1.3.3 Способи обробки внутрішніх поверхонь обертання (отворів)

 

Отвори поділяють на центральні (вісь яких збігається з віссю самої деталі типу тіла обертання – втулка, диск, гільза тощо) та нецентральні – різноманітні отвори у корпусних деталях та радіальні отвори у деталях тіл обертання.

З технологічної точки зору лезова обробка центральних  отворів може бути виконана на верстатах токарної групи сумісно з обробкою зовнішніх поверхонь та торців, що підвищує точність їх взаємного розміщення. Отвори другої групи здебільшого обробляють на верстатах свердлильно-розточувальної та фрезерної груп.

Загальна укрупнена класифікація отворів обох груп наведена на рисунку 1.26.

Абразивна обробка центральних отворів, як правило, не викликає особливих труднощів на відміну від радіальних та отворів у корпусних деталях.

Деякі особливості технології обробки мають отвори, які необхідно створити у суцільному матеріалі.

Окремі ознаки наведеної класифікації є взаємодоповнюючими, наприклад, отвір може бути циліндричним, східчастим, глухим.

Найбільш поширені способи обробки отворів різанням наведені на рисунку 1.27.

Для обробки отворів використовують верстати токарної, свердлильно-розточувальної, фрезерної груп, а також шліфувальні верстати.

Крім обробки різанням, при виготовленні отворів знаходять використання й інші способи (див. рисунок 1.5).

Виготовлення отворів має певні технологічні особливості, серед яких складність відведення стружки, значне нагрівання заготовки та інструмента, неможливість спостереження за зоною різання тощо.

 

 

 

                                  Способи обробки отворів різанням

 

 

 

 

                    Лезова обробка                                     Абразивна обробка

 

 

                    Свердлення                                                       Шліфування

 

 

                    Зенкерування                                          Хонінгування

 

 

                    Зенкування                                               Притирання

 

 

                    Цекування                                               Розвертання

 

 

 

                    Розточування                                               Протягування

 

 

Рисунок 1.27 - Способи обробки отворів різанням

 

Лезова обробка отворів може виконуватися кінцевими (мірними) інструментами, до яких належать свердла, зенкери, розвертки тощо, а також немірними інструментами – різцями.

Деякі схеми обробки мірними інструментами показані на рисунку 1.28. Вони можуть бути реалізовані також і на верстатах з горизонтальною віссю шпинделя.

 

Рисунок 1.28 – Деякі схеми обробки отворів мірними інструментами:

а) свердлення; б) розсвердлювання; в) зенкерування;

г, д) розвертання отворів;  е, ж) цекування; з) зенкування;

L) нарізання різі; к) обробка комбінованим інструментом

 

Свердлення

 

Свердлення (див. рисунок 1.28а) є єдиним способом лезової обробки для створення отвору у суцільному матеріалі.

Процес свердлення виконують на верстатах усіх перелічених вище груп.

Різальним інструментом при свердленні є свердла, які можуть мати різну конструкцію (див. рисунок 1.29) і різне призначення.

Спіральні свердла використовують для обробки отворів у суцільному матеріалі, а також для збільшення розміру вже просвердленого отвору (розсвердлювання).

                             

Рисунок 1.29 – Види свердел:

а) спіральне; б) комбіноване (центрувальне); в) кільцеве;

1 – заготовка; 2 - свердло

Комбіновані свердла призначені для створення декількох поверхонь за один робочий хід. Вони можуть поєднувати в одній конструкції й інші інструменти, наприклад, свердло-зенкер тощо.

          Кільцеві свердла використовують для обробки отворів великого діаметра (як правило, більшого, ніж 60-70 мм). При цьому після обробки отвору залишається стрижень, який може бути використаний для виготовлення інших виробів.

          Свердла виготовляють з швидкорізальних сталей, а також оснащують платівками із твердих сплавів.

Швидкість різання при свердленні залежить від етапу обробки, матеріалу заготовки та різальної частини інструмента і в середньому становить V=(5-80) м/хв. Залежно від верстата вона забезпечується обертанням свердла (верстати свердлильно-розточувальної групи) або заготовки – токарні верстати. Швидкість, м/хв, різання можна визначити за формулою

V= πDсвn/1000,

де Dсв- діаметр свердла, мм; n - частота обертання свердла або заготовки, об/хв.

Подача S при свердленні здійснюється переміщенням інструмента уздовж осі заготовки і вимірюється у мм/об на один оберт того елемента Т-системи, що обертається (інструмент чи заготовка).

Глибиною різання (t) при свердленні вважають половину діаметра свердла (Dcв):    t = Dcв /2, мм.

Діаметр свердлення у суцільному матеріалі не повинен перевищувати 27-30 мм.

Для обробки глибоких отворів використовують свердла спеціальної конструкції – гарматні, ежекторні, кільцеві тощо. Одна зі схем свердлення глибокого отвору показана на рисунку 1.30 [8].

 

Рисунок 1.30 – Схема свердлення глибокого отвору:

а, б) гарматним свердлом; в) кільцевим свердлом;

1 – патрон; 2 – заготовка; 3 – люнет; 4 – пристрій для підведення охолоджувальної рідини до свердла; 5 – штанга для закріплення свердла; 6 – супорт; 7 – стружкозбірник; 8 – резервуар з охолоджувальною рідиною

 

Охолоджувальна рідина не тільки охолоджує різальну частину свердла, а також вимиває стружку із зони різання. Вона подається у зону різання під тиском близько 5-8 мПа.

У деяких конструкціях верстатів для глибокого свердлення головний рух - швидкість різання - може забезпечувати свердло.

Глибоке свердлення виконують зі швидкістю різання до

120 м/хв та подачею до 0,2 мм/об [10].

При свердленні отворів малого діаметра у технології треба передбачати попереднє центрування місця під майбутній отвір центрувальним свердлом або коротким свердлом більшого діаметра.

          Свердлення забезпечує точність обробки отвору 11-13-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (3,2-12,5) мкм [5].

          Розсвердлювання (див. рисунок 1.28б) призначене для збільшення розміру отвору свердлом більшого діаметра. Режими різання – швидкість різання, подача, а також точність обробки отвору та шорсткість його поверхні знаходяться приблизно на рівні способу свердлення [5].

 

Зенкерування

 

          Зенкерування (див. рисунок 1.28в) використовують для обробки попередньо отриманих отворів (свердленням або у вихідній заготовці -литтям, штампуванням тощо) з метою збільшення розміру, підвищення точності.

          Різальним інструментом є багатолезовий інструмент зенкер. Зенкери мають різноманітні конструкції від суцільних до насадкових. Різальну частину виготовляють як із швидкорізальної сталі, так і оснащують платівками із твердих сплавів.

          Швидкість різання при зенкеруванні залежить  від матеріалу заготовки та різальної частини інструмента і в середньому становить V=(30-80) м/хв при подачі 0,5-1,5 мм/об.

Зенкерувати можна конічні отвори під подальше розвертання конічними розвертками.

Зенкерування забезпечує точність обробки отвору 8-10-го квалітетів [4] при шорсткості поверхні Ra (1,25-3,2) мкм [5].

 

          Зенкування

 

          Зенкування використовують для виготовлення конічних заглиблень (фасок) у отворах (див. рисунок 1.28з) під конічні головки потайних гвинтів, при нарізанні різі, для притуплення гострих кромок тощо. Зенкування  можна виконувати як спеціальними інструментами – зенківками, так і свердлами великого діаметра, загостреними під потрібним кутом. В умовах великосерійного та масового виробництв широке використання знаходять комбіновані інструменти, наприклад, свердла-зенківки (див. рисунок 1.28к).

          Цекування

 

Цекування - це обробка зовнішньої торцевої поверхні отвору (див. рисунок 1.28е) або поверхні східчастого отвору (див. рисунок 1.28ж) під головки болтів тощо для забезпечення їх перпендикулярності стосовно осі отвору.

Цекування використовують для обробки торців отворів на верстатах свердлильно-розточувальної групи.

Цекування є різновидом зенкування і виконується цеківками, які мають можливість різання торцем. Цеківка у своїй конструкції має напрямний елемент, призначений для орієнтації її осі у попередньо виготовленому отворі.

          У великосерійному та масовому виробництвах знаходять широке використання зенкери-цеківки (див. рисунок 1.31).

 

 

Рисунок 1.31 – Зенкер-цеківка

 

Розточування

 

Розточування отворів виконують в основному на верстатах токарної, розточувальної та фрезерної груп.

Деякі схеми розточування отворів на токарних верстатах показані на рисунку 1.32.

Розточування виконується різцями різних конструкцій, які можуть бути закріплені як безпосередньо у різцетримачеві верстата, так і в спеціальних оправках. Швидкість різання забезпечується обертанням заготовки, а подача – переміщенням інструмента.

Рисунок 1.32 – Схеми розточування отворів:

а) наскрізних; б) східчастих; в) з підрізанням торця;

г) різцем, закріпленим в оправці

 

На верстатах розточувальної групи обертається інструмент, а подача здійснюється як рухом шпинделя з інструментом, так і рухом стола із заготовкою (див. рисунок 1.33).

 

Рисунок 1.33 – Схеми обробки на розточувальних верстатах:

а) розточування з подачею шпинделя з інструментом;

б) розточування з подачею стола із заготовкою

 

Для підвищення продуктивності праці при розточуванні отворів в умовах середньосерійного та більших за обсягом

випуску виробів типах виробництва використовують багатолезові розточувальні головки та блоки (див. рисунок 1.34).

