Инструменты для обработки отверстий

Сверло — осевой режущий инструмент для образования отверстий в сплошном материале и увеличения диаметра имеющегося отверстия (ГОСТ 25751—83). Сверла являются одним из самых распространенных видов инструментов. В промышленности применяют сверла: спиральные, перовые, одностороннего резания, эжекторные, кольцевого сверления, а также специальные комбинированные. Сверла изготавливают из легированной стали 9ХС, быстрорежущих сталей Р6М5 и др., и оснащенные твердым сплавом ВК6, ВК6-М, ВК8, ВКЮ-М и др.

Спиральные сверла. Спиральные сверла имеют наибольшее распространение и состоят из следующих основных частей: режущей, калибрующей или направляющей, хвостовой и соединительной. Главные режущие кромки сверла (рис. 2.55,а) прямолинейны и наклонены к оси сверла под главным углом в плане <р. Режущая и калибрирующая части сверла составляют ее рабочую часть, на которой образованы две винтовые канавки, создающие два зуба, обеспечивающие процесс резания. На рабочей части сверла (рис. 2.55,6) имеется шесть лезвий [7]: два главных (/—2 и /'—2'), два вспомогательных (1—3 и /'—3'), расположенных иа калибрующей части сверла, которая служит для направления в процессе работы и яляется припуском на переточку, и два на перемычке (0—2 и 0—2'). Эти лезвия расположены на двух зубьях и имеют непрерывную пространственную режущую кромку, состоящую из пяти разнонаправленных отрезков (3—1, 1—2, 2—2', 2'—1', 1'—3').

Для уменьшения трения об образованную поверхность отверстия и уменьшения теплообразования в процессе работы сверло на всей длине направляющей части

имеет занижение по спинке с оставлением у режущей кромки ленточки шириной 0,2—2 мм в зависимости от диаметра сверла. Ленточки обеспечивают направление сверла в процессе резания, и только в начале, на длине, равной 0,5 значения подачи, они работают в качестве вспомогательной режущей кромки. Для уменьшения трения при работе на ленточках делают утонение по направлению к хвостовику (обратная конусность 0,03— 0,12 мм по диаметру на 100 мм длины). Размер утонения зависит от диаметра сверла.

Спиральные сверла из быстрорежущей стали с цилиндрическим хвостовиком изготавливают диаметром от 1 до 20 мм. В зависимости от длины рабочей части сверла делят на короткую (ГОСТ 4010—77), среднюю (ГОСТ 10902—77) и длинную (ГОСТ 886—77 и ГОСТ 12122—77) серии. Сверла с коническим хвостовиком изготавливают диаметром от 6 до 80 мм (ГОСТ 10903—77), удлиненные (ГОСТ 2092—77) и длинные (ГОСТ 12121—77). Мелкоразмерные сверла диаметром от 0,1 до 1,5 мм для увеличения прочности изготавливают с утолщенным цилиндрическим хвостовиком (ГОСТ 8034—76).

Быстрорежущие сверла диаметром свыше 6—8 мм делают сварными, хвостовики у этих сверл, а также хвостовики и корпуса у сверл, оснащенных твердым сплавом, изготавливают из стали 45, 40Х, кроме того, для корпусов сверл, оснащенных твердым сплавом, применяют сталь 9ХС и быстрорежущие стали.

Твердосплавные сверла. Для сверления заготовок из чугуна, цветных металлов, пластмассы, мрамора, гранита и других неметаллических материалов применяют твердосплавные сверла. При сверлении заготовок из сталей эти сверла редко применяют из-за нестабильности работы (поломки, выкрашивания и незначительного увеличения производительности при их эксплуатации).

Сверла диаметром от 5 до 30 мм оснащают пластинами или коронками из твердого сплава. Недостатками конструкции сверл с напайной пластиной из твердого сплава (ГОСТ 22735—77 и ГОСТ 22736— 77) (рис. 2.60 ,а) являются ослабление корпуса в месте расположения пластины и расположение места припайки пластины в зоне резания, что может приводить к их отпаиванию в процессе работы. Сверла с припаянными встык коронками из твердого сплава лишены этих недостатков. Длину коронки берут равной 1—2 диаметра сверла.

У твердосплавных сверл диаметром от 3 до 12 мм рабочую часть делают из твердого сплава и впаивают в стальной хвостовик (ГОСТ 17275—71) (рис. 2.60, 6), сверла диаметром от 1,0 до 12 мм делаются целиком из твердого сплава (ГОСТ 17273—71, ГОСТ 17274—71 и др.).

