Учебное пособие

Металлорежущие станки

2.17. Основные понятия о процессах обработки отверстий и режущем инструменте, используемом на сверлильных станках

Сверление, зенкерование и развертывание являются основными технологическими способами обработки резанием круглых отверстий различной степени точности и с различной шероховатостью обработанной поверхности. Все перечисленные способы относятся к осевой обработке, т. е. к лезвийной обработке с вращательным главным движением резания при постоянном радиусе его траектории и движении подачи только вдоль оси главного движения резания.

Сверление — основной способ обработки отверстий в сплошном материале заготовок. Просверленные отверстия, как правило, не имеют абсолютно правильной цилиндрической формы. Их поперечное сечение имеет форму овала, а продольное — небольшую конусность.

Диаметры просверленных отверстий всегда больше диаметра сверла, которым они обработаны. Разность диаметров сверла и просверленного им отверстия называют разбивкой отверстия. Для стандартных сверл диаметром 10... 20 мм разбивка составляет 0,15...0,25 мм. Причиной разбивки отверстий являются недостаточная точность заточки сверл и несоосность сверла и шпинделя сверлильного станка.

Сверление отверстий без дальнейшей их обработки проводят тогда, когда необходимая точность размеров лежит в пределах 12...14-го квалитетов. Наиболее часто сверлением обрабатывают отверстия для болтовых соединений, а также отверстия для нарезания в них внутренней крепежной резьбы (например, метчиком).

Зенкерование — это обработка предварительно просверленных отверстий или отверстий, изготовленных литьем и штамповкой, с целью получения более точных по форме и диаметру, чем при сверлении. Точность обработки цилиндрического отверстия после зенкерования — 10...11-й квалитеты.

Развертывание — это завершающая обработка просверленных и зенкерованных отверстий для получения точных по форме и диаметру цилиндрических отверстий (6...9-й квалитеты) с малой шероховатостью R_a 0,32...1,25 мкм.

Сверла предназначаются для сверления сквозных или глухих отверстий в деталях, обрабатываемых на сверлильных, токарноревольверных и некоторых других станках. В зависимости от конструкции и назначения различают следующие сверла:

• спиральные с цилиндрическим и коническим хвостовиками, предназначенные для сверления стали, чугуна и других конструкционных материалов;
• оснащенные пластинками из твердых сплавов, предназначенные для обработки деталей из чугуна (особенно с литейной коркой) и очень твердой и закаленной стали;
• глубокого сверления (одно- и двустороннего резания), используемые при сверлении отверстий, длина которых превышает диаметр в пять раз и более;
• центровочный инструмент (центровочные сверла и зенковки), предназначенный для обработки центровых отверстий обрабатываемых деталей.

Спиральное сверло и элементы его рабочей части приведены на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Спиральные сверла:
а и б — элементы спирального сверла соответственно с коническим и цилиндрическим хвостовиками; в — кромки и поверхности спирального сверла; 1 — рабочая часть; 2 — шейка; 3 — хвостовик; 4 — лапка; 5 — режущая часть; 6 — поводок; 7 — зуб; 8 — винтовая канавка; 9 — поперечная кромка; 10 — кромка ленточки; 11 — спинка зуба

Углы и формы заточки спирального сверла показаны на рис. 2.23 и 2.24. Формы заточек сверл выбирают в зависимости от свойств обрабатываемых материалов и диаметра сверла.

Рис. 2.23. Углы спирального сверла:
α — задний угол; γ — передний угол; ψ — угол наклона поперечной режущей кромки; ω — угол наклона винтовой канавки; 2φ — угол при вершине; 1 — задняя поверхность; 2 — передняя поверхность; 3 — режущая кромка

Для повышения стойкости сверла и производительности обработки производят двойную заточку сверла под углами 2φ = 116...118° и 2φ₀ = 70...90° (рис. 2.24, б).

Подточка поперечной кромки (рис. 2.24, в) и ленточки сверла (рис. 2.24, г) облегчает процесс сверления отверстий. Подточка поперечной кромки снижает осевую силу, а подточка ленточки уменьшает трение ленточек о стенки отверстия и повышает стойкость сверл.

Рис. 2.24. Формы заточки спиральных сверл:
а — обыкновенная; б — двойная: 1 — главная режущая кромка; 2 — поперечная режущая кромка; 3 — вспомогательная режущая кромка; 2φ — главный угол при вершине сверла; 2φ₀ — вспомогательный угол при вершине сверла; Z₀ — ширина зоны второй заточки; в — подточка поперечного лезвия и ленточки; г — подточка ленточки: f — ширина ленточки

При подточке длина поперечной кромки уменьшается до 50 %. Обычно производится подточка сверл диаметром более 12 мм, а также после каждой переточки сверла.

В зависимости от обрабатываемого материала углы при вершине сверл выбирают по табл. 2.10, а задние и передние углы — по табл. 2.11.

Таблица 2.10 Углы при вершине сверла

Таблица 2.11 Задние и передние углы сверла

Примечания.

1. Задние углы даны для точек режущей кромки, расположенных на наибольшем диаметре сверла d_max.
2. При расчете угла у принимают d_r = d_max.

Для сверления заготовок из чугуна и цветных металлов применяют твердосплавные сверла. Эти сверла из-за нестабильности работы редко применяют при сверлении заготовок из сталей.

Сверла диаметром от 5 до 30 мм оснащают пластинами или коронками из твердого сплава. Недостатками конструкции сверл с припаиваемой пластиной из твердого сплава являются ослабление корпуса инструмента и расположение места, где припаивается пластина, в зоне резания, т. е. в зоне высоких температур. Сверла с припаянными встык коронками из твердого сплава лишены этих недостатков.

Для успешной работы твердосплавных сверл необходимо обеспечить их повышенную прочность и жесткость по сравнению со сверлами из быстрорежущей стали, это достигается увеличением сердцевины до 0,25 диаметра сверла.

Зенкеры предназначены для обработки литых, штампованных и предварительно просверленных цилиндрических отверстий с целью улучшения чистоты поверхности и повышения их точности или для подготовки их к дальнейшему развертыванию.

Зенкеры применяют для окончательной обработки отверстий с допуском по 11...12-му квалитетам и обеспечивают параметр шероховатости R_z 20...40 мкм.

Конструктивно зенкеры выполняют хвостовыми цельными, хвостовыми сборными с вставными ножами, насадными цельными и насадными сборными. Зенкеры изготовляют из быстрорежущей стали или с пластинами твердого сплава, напаиваемыми на корпус зенкера или корпус ножей у сборных конструкций. Хвостовые зенкеры (подобно сверлам) крепят с помощью цилиндрических или конических хвостовиков, насадные зенкеры имеют коническое посадочное отверстие (конусность 1:30) и торцовую шпонку для предохранения от провертывания при работе.

Зенкер (рис. 2.25, а) состоит из рабочей части l, шейки l₃, хвостовика l₄ и лапки е. Рабочая часть зенкера имеет режущую l₁, и калибрующую l₂ части.

Рис. 2.25. Зенкер:
а — элементы зенкера: l — рабочая часть; l₁ — режущая часть; l₂ — калибрующая часть; l₃ — шейка; l₄ — хвостовик; е — лапка; б — режущая часть зенкера: α — задний угол; γ — передний угол; φ — угол главной режущей кромки; ω — угол наклона канавки зенкера; t — глубина резания; b — режущая кромка: φ₁ — угол вспомогательной режущей кромки

Зенкеры имеют три, четыре, а иногда шесть режущих зубьев, что способствует лучшему по сравнению со сверлами направлению их в обрабатываемом отверстии и повышает точность обработки.

Зенкеры из быстрорежущей стали изготовляют хвостовыми цельными диаметром 10...40 мм, хвостовыми сборными с вставными ножами диаметром 32...80 мм или насадными сборными диаметром 40... 120 мм.

Зенкеры, оснащенные твердосплавными пластинами, могут быть составными и сборными. Составные хвостовые зенкеры имеют диаметры 14...50 мм, насадные — 32...80 мм, насадные сборные — 40...120 мм.

Угол наклона винтовой канавки (рис. 2.25, б) зенкеров общего назначения ω = 10...30°. Для обработки твердых металлов берут меньшие, а для мягких — большие значения углов. Для чугуна угол ω = 0°. Для отверстий с прерывистыми стенками независимо от свойств обрабатываемого металла ω = 20...30°. Передний угол зенкеров γ выбирают по табл. 2.12. Задний угол α зенкера на периферии равен 8...10°. Угол при вершине φ выбирают по табл. 2.13.

Таблица 2.12 Передние углы зенкеров

Таблица 2.13 Угол режущей части (заборного конуса) зенкера

Угол наклона винтовой канавки со зенкера при обработке деталей из стали, чугуна и бронзы равен 0°. Для усиления режущей кромки на зенкерах с пластинками из твердых сплавов со выбирают положительным и равным 12...15°.

Ленточки вдоль края винтовой канавки на калибрующей части служат для направления зенкера. Ширина ленточки f = 0,8...2,0 мм. Для повышения стойкости зенкера длину ленточки подтачивают на 1,5...2 мм (так же, как у сверла).

Развертка — осевой режущий инструмент — предназначена для предварительной и окончательной обработки отверстий с точностью, соответствующей 6...11-му квалитетам, и шероховатостью поверхности Ra 2,5 ...0,32 мкм.

Основные элементы развертки даны на рис. 2.26, а. Развертки подразделяются:

• по типу обрабатываемых поверхностей — на цилиндрические и конические;
• способу применения — на ручные и машинные;
• методу крепления на станке — на хвостовые и насадные;
• инструментальному материалу режущей части — на быстрорежущие и оснащенные твердым сплавом;
• конструктивным признакам — на цельные, изготовленные из одного инструментального материала; составные неразъемные со сварными хвостовиками; составные неразъемные с припаянными пластинками из твердого сплава и составные разъемные с вставными ножами.

Конструкция регулируемых разверток позволяет восстанавливать их диаметр при переточках, что увеличивает срок работы инструмента.

Стандартные развертки имеют прямые канавки, т.е. угол наклона канавок ω = 0°. Для уменьшения шероховатости обработанной поверхности, а также для развертывания отверстий с пазами применяют развертки с винтовыми канавками, имеющими наклон, обратный направлению рабочего вращения. Для разверток с винтовыми канавками угол со приведен в табл 2.14.

Таблица 2.14 Угол наклона со для разверток с винтовыми канавками

Угол конуса заборной части φ развертки (рис. 2.26, б) выбирают по табл. 2.15.

Таблица 2.15 Угол конуса заборной части разверток

Задний угол α (рис. 2.26, в) берется равным 15°, большие величины а принимают для разверток малых размеров. Задний угол на калибрующей части равен 0°.

Рис. 2.26 Развертка:
а — элементы развертки: t₁ — рабочая часть; t₂ — режущая часть; t₃ — калибрующая часть; t₄ — шейка; t₅ — хвостовик; е — квадрат; 1 — направляющий конус; 2 — цилиндрическая часть; 2φ — угол заборного конуса; б — элементы режущей части развертки: 1 — 2 — поверхность направляющего конуса; 2 — 3 — режущая часть; φ — угол главной режущей кромки; в — зубья развертки в поперечном сечении: 1 — режущая часть; 2 — калибрующая часть; 3 — ленточка; 4 — угол спинки; α — задний угол; γ — передний угол; г — элементы резания разверткой и обозначение поверхностей на обрабатываемой детали: t — глубина резания; а — толщина стружки; b — ширина стружки; S_o — подача на оборот; d — диаметр развернутой поверхности; 1 — развернутая поверхность; 2 — поверхность резания; 3 — развертываемая поверхность

Для чистовых разверток при резании хрупких металлов передний угол γ равен 0° (см. рис. 2.26, в), для черновых — γ = 8°, у котельных разверток γ = 12...15°, у разверток с пластинами из твердых сплавов у берется от 0 до - 5°.

Метчики предназначены для образования резьбы в отверстиях. Рассмотрим метчики, образующие профиль резьбы путем снятия стружки и установленные на сверлильных, токарно-револьверных и других станках. Конструктивные элементы и профиль резьбы метчика показаны на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Конструктивные элементы и профиль резьбы метчика:
а — основные части: l₁ — режущая часть; l₂ — направляющая часть; l — рабочая часть; 1 — центровые отверстия; 2 — канавки; 3 — сердцевина; 4 — зуб; 2φ — угол конуса режущей части; φ — угол конуса; б — профиль резьбы: 1 — вершина резьбы; 2 — профиль резьбы; 3 — основание резьбы; Р — шаг резьбы; ψ — угол резьбы; t — глубина резьбы; d₁ — внутренний диаметр; d_cp — средний диаметр; d₀ — наружный диаметр; d₂ — диаметр сердцевины; φ — угол конуса

Стружечные канавки, пересекая резьбовые витки, образуют зубья метчика; каждый зуб представляет собой многониточный резьбовой резец. Резцы режущей части имеют главные кромки, которые располагаются на конусе, и вспомогательные кромки, которые являются частью резьбового профиля.

Число резцов z₁ режущей части определяется по формуле

z₁ = l₁z/P,

где l₁ — длина режущей части, мм; z — число зубьев метчика; Р — шаг резьбы, мм.

Направляющая часть l₂ в резании не участвует, а служит для самоподачи (ввинчивания) метчика и является резервом при переточках.

Для уменьшения трения и устранения защемления резьбовых витков на направляющей части метчика резьбу выполняют с обратной конусностью, т.е. диаметры d, d_cp и d₁ измеренные у хвостовика, на 0,02...0,005 мм меньше одноименных диаметров на режущей части (рис. 2.27, б). Для облегчения входа метчика в отверстие под резьбу диаметр d₂ переднего торца метчика на 0,1...0,3 мм меньше внутреннего диаметра резьбы d₁.

Величину угла в плане φ рассчитывают по формуле

tgφ = (d-d_l)/(2l₁).

Углы зубьев режущей l₁ и направляющей l₂ частей метчика (см. рис. 2.27, а) показаны на рис. 2.28. По способу получения задних поверхностей метчики относятся к затылованному инструменту.

Рис. 2.28. Углы зубьев режущей и направляющей частей метчика:
1 — направляющая часть; 2 — режущая часть; γ — передний угол; η — задний угол; α — задний угол; К — величина падения затылка

Задний угол α режущей части измеряют в плоскости, перпендикулярной оси вращения метчика, между касательными к окружности и задней поверхности.

Метчики из быстрорежущей стали изготовляют со шлифованным профилем резьбы, метчики из углеродистой стали делают без шлифования профиля резьбы.

Передние углы режущей и направляющей частей измеряют в плоскости, перпендикулярной оси вращения метчика между касательной к передней поверхности и прямой, проходящей через ось вращения и рассматриваемую точку кромки метчика.

Контрольные вопросы

1. Назовите, какие основные операции резания выполняют на сверлильных станках?
2. Какие режущие инструменты используют при обработке отверстий на сверлильных станках?
3. Какой инструмент используют для нарезания резьбы в отверстиях на сверлильных станках?
4. Расскажите об особенностях использования развертки на сверлильном станке.
5. Какую предварительную операцию выполняют перед нарезанием резьбы метчиком?