Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Однолезвийная развертка для обработки отверстий повышенной точности

Однолезвийная развертка для обработки отверстий повышенной точности

Удельный вес отверстий повышенной точности в общей массе обрабатываемых отверстий постоянно растет. Поэтому в современной металлообработке получение отверстий повышенной точности становится все более актуальным, а методам, обеспечивающим необходимую точность, уделяется все возрастающее внимание. Один из методов получения требуемой точности отверстий резанием заключается в применении однолезвийных твердосплавных разверток.

На ОАО "КамАЗ" остро стоит проблема изготовления особо точных отверстий, например, отверстия в блоке цилиндров под гильзу, изготовленного по стандарту Евро-2 и Евро-3. По старой технологии для получения таких отверстий требовались следующие переходы: центрование, сверление, зенкерование, предварительное развертывание, чистовое развертывание и доводочная операция. Все это занимало очень продолжительный промежуток времени, требовалось большое количество разнообразного инструмента.

Решением этой проблемы является внедрение высокоточного однолезвийного инструмента, позволяющего производить обработку отверстия с высокой точностью. Данный инструмент работает на больших скоростях и имеет высокую стойкость, Отпадает необходимость обработки отверстия зенкером, предварительное развертывание и доводочная операция, как при использовании обычной развертки. Однолезвийная развертка позволяет разворачивать отверстие сразу после сверления.

Однолезвийные развертки имеют одно режущее лезвие и несколько направляющих (рис. 1). Режущее лезвие расположено в осевом направлении впереди направляющих. Таким образом, точка врезания всегда опережает точку контакта направляющих, и контакт направляющих с отверстием происходит по уже обработанной поверхности, т.е. не зависит от расположения, направления и качества поверхности предварительно обработанного отверстия. Эта особенность работы однолезвийных разверток определяет так называемый эффект "самонаправления".

Рис. 1. Однолезвийная развертка

Другая особенность однолезвийных разверток заключается в эффекте "выглаживания". Наличие одного режущего лезвия и, соответственно, однонаправленной результирующей силы резания, воспринимаемой двумя или тремя направляющими, определяет статическую и динамическую уравновешенность развертки. Кроме того, силы, возникающие на контактирующих поверхностях обрабатываемого отверстия и направляющих, вызывают пластическую деформацию поверхности обрабатываемого отверстия, уменьшая шероховатость поверхности обработки, в чем и проявляется эффект "выглаживания".

Качество изготовления однолезвийных твердосплавных разверток предопределяет их эксплуатационные возможности, поэтому выполнение всех технических требований при их изготовлении гарантирует положительный эффект их применения.

Допуск на исполнительный размер диаметра однолезвийных твердосплавных разверток может приниматься в соответствии с допусками на исполнительные размеры для соответствующих диаметров, классов точности и посадок цилиндрических многолезвийных доведенных разверток.

Однако в связи с тем, что однолезвийные развертки обеспечивают более высокую точность обработки, в том числе и меньшее разбивание отверстия, а также в связи с более высокими требованиями к их изготовлению, предпочтительно выполнение исполнительных размеров разверток по диаметру следующим образом:

  • максимальный размер развертки принимается меньше максимального размера обрабатываемого отверстия на 15% от поля допуска на это отверстие;
  • минимальный размер развертки принимается меньше максимального размера развертки на 50% от поля допуска на отверстие.

Таким образом, поле допуска на исполнительный размер однолезвийной развертки равно 35% поля допуска на обрабатываемое отверстие. При этом верхний предельный исполнительный размер развертки меньше максимального исполнительного размера отверстия на 15% от поля допуска на это отверстие.

Для однолезвийных разверток со сменным регулируемым ножом диаметр развертки определяется по окружности вершин направляющих.

Радиальное биение рабочей части инструмента относительно поверхности хвостовика не должно превышать 0,005 мм для диаметров до 10 мм, 0,010 мм для диаметров до 80 мм и 0,015 мм — для больших диаметров. При проверке в центрах биение окружности направляющих не должно быть более 0,005 мм во всех случаях.

Обратная конусность выдерживается на длине твердосплавной рабочей части по окружности направляющих инструмента в пределах 0,003... 0,008 мм. Шероховатость поверхности окружности направляющих развертки по диаметру Ra 0,1, заборного конуса направляющих — Ra 0,2.

Для обеспечения необходимой шероховатости поверхности окружности направляющих и их точности рекомендуется уделять значительное внимание качеству обработки поверхности и точности центровых отверстий. Центровые отверстия должны быть без забоин и разработанных мест, а шероховатость их поверхности должна быть не менее Ra 0,4, что обеспечивается доводкой центровых поверхностей.

Шлифование рабочей поверхности твердосплавных направляющих рекомендуется производить за два прохода — предварительно алмазным кругом АС6 (АС12) на бакелитовой основе и окончательно — кругом АСМ6 (АСМ10) на бакелитовой основе с концентрацией алмаза не менее 100 %. Припуск под окончательную обработку не должен превышать 0,03...0,05 мм на диаметр. Охлаждение — эмульсией. Окружная скорость — 20...25 м/с. Желательно использование кругов максимальных размеров 250, 300, 360 мм.

Фаски вдоль направляющих должны выполняться и на заборном конусе направляющих. Шероховатость поверхности фасок в пределах Ra 0,2...0,4.

Сменный нож устанавливается в паз корпуса развертки по ходовой посадке. Поверхность корпуса развертки в месте прилегания ножа должна выполняться с шероховатостью не более Ra 1,6, отклонение от плоскостности этой поверхности не должно превышать 0,05 мм.

Значительный зазор между корпусом и сменным ножом приводит к пакетированию в зазоре стружки, что способствует пакетированию стружки в отверстии при последующих проходах, ухудшает качество обработки и может привести к поломке ножа развертки. Для того чтобы уменьшить влияние этого параметра, было предложено уменьшить зазор до 0,005 мм.

Сменный нож должен иметь шероховатость поверхности:

  • передней — Ra 0,1;
  • задней поверхности заборного конуса и калибрующей ленточки — Ra 0,2.

Переточка сменного ножа производится только по задним углам.

Для передней поверхности при необходимости выполняется доводка мелкозернистой алмазной пастой АСМ6 (АСМ10) с незначительной добавкой керосина на чугунной плите.

При износе вершин направляющих предложено выполнять перешлифовку по заборному конусу мелкозернистым алмазным кругом и дополнительно доводку по окружности диаметра направляющих разрезной чугунной втулкой (100... 120 НВ) с мелкозернистой алмазной пастой и незначительным количеством керосина.

Основным методом соединения твердосплавных направляющих с корпусом является напайка, однако возможно применение клеевого соединения, например, клеем типа эпоксидного.

Выбор конкретных условий обработки зависит от многих факторов: последовательности процесса обработки отверстия, геометрических параметров заточки, установки режущего сменного ножа, режимов резания, назначения припуска, применения охлаждающей жидкости и инструментального материала. Для конкретных условий обработки должна быть проведена оптимизация основных факторов с обеспечением в результате требуемых точности и качества обработки при достаточной экономической стойкости инструмента.

Кинематические схемы применения однолез-вийных разверток универсального назначения могут быть различны. Инструменту может придаваться либо только движение подачи, либо движение подачи и одновременно вращения.

Технологические переходы при обработке отверстий однолезвийными развертками имеют существенное отличие от традиционной технологической схемы обработки отверстий многолезвийными развертками.

В качестве предварительной обработки при применении однолезвийных разверток достаточно сверления. Однако для больших диаметров получение отверстия литьем под обработку однолезвийной разверткой нежелательно из-за большого припуска и его неравномерности, значительного смещения оси отверстия, а также необходимости обработки по корке. В этих случаях требуется зенкерование отверстия с обеспечением требуемого припуска под обработку однолезвийной разверткой.

При использовании однолезвийных разверток на координатно-расточных и расточных станках выполняются следующие технологические переходы — центрование, сверление, расточка отверстия с обеспечением необходимого припуска под развертывание, расточка направляющего пояска и развертывание.

Применение однолезвийных разверток при обработке на координатно-расточных станках с такой схемой переходов обеспечивает практические результаты обработки по уводу оси отверстия и смещению координаты отверстия, равнозначные расточке резцом при многократных проходах. Поле рассеивания увода оси отверстия не превышает ±0,01 мм.

Использование однолезвийных разверток по шероховатости обработки и количеству переходов предпочтительнее расточки и не требует высокой квалификации оператора, обслуживающего станок.

Перебег развертки при обработке отверстия должен превышать величину заборной части развертки не менее чем на 2...3 мм.

Установка сменного регулируемого ножа в однолезвийных развертках чрезвычайно важна и должна осуществляться в централизованном порядке и контролироваться.

Смещение в осевом направлении вершины сменного регулируемого ножа относительно вершин направляющих принимается в пределах 0,4...1,0 мм, этот размер должен всегда превышать величину подачи, применяемой при обработке отверстия. Контроль этой величины может осуществляться на новой развертке по расположению торца ножа относительно торца развертки.

Сменный нож устанавливается с большей обратной конусностью, чем твердосплавные направляющие.

Диаметр окружности вершины сменного регулируемого ножа может быть больше диаметра окружности вершин направляющих или равным (рис. 2). Диапазон изменения размера с (см. рис. 2) -0,005...+0,030 мм. Выбор размера с зависит от обрабатываемого материала, режимов обработки, точности обработки по диаметру и геометрической форме, требуемого качества обрабатываемой поверхности, количества и качества охлаждающей среды и конструкции развертки.

Рис. 2. Конструкция однолезвийной развертки со сменным ножом

С повышением прочности обрабатываемого материала размер с увеличивается.

Для разверток с тремя направляющими применяется меньший размер с, чем для разверток с двумя направляющими.

Применение разверток с "отрицательным" размером с (диаметр окружности вершин направляющих больше диаметра окружности вершины ножа) возможно только при использовании обильного охлаждения, обеспечивающего необходимые смазочные свойства на контактирующих поверхностях стенок обрабатываемого отверстия и направляющих.

Количество, качество и тонкость фильтрации смазочно-охлаждающей среды определяют качество и точность обрабатываемой поверхности.

При обработке однолезвийными твердосплавными развертками требуется обильная подача смазоч но-охлаждающе й технологической среды (СОТС) в зону резания и на направляющие. СОТС должна обеспечивать полное удаление стружки и охлаждение режущей кромки и направляющих. Особенно это важно при работе в полуавтоматическом цикле на токарных автоматах и при применении разверток на станках с ЧПУ.

Количество, качество и тонкость фильтрации смазочно-охлаждающей среды определяют качество и точность обрабатываемой поверхности.

При обработке однолезвийными твердосплавными развертками требуется обильная подача смазоч но-охлаждающе й технологической среды (СОТС) в зону резания и на направляющие. СОТС должна обеспечивать полное удаление стружки и охлаждение режущей кромки и направляющих. Особенно это важно при работе в полуавтоматическом цикле на токарных автоматах и при применении разверток на станках с ЧПУ.

Стойкость однолезвийных разверток зависит от правильного выбора геометрических параметров заточки, режимов резания и охлаждения, качества охлаждающей жидкости и инструментального материала.

Средняя стойкость инструмента при обработке отверстий в деталях из серого чугуна твердостью 180...200 НВ составляет не менее 600 отверстий 7-го квалитета с соотношением длины к диаметру, равному 5, и принудительной сменой инструмента.

Применение однолезвийных разверток позволяет снизить трудоемкость обработки отверстий повышенной точности в Зраза, а себестоимость обработки—в 2...4 раза и дает возможность получать правильную геометрическую форму отверстия, обеспечивая сокращение на 50...75 % последующих доводочных операций, а в некоторых случаях исключает их полностью. Однолезвийная развертка обеспечивает в среднем не менее 5... 10 переточек, при этом не требуется перешлифовка заборного конуса направляющих и доводка самих направляющих более одного раза, а достаточно переточки по заборной части или смены ножа у разверток со сменным ножом.

Литература

  1. Фрумин Ю.Л. Комплексное проектирование инструментальной оснастки. М.: Машиностроение. 1987. 344 с.
  2. Развертки однолезвийные твердосплавные. Рекомендации по конструированию и эксплуатации.

Н.А.Чемборисов, А.Ф.Никитов, Л.Ф.Зарипов (КГТУ им. А.Н.Туполева)
Справочник. Инженерный журнал №8, 2005, стр.18-21

Статьи партнеров