|
Металлообработка на заказ Мелкосерийное производство |
г.Железнодорожный, ул.Автозаводская, 48а +7-916-278-83-26 alex@cncpower.ru Мы в социальных сетях:
|
Глубокое сверление. Металлообработка
Проблема глубокого сверления металлов всегда была актуальной в промышленности. Технология сверления развивалась по мере развития материаловедения, теории резания и технической оснащенности оборудования.
Немного теории
Технологическая операция — сверление, имеет ряд особенностей. Это связано с динамическим изменением параметров резания по мере удаления от оси вращения сверла, ограниченностью пространства и конструктивными решениями способа процесса резания.
1. Угол режущего клина меняется, от положительного значения до отрицательного, по мере приближения к оси вращения. Это приводит к тому, что разрывающая энергия клина переходит в энергию пластической деформации, т.е. в точке оси вращения (и вокруг нее) разрушение структуры металла происходит только под действием осевой составляющей сил резания, т.е. обработка давлением.
2. Максимальное значение скорости резания находится на точке перехода режущей кромки на ленточку сверла. Здесь же возникают максимальные истирающие факторы и температурные значения.
3. Объем отделяемого металла не может быть равен объему стружкоотводящей канавки в единицу времени, т.е. необходимо создание условий, когда стружка удаляется быстрее, чем образуется. Но силы трения, возникающие между стружкой и канавкой, а также стружкой и деталью, препятствуют ее удалению из зоны резания. Это является главной трудностью при глубоком сверлении.
Вся история глубокого сверления — это история поиска способов снижения воздействия этих факторов. Именно снижения, т.к. устранить их невозможно.
Ружейное сверло
Название по ТУ 2-034-722-80 — “Сверло ружейное одностороннего резания с внутренним подводом СОЖ”. Диаметры сверления 7,5…30 мм, длина 140…1700 мм. Сверло имеет внутренний канал и прямолинейную наружную выборку для отвода стружки. Твердосплавная напайка играет одновременно роль режущего элемента и элемента центрирующего (по боковым поверхностям напайки). Смещение вершины (в плане) режущей кромки относительно оси вращения и наклон режущей кромки в радиальном направлении позволяют оставлять в центре небольшую бобышку, которая обламывается стружкой. Давление в системе подачи СОЖ должно обеспечивать безусловное удаление стружки и может достигать 150 бар (расход жидкости до 120 л/мин). Дополнительные условия:
• наличие направляющего (пилотного) отверстия;
• поддерживающие устройства (люнет, втулки);
• привод подачи сверла должен иметь возможность быстрого (периодического) вывода сверла;
• заточка (взаимное расположение опорных поверхностей и режущей кромки) имеет определяющее значение для качества отверстия;
• основной критерий выбора подачи — процесс образования стружки, который зависит от пластичности обрабатываемого материала.
Кольцевое (коаксиальное) сверло
Название по ТУ 2-035-859-81 — ‘’Сверло многолезвийное с торцевым расположением резцовых пластин”. Диаметр сверления от 20 мм. Общий конструктивный принцип — на торце полого цилиндра закреплены или впаяны твердосплавные пластины (более 3-х). Расположение и длина опорных элементов определяется конструкцией сверла. Размещение и заточка зубьев должны обеспечивать дробление стружки и возможность ее отвода внутри сверла. Оптимальная схема размещения режущих кромок по торцу резцовой оправки похожа на зубья ножовочного полотна, свернутого в кольцо.
Значительное распространение этот способ сверления получил с развитием технологии изготовления ТС пластин высокой точности и станков с ЧПУ, у которых возможно контролируемое перемещение в полярных координатах для изготовления посадочного места пластин. Быстросъемные пластины упростили замену изношенных элементов и переналадку на другой типоразмер. Для достижения максимальной эффективности требуется сообщать вращательное движение сверлу и детали, что возможно на специализированном оборудовании. Сложный момент — выход сверла с обратной стороны детали. Проблема разрешается с помощью технологического припуска. Блок подвода СОЖ прижимается к торцу детали. Жидкость под давлением проходит в зазор между отверстием детали и сверлильной трубой (30…50 л/мин). Вытекает через ее внутреннюю полость и выносит стружку.
Скоростное глубокое сверление
Появлению этого понятия предшествовали достижения: в материаловедении — получение углеродного волокна (углепластика) и износостойких покрытий на основе нитридов титана; в порошковой металлургии — технологии получения высокоточных и прочных сплавов спеканием; в машиностроении — появление высокоскоростных двигателей (20…40 тыс. об/мин) и шаговых двигателей подач. В результате появился целый класс инструмента — сверло:
• с внутренним каналом для подвода СОЖ под давлением;
• со спиральной канавкой типа шнек, геометрия которой позволяет создавать осевую составляющую сил, возникающих от трения стружки о поверхность детали, и направленную к хвостовику;
• с износостойким покрытием.
Заточка шнекового сверла для глубокого сверления имеет свои особенности. Оформление задней поверхности режущей кромки производится по сложной траектории, которая позволяет свести линию перехода одной кромки в другую к точке. Дополнительно выполняется подточка по передней поверхности. Требования к точности выполнения угла заточки в плане должны обеспечиваться технологически. Шнековая канавка полируется по всей длине.
Высокие скорости вращения сверла, в сочетании с повышенной износостойкостью покрытия, отчасти сняли проблему удаления стружки, т.к. уменьшилось поперечное сечение стружки (уменьшение подачи в мм/об). Прочностные характеристики режущей кромки позволяют увеличивать осевое усилие подачи, но большая длина сверла накладывает свои ограничения. В этом случае, повышение числа оборотов (до 30…40 тыс. об/мин) увеличивает поперечную устойчивость сверла за счет увеличения момента инерции.
Дополнительный фактор, который существенно влияет на прочностные характеристики сверла — это давление СОЖ внутри сверла (100…150 бар). Кроме смазывающе-охлаждающих функций и отвода стружки, жидкость под давлением придает дополнительную жесткость инструменту и в тоже время обладает демпфирующими свойствами (гашение автоколебаний).
Производство инструмента для глубокого сверления — это высокотехнологичные процессы, которые требуют соответствующего оборудования и, в тоже время, ограниченную сферу применения. Поэтому производством такого инструмента занимаются специализированные фирмы с минимальными непроизводственными издержками (реклама, представительства и пр.) или компании, имеющие значительные производственные ресурсы. К примеру, ружейные сверла делает (и только их) Hammond and Company, England, а шнековые сверла с отверстием для СОЖ делают Werkzeuge Karl-Heinz Arnold (Германия) и WIDIA-Hanita ™ (Япония/Южная Корея).
М.Мутыхляев
Немного теории
Технологическая операция — сверление, имеет ряд особенностей. Это связано с динамическим изменением параметров резания по мере удаления от оси вращения сверла, ограниченностью пространства и конструктивными решениями способа процесса резания.
1. Угол режущего клина меняется, от положительного значения до отрицательного, по мере приближения к оси вращения. Это приводит к тому, что разрывающая энергия клина переходит в энергию пластической деформации, т.е. в точке оси вращения (и вокруг нее) разрушение структуры металла происходит только под действием осевой составляющей сил резания, т.е. обработка давлением.
2. Максимальное значение скорости резания находится на точке перехода режущей кромки на ленточку сверла. Здесь же возникают максимальные истирающие факторы и температурные значения.
3. Объем отделяемого металла не может быть равен объему стружкоотводящей канавки в единицу времени, т.е. необходимо создание условий, когда стружка удаляется быстрее, чем образуется. Но силы трения, возникающие между стружкой и канавкой, а также стружкой и деталью, препятствуют ее удалению из зоны резания. Это является главной трудностью при глубоком сверлении.
Вся история глубокого сверления — это история поиска способов снижения воздействия этих факторов. Именно снижения, т.к. устранить их невозможно.
Ружейное сверло
Название по ТУ 2-034-722-80 — “Сверло ружейное одностороннего резания с внутренним подводом СОЖ”. Диаметры сверления 7,5…30 мм, длина 140…1700 мм. Сверло имеет внутренний канал и прямолинейную наружную выборку для отвода стружки. Твердосплавная напайка играет одновременно роль режущего элемента и элемента центрирующего (по боковым поверхностям напайки). Смещение вершины (в плане) режущей кромки относительно оси вращения и наклон режущей кромки в радиальном направлении позволяют оставлять в центре небольшую бобышку, которая обламывается стружкой. Давление в системе подачи СОЖ должно обеспечивать безусловное удаление стружки и может достигать 150 бар (расход жидкости до 120 л/мин). Дополнительные условия:
• наличие направляющего (пилотного) отверстия;
• поддерживающие устройства (люнет, втулки);
• привод подачи сверла должен иметь возможность быстрого (периодического) вывода сверла;
• заточка (взаимное расположение опорных поверхностей и режущей кромки) имеет определяющее значение для качества отверстия;
• основной критерий выбора подачи — процесс образования стружки, который зависит от пластичности обрабатываемого материала.
Кольцевое (коаксиальное) сверло
Название по ТУ 2-035-859-81 — ‘’Сверло многолезвийное с торцевым расположением резцовых пластин”. Диаметр сверления от 20 мм. Общий конструктивный принцип — на торце полого цилиндра закреплены или впаяны твердосплавные пластины (более 3-х). Расположение и длина опорных элементов определяется конструкцией сверла. Размещение и заточка зубьев должны обеспечивать дробление стружки и возможность ее отвода внутри сверла. Оптимальная схема размещения режущих кромок по торцу резцовой оправки похожа на зубья ножовочного полотна, свернутого в кольцо.
Значительное распространение этот способ сверления получил с развитием технологии изготовления ТС пластин высокой точности и станков с ЧПУ, у которых возможно контролируемое перемещение в полярных координатах для изготовления посадочного места пластин. Быстросъемные пластины упростили замену изношенных элементов и переналадку на другой типоразмер. Для достижения максимальной эффективности требуется сообщать вращательное движение сверлу и детали, что возможно на специализированном оборудовании. Сложный момент — выход сверла с обратной стороны детали. Проблема разрешается с помощью технологического припуска. Блок подвода СОЖ прижимается к торцу детали. Жидкость под давлением проходит в зазор между отверстием детали и сверлильной трубой (30…50 л/мин). Вытекает через ее внутреннюю полость и выносит стружку.
Скоростное глубокое сверление
Появлению этого понятия предшествовали достижения: в материаловедении — получение углеродного волокна (углепластика) и износостойких покрытий на основе нитридов титана; в порошковой металлургии — технологии получения высокоточных и прочных сплавов спеканием; в машиностроении — появление высокоскоростных двигателей (20…40 тыс. об/мин) и шаговых двигателей подач. В результате появился целый класс инструмента — сверло:
• с внутренним каналом для подвода СОЖ под давлением;
• со спиральной канавкой типа шнек, геометрия которой позволяет создавать осевую составляющую сил, возникающих от трения стружки о поверхность детали, и направленную к хвостовику;
• с износостойким покрытием.
Заточка шнекового сверла для глубокого сверления имеет свои особенности. Оформление задней поверхности режущей кромки производится по сложной траектории, которая позволяет свести линию перехода одной кромки в другую к точке. Дополнительно выполняется подточка по передней поверхности. Требования к точности выполнения угла заточки в плане должны обеспечиваться технологически. Шнековая канавка полируется по всей длине.
Высокие скорости вращения сверла, в сочетании с повышенной износостойкостью покрытия, отчасти сняли проблему удаления стружки, т.к. уменьшилось поперечное сечение стружки (уменьшение подачи в мм/об). Прочностные характеристики режущей кромки позволяют увеличивать осевое усилие подачи, но большая длина сверла накладывает свои ограничения. В этом случае, повышение числа оборотов (до 30…40 тыс. об/мин) увеличивает поперечную устойчивость сверла за счет увеличения момента инерции.
Дополнительный фактор, который существенно влияет на прочностные характеристики сверла — это давление СОЖ внутри сверла (100…150 бар). Кроме смазывающе-охлаждающих функций и отвода стружки, жидкость под давлением придает дополнительную жесткость инструменту и в тоже время обладает демпфирующими свойствами (гашение автоколебаний).
Производство инструмента для глубокого сверления — это высокотехнологичные процессы, которые требуют соответствующего оборудования и, в тоже время, ограниченную сферу применения. Поэтому производством такого инструмента занимаются специализированные фирмы с минимальными непроизводственными издержками (реклама, представительства и пр.) или компании, имеющие значительные производственные ресурсы. К примеру, ружейные сверла делает (и только их) Hammond and Company, England, а шнековые сверла с отверстием для СОЖ делают Werkzeuge Karl-Heinz Arnold (Германия) и WIDIA-Hanita ™ (Япония/Южная Корея).
М.Мутыхляев
Опубликовано 04.12.2012