 

 

Рисунок 1.34 – Дворізцевий розточувальний блок

 

Чистове розточування забезпечує точність обробки отвору за 8-10-м квалітетами при шорсткості поверхні Ra (0,8-2,5) мкм [5].

 

Розвертання

 

Розвертання є основним способом чистової обробки отворів діаметром до 300 мм [7]. Розвертанню завжди передують свердлення, зенкерування або розточування.

Різальним інструментом є розвертки, які виготовляють як суцільними з інструментальних сталей, так і збірними, оснащеними платівками з твердих сплавів.

Розвертання можна виконати як вручну, так і на усіх типах верстатів, що використовують для обробки отворів.

Розвертання дозволяє обробляти як циліндричні, так і конічні, а також східчасті отвори (див. рисунок 1.28 г,д).

Під час обробки точних отворів на верстатах розвертки встановлюють у спеціальних “плаваючих” патронах, які компенсують незбіг осі шпинделя верстата з віссю отвору, що підлягає обробці.

Швидкість різання при розвертанні V=(2-15) м/хв при подачі S=(0,5-3,5) мм/об.

Чистове розвертання забезпечує точність обробки отвору за 6-7-м квалітетами при шорсткості поверхні Ra (0,63-1,25) мкм [5].

Протягування

 

Протягування - це дуже продуктивний спосіб обробки отворів різальним інструментом – протяжкою.

Протяжка являє собою багатолезовий інструмент, форма лез якого на чистовій ділянці відповідає формі отвору, що протягують (див. рисунок 1.35).

 

 

 

Рисунок 1.35 – Деякі форми отворів, оброблених протягуванням

Протягування отворів виконують на горизонтально-протяжних верстатах. Кінематика процесу протягування показана на рисунку 1.36.

 

Рисунок 1.36 – Кінематика протягування отвору

Протяжка 5 рухається прямолінійно зі швидкістю різання

V= (8-15) м/хв при нерухомій заготовці 4. Подачею при протягуванні вважають Sz – подачу на зуб як різницю розмірів за висотою двох суміжних зубців Sz=(0,01-0,2) мм/зуб .

Чистове протягування забезпечує точність обробки отвору за 6-7-м квалітетами та шорсткості поверхні Ra (0,32-1,25) мкм [5].

З урахуванням високої вартості виготовлення протяжок їх використання доцільне у великосерійному та масовому виробництвах.

 

Шліфування

 

При шліфуванні отворів використовують такі основні схеми шліфування (див. рисунок 1.37).

 

    

Рисунок 1.37 – Схеми шліфування отворів:

а) із поздовжньою подачею; б) планетарне; в) безцентрове

 

Шліфування отворів виконують на внутрішньошліфувальних верстатах.

Швидкість різання V=35-60 м/с забезпечується за рахунок обертання шліфувального круга. При шліфуванні отворів невеликого діаметра (менше 10 мм) забезпечення таких швидкостей різання досить утруднено, тому вона може бути близько 10 м/с.

Заготовку при шліфуванні з поздовжньою подачею (див. рисунок 1.37а) здебільшого встановлюють у патроні та забезпечують її обертання зі швидкістю 10-20 м/хв . Кінематика процесу нагадує зовнішнє шліфування.

Шліфувальна бабка з кругом переміщається стосовно заготовки з подачею Dsпр, що визначається у частках ширини шліфувального круга на один оберт заготовки:

Dsпр – К х Вкр,

де К – кількість часток ширини круга (К= 0,2-0,7); Вкр – ширина круга, мм.

Після проходження круга по всій довжині поверхні Lд здійснюють поперечну подачу Dsпоп, яка і є глибиною різання. Після цього цикл рухів повторюється. Поперечна подача Dsпоп залежно від етапу обробки (чорновий, напівчистовий тощо) становить 0,003-0,015 мм [7]. Наприкінці обробки, коли видалений увесь припуск, виконують ще два-три ходи уздовж поверхні без здійснення Dsпоп до припинення іскріння, так зване виходжування. Цей прийом підвищує точність, оскільки видаляє похибки форми від пружних деформацій Т-системи.

Врізне шліфування з поперечною подачею здійснюють абразивними кругами, ширина яких перевищує довжину поверхні, що обробляють. Обробка здійснюється тільки з поперечною подачею круга Dsпоп, яка вимірюється у мм/об заготовки. Її значення знаходиться у діапазоні 0,003-0,02 мм/об.

Врізне шліфування дозволяє шліфувати фасонні поверхні (за наявності круга, що має відповідний фасонний профіль).

Цей вид шліфування широко використовується в умовах великосерійного та масового виробництв.

Планетарна схема шліфування отворів (див. рисунок 1.37б), використовується для великогабаритних заготовок, які неможливо обертати. За цією схемою шліфувальному кругу, окрім обертання стосовно власної осі, надається додатковий рух обертання (планетарний рух), який забезпечує розмір отвору.

Безцентрове шліфування отворів (див. рисунок 1.37в) передбачає обертання незакріпленої заготовки. Зовнішня поверхня є одночасно технологічною базою і тому вимагає попередньої точної обробки шліфуванням. Цей спосіб забезпечує найвищу точність такого параметра втулок, як співвісність отвору і зовнішньої поверхні (до 0,003 мм) [12].

Точність чистового шліфування отворів досягає 6-7-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (0,32 1,6) мкм [5].

Хонінгування

 

Хонінгування - це процес оздоблювальної обробки отворів спеціальним інструментом – хонінгувальною головкою (див. рисунок 1.38). Обробку виконують як на спеціальних хонінгувальних верстатах, які мають як вертикальну вісь обертання (для отворів довжиною до 2000 мм), так і горизонтальну (для більш глибоких отворів). Технологічні можливості хонінгування забезпечують обробку отворів діаметром від 2,5 мм до 1000 мм і довжиною до 25000мм [7].

Хонінгування можна виконувати також на верстатах свердлильно-розточувальної групи.

 

Хонінгувальна головка являє собою втулку, у радіальних пазах якої закріплені абразивні бруски. Ці бруски мають можливість радіального переміщення, що створює певний тиск на поверхню отвору.

Хонінгувальна головка (див. рисунок 1.38а) обертається зі швидкістю V1 (20-70 м/хв) та здійснює зворотно-поступальний рух зі швидкістю V2 (5-20 м/хв) [7].

Крайні положення брусків 1, 2, 3 під час руху уверх та униз (див. рисунок 1.38б) забезпечують так, щоб вихід з отвору n дорівнював приблизно 1/3 довжини бруска.

Суміщення двох рухів створює на поверхні отвору характерну сітку (див. рисунок 1.38б). Ця сітка є досить застосовною для розміщення та утримання на поверхні отвору мастил, наприклад, для циліндрів двигунів внутрішнього згоряння тощо.

Хонінгування завжди виконують з використанням рясного охолоджування, яке також забезпечує вимивання залишків абразивних зерен з обробленої поверхні.

Процес хонінгування забезпечує виправлення таких похибок форми отворів, як бочкоподібність, сідлоподібність, конусоподібність, та забезпечує точність розмірів 5-7-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (0,04-0,25) мкм [5].

 

Притирання

 

Притирання отворів здійснюють за такими основними схемами:

заготовка нерухома, а притир закріплений за допомогою шарнірного пристрою у шпинделі, наприклад, вертикально-свердлильного верстата, обертається та рухається зворотно-поступально;

притир, закріплений у патроні, наприклад, токарного верстата обертається, а заготовку, надягнуту на притир, переміщають зворотно-поступально;

заготовка, закріплена у патроні, наприклад, токарного верстата, обертається, а притир, уведений в отвір переміщують зворотно-поступально.

Усі перелічені схеми вимагають наявності двох відносних рухів – обертального та зворотно-поступального.

Притир для отворів являє собою втулку (див. рисунок 1.39), на поверхні якої виконані канавки, що можуть мати різну форму та напрямок.

 

Конструкція втулки передбачає можливість її розтискання в радіальному напрямі завдяки наявності паза та осьового переміщення конічної оправки (конусність від 1:30 до 1:50) стосовно внутрішнього конуса притира, що ніби розпирає притир. За рахунок цього створюється необхідний тиск притира на оброблювану поверхню.

Матеріали та підготовка до роботи притирів для отворів практично не відрізнюється від притирів для інших поверхонь (див. с.23).

Швидкість обертального руху при притиранні отворів

19-20 м/хв, а зворотно-поступальна швидкість – 1-3 м/хв.

Після здійснення декількох ходів виконують вимірювання розміру поверхні та оцінюють її шорсткість. За необхідності процес продовжують.

Притирання отворів є досить трудомісткою працею, тому широкого використання у виробництві не знаходить.

Однак є вироби, що потребують притирання поверхонь, які у подальшому працюють спільно, наприклад, конічні пробки газових кранів тощо. У цих випадках притирання виконують одночасно обох поверхонь пробки та корпусу одна по одній без використання притирів. Після обробки вироби підлягають складанню без перепарювання.

Такий процес може бути механізованим і використаним у досить великих за обсягами типах виробництва.

Притирання забезпечує 3-5-й квалітети точності при шорсткості до Ra (0,02-0,16) мкм [4].