зазор может быть отрегулирован за счет замены мерного кольца 6.

Применение эжекторных сверл позволяет обеспечить требуемую точность и качество поверхности глубоких отверстий, снизить время обратботки и увеличить период стойкости режущего инструмента.