Перовые сверла имеют более простую конструкцию по сравнению со спиральными. Режущую часть этих сверл выполняют в виде пластин из быстрорежущей стали или оснащают с пластинами из твердого сплава (рис. 2.62,а). Они обладают повышенной жесткостью, и их применяют для обработки поковок, ступенчатых и фасонных отверстий (рис. 2.62, б)

и отверстий малых диаметров (меньше 1—1,5 мм).

Сверла диаметром свыше 10 мм делают сварными или сборной конструкции. Угол при вершине сверла 2ц> выбирают так же, как и для спиральных сверл. Угол наклона поперечной кромки обычно равен 55—60°. Для уменьшения трения калибрующая часть сверла имеют вспомогательный задний угол ai=5...10° и утонение по диаметру в пределах 0,05—0,1 мм на всю длину сверла. Ширина фаски на калибрующей части 0,2—0,5 мм. К недостаткам перовых сверл следует отнести большие отрицательные передние углы и малое число возможных переточек. Для получения положительного или равного нулю переднего угла на передней поверхности делают лунку. Однако это снижает прочность сверла. Задний угол на рабочей части выбирают в пределах 10—20°, большие значения угла берут при обработке заготовок из мягких и вязких металлов.

Сверла для глубокого сверления. Под глубоким сверлением понимается сверление отверстий на глубину, превышающую диаметр сверла в 5—10 раз и более. Такие сверла применяют для сплошного (D≤80 мм) и кольцевого (D>80 мм) сверления. К глубокому сверлению предъявляют следующие требования: прямолинейность оси отверстия, концентричность отверстия по отношению к наружной поверхности детали, цилиндричность отверстия, точность обработки, получение необходимой шероховатости поверхности, получение стружки, легко удаляемой из отверстия. Отверстия длиной до 5—7 диаметров обычно обрабатывают на токарных, револьверных станках и стан- ках-автоматах, отверстия большей длины — на специальных станках для глубокого сверления. Для сверления отверстий длиной до 5—7 диаметров применяют удлиненные спиральные сверла стандартной конструкции, однако при работе этими сверлами забиваются стружкой стружечные канавки, и для ее удаления необходимо периодически вынимать сверло из отверстия.

Для лучшего удаления стружки в процессе работы применяют спиральные сверла с отверстиями для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости (рис. 2. 63, а). Для получения мелкой стружки, легко удаляемой из отверстия потоками СОЖ, на передней поверхности сверла вдоль режущей кромки делают стружколомающие канавки. Стойкость спиральных сверл с отверстиями до 8 раз превышает стойкость стандартных сверл. Для работы с большими подачами жесткость и прочность сечения сверла должны быть увеличены, а также подобран для изготовления сверл материал большей прочности.

Шнековые сверла (рис. 2.63,6) изготавливают диаметром от 3 до 30 мм, их применяют для сверления отверстий длиной до 30 диаметров в стальных заготовках и до 40 диаметров в чугунных. Эти сверла изготавливают из быстрорежущей стали. Для лучшего отвода стружки угол наклона винтовых канавок о = =60°. Стружечные канавки у шнековых сверл имеют в осевом сечении прямолинейный треугольный профиль с закруглением во впадине.

При обработке заготовок из чугуна угол при вершине сверла 2ср= 120...130°, при обработке стали 2ф= 120°, задний угол выбирают в пределах 12—15°. Для уменьшения трения в процессе работы на калибрующей части сверло имеет утонение 0,03—0,10 мм по направлению к хвостовику на длине 100 мм. Для уменьшения трения ленточку на калибрующей части выбирают равной 0,5—0,8 ширины ленточки спирального сверл». Для придания сверлам жесткости диаметр сердцевины принимают равным 0,3—0,35 диаметра^ сверла и затем производят подточку перемычки до 0,1—0,15 диаметра сверла. Диаметр сердцевины не изменяется по всей длине рабочей части. Для получения дробленой стружки переднюю поверхность сверла подтачивают. У сверл для обработки заготовок из чугуна передний угол выбирают равным 12—18°, у сверл для обработки заготовок из стали 12—15°.

Увеличенный угол наклона винтовых канавок, их профиль й форма подточки передней поверхности обеспечивают надежное удаление стружки из зоны резания без вывода сверла из отверстия.

Сверла одностороннего резания. Эти сверла делят на сверла с внутренним подводом СОЖ и наружным отводом стружки и на сверла с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки. Сверла первого типа изготавливают диаметром от 3 до 30 мм. Сверла делают из быстрорежущей стали (рис.

2. в) и оснащают пластинами (рис. 2. 63, г) или коронками из твердого сплава (рис. 2.63,д). Пластины и коронки припаивают.

Рабочую часть сверла с хвостовой соединяют сваркой. Хвостовую часть изготавливают из углеродистой стали, она представляет собой трубу с провальцован- ной по длине канавкой, имеющей угол профиля, равный профилю стружечной канавки сверла. Длину хвостовой части устанавливают в зависимости от длины обрабатываемого отверстия.

Сверла второго типа изготавливают диаметром от 16 до 65 мм (рис.

а). Для обеспечения подвода СОЖ корпус сверла 1 занижается, а для направления сверла в отверстие в корпус впаивают два выступа, оснащенных твердым сплавом 2. Один из них расположен в диаметральной плоскости, проходящей через режущую кромку пластины твердого сплава 3, другой смещен относительно режущей кромки на 70°. Эти сверла с державкой соединяются с помощью прямоугольной резьбы, которую делают трех-четырехзаходной для ускорения навинчивания.

Эжекторное сверло для глубокого сверления по конструкции режущей части аналогично сверлу, показанному на рис. 2.64,6, его выполняют в том же диапазоне диаметров. Особенностью эжектор- ных сверл является эффект подсоса СОЖ, отходящей вместе со стружкой в результате разрежения и перепада давлений, создаваемого внутри корпуса сверла (рис. 2.64,г). Разрежение обеспечивается разделением прямого потока жидкости на два направления. Прямой поток СОЖ подается под давлением 2—3 МПа по каналу А между внутренним и наружным стеблями. Не доходя до рабочей части, он разделяется. Примерно 70% жидкости направляется в зону резания через сделанные в корпусе сверла отверстия, а 30% жидкости через щелевидные сопла Б, сделанные на внутреннем стебле, отводится обратно. Между потоком жидкости, отводящейся вместе со стружкой, из рабочей зоны, и потоком, уходящим через сопла Б по стеблю 1, создается разрежение и перепад давлений. В результате основной поток жидкости со стружкой, отходящий из зоны резания, как бы засасывается жидкостью, уходящей через сопла Б, и движется с большей скоростью. Сверла обеспечивают точность обработки отверстий по 9— 11-му квалитетам и параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5...0,63 мкм [13].

Головки кольцевого сверления предназначены для обработки отверстий диаметром от 30 мм и выше. Головки диаметром от 30 до 60 мм делают цельный^ (рис. 2.65,а) из быстрорежущей стали или оснащают напайными пластинами из твердого сплава. Головки диаметром 70 мм и больше изготавливают со вставными зубьями из быстрорежущей стали или зубьями, оснащенными пластинами из твердого сплава (рис. 2.65,6).

Зенкеры и зенковки. Зенкеры — осевой режущий инструмент, предназначенный для повышения точности формы отверстия, полученных после сверления, отливки, ковки, штамповки, а также для обработки торцовых поверхностей бабышек, выступов и др. Зенкеры для обработки цилиндрических отверстий применяют для окончательной обработки отверстий с допуском по 11-, 12-му квалитетам и обеспечивают параметр шероховатости поверхности Rz = 20... 40 мкм или для обработки отверстий под последующее развертывание.

Зенкеры изготавливают хвостовыми цельными, хвостовыми сборными со вставными ножами, насадными цельными и насадными сборными. Зенкеры делают из быстрорежущей стали или с пластинами твердого сплава, напаиваемыми на корпус зенкера или на 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. По конструкции рабочей части хвостовые зенкеры аналогичны спиральным сверлам, но не имеют поперечной режущей кромки и имеют три зуба, благодаря чему обеспечивается лучшее направление при работе и лучшая цилиндрич- ность и качество обработанной поверхности. Насадные зенкеры имеют четыре- шесть зубьев.

Зенкеры, оснащенные твердосплавными пластинами, могут быть составными и сборными. Составные хвостовые зенкеры изготавливают диаметром 14—50 мм, насадные 32—80 мм, насадные сборные зенкеры диаметром 40—120 мм. Хвостовые зенкеры имеют три зуