Рубрика: Механическая обработка
Глубоким принято считать отверстие, длина которого превышает пять-десять его диаметров. Такие отверстия встречаются в гидроцилиндрах, валах с осевыми каналами, плунжерах, коллекторах, пресс-формах с каналами охлаждения, стволах и корпусах топливной аппаратуры. При увеличении глубины обычное сверление быстро перестает работать: стружка не выходит, сверло уводит, инструмент ломается. Для таких задач существуют специальные технологии глубокого сверления, которые позволяют получать отверстия глубиной в сотни диаметров с высокой точностью и хорошей поверхностью за один проход.
С ростом отношения длины к диаметру одновременно обостряются три проблемы.
Все технологии глубокого сверления решают эти три задачи: обеспечивают принудительную подачу СОЖ под давлением к кромке, непрерывный вынос стружки потоком жидкости и самонаправление инструмента за счет опорных элементов.
| Метод | Диапазон диаметров | Типичная глубина | Точность отверстия | Отвод стружки |
|---|---|---|---|---|
| Спиральное сверло с внутренним подводом СОЖ | 1–40 мм | до 30–50 D | IT9–IT10 | По спиральным канавкам |
| Ружейное сверление | 0,8–40 мм | до 100–200 D и более | IT7–IT9 | По V-образной канавке снаружи стебля |
| Система BTA (STS) | от 15–20 до 200 мм и более | до 100 D и более | IT8–IT9 | Внутри полого стебля |
| Эжекторное сверление | от 18–20 до 65 мм | до 50–100 D | IT9–IT10 | Внутри внутренней трубы за счет эжекции |
Выбор метода зависит от диаметра, глубины, серийности, требований к точности и имеющегося оборудования. Ружейное сверление и BTA требуют специальных станков или серьезной доработки обычного оборудования; спиральные сверла с внутренним каналом работают на обычных обрабатывающих центрах и токарных станках.
Ружейное сверло — однокромочный инструмент с твердосплавной головкой, напаянной на длинный трубчатый стебель с V-образной канавкой. СОЖ подается под давлением по внутреннему каналу к режущей кромке, а затем вместе со стружкой выходит по наружной канавке.
Режущая кромка расположена только с одной стороны от оси. Радиальная составляющая силы резания прижимает головку к стенке отверстия через направляющие опоры. Опоры выглаживают поверхность и удерживают сверло на оси. Благодаря этому ружейное сверло дает отличную прямолинейность и шероховатость Ra 0,4–1,6 мкм, часто без последующей обработки.
Для больших диаметров ружейное сверло становится неэффективным: сечение наружной канавки ограничено, и стружка не успевает выходить. В системе BTA схема обратная: СОЖ подается снаружи по кольцевому зазору между стеблем и стенкой отверстия, а стружка вместе с жидкостью отводится внутри полого стебля. Для герметизации входа служит маслоприемник, прижимаемый к торцу заготовки.
Полый стебель большого диаметра обладает высокой жесткостью, сверлильные головки бывают паяными или со сменными пластинами, а подачи — значительно больше, чем у ружейных сверл. Это делает BTA основным методом для гидроцилиндров, полых валов, трубных досок теплообменников. Помимо сплошного сверления, по этой схеме выполняют кольцевое сверление (с получением стержня-керна) и растачивание.
Эжекторное сверло имеет двойную трубу: СОЖ подается между наружной и внутренней трубами, часть жидкости через сопла создает разрежение во внутренней трубе и помогает отсасывать стружку. Эта схема не требует маслоприемника и высокого давления, поэтому ее можно реализовать на обычных станках с мощным насосом. Цена — меньший диапазон глубин и несколько более низкая точность.
Современные твердосплавные спиральные сверла с каналами для СОЖ позволяют получать отверстия глубиной 20–30 D, а специальные исполнения — до 50 D на обычных обрабатывающих центрах. Это наиболее доступный вариант для мелких и средних серий.
Такая последовательность исключает разбалансировку длинного сверла на высокой частоте до входа в материал. Давление СОЖ — не ниже 20–40 бар, для глубин свыше 20 D желательно 70 бар и выше.
Главный геометрический показатель — отклонение оси от прямолинейности. При ружейном сверлении с вращением заготовки и встречным вращением инструмента увод может составлять 0,02–0,05 мм на 100 мм глубины. При вращении только инструмента увод обычно больше. Снизить его помогает:
| Дефект | Возможная причина | Как устранить |
|---|---|---|
| Огранка, отверстие некруглое | Износ направляющих, вибрации | Заменить головку, проверить люнеты и соосность |
| Конусность, разбивка на входе | Изношенная кондукторная втулка, неточное пилотное отверстие | Обновить втулку, проверить пилотное отверстие |
| Риски и задиры на поверхности | Плохая фильтрация СОЖ, налипание | Улучшить фильтрацию, сменить СОЖ |
| Поломка инструмента | Пакетирование стружки, недостаточное давление | Скорректировать подачу для дробления стружки, повысить давление |
Если после сверления требуется более высокая точность или чистота, применяют дополнительные операции. Растачивание головками на тех же станках глубокого сверления исправляет увод и обеспечивает IT7–IT8. Раскатывание роликовыми головками упрочняет поверхность и снижает шероховатость до Ra 0,1–0,4 мкм, что особенно востребовано для гидроцилиндров. Хонингование дает наивысшую точность формы и характерную сетку рисок для удержания смазки.
Для ответственных деталей также важна последовательность с термообработкой: сверление часто выполняют до закалки, а окончательные размеры выводят после нее шлифованием или хонингованием.
Контроль диаметра по всей глубине выполняют индикаторными нутромерами с удлинителями или пневматическими измерительными пробками. Прямолинейность оси проверяют калибрами-оправками заданной длины, оптическими методами или по разностенности, измеренной ультразвуковым толщиномером в нескольких сечениях. Шероховатость на глубине оценивают по образцам-свидетелям или с помощью эндоскопа и сравнения с эталонами.
Для точной оценки стоимости и сроков укажите в запросе:
Для глухих отверстий важно, допустимо ли коническое дно от сверла или требуется плоское: это меняет инструмент и технологию.
Режимы зависят от материала, диаметра и жесткости системы, но для первоначальной наладки используют следующие ориентиры для твердосплавных головок.
| Материал | Скорость резания, м/мин | Подача при диаметре 5–10 мм, мм/об | Подача при диаметре 10–20 мм, мм/об |
|---|---|---|---|
| Конструкционные стали до 30 HRC | 70–110 | 0,015–0,03 | 0,03–0,06 |
| Нержавеющие стали | 50–80 | 0,01–0,02 | 0,02–0,04 |
| Чугун | 60–100 | 0,02–0,04 | 0,04–0,08 |
| Алюминиевые сплавы | 120–250 | 0,03–0,06 | 0,05–0,1 |
| Титановые сплавы | 30–50 | 0,01–0,02 | 0,02–0,035 |
На первой детали режимы проверяют по форме стружки: правильная стружка короткая, в виде завитков или сегментов, свободно выносимых потоком СОЖ. Длинная сливная стружка — сигнал увеличить подачу или скорректировать геометрию стружколома, мелкая игольчатая — признак слишком высокой подачи или износа кромки.
Конструктор может существенно упростить изготовление, если учтет несколько моментов. Сквозное отверстие технологичнее глухого: стружка и СОЖ выходят свободно, контроль проще. Если отверстие очень длинное, его иногда выгоднее выполнять с двух сторон с встречей в середине — при условии, что допускается небольшая ступенька в месте стыка. Вход сверла должен приходиться на плоскую поверхность, перпендикулярную оси; вход на наклонную или цилиндрическую поверхность требует предварительного фрезерования площадки. Пересечения глубоких каналов, характерные для гидроблоков и пресс-форм, лучше располагать так, чтобы сверло не выходило в уже просверленный канал на большой части своей кромки — иначе возможен увод и поломка. Для каналов охлаждения пресс-форм заглушки и технологические выходы следует предусмотреть заранее.
Глубокое сверление — отдельная технология со своим инструментом, оборудованием и требованиями к СОЖ. Ружейные сверла обеспечивают высокую точность в малых диаметрах, система BTA — производительность и прямолинейность в больших, спиральные сверла с внутренним подводом позволяют решать многие задачи на универсальных станках. Ключ к успеху — правильный выбор метода, точное направление на входе, стабильная подача СОЖ и продуманная последовательность операций.
Производство «ВМС» выполняет токарную обработку валов и втулок с глубокими осевыми каналами, а также изготавливает детали пресс-форм с каналами охлаждения. Расскажите о вашей детали — технолог подберет оптимальную схему обработки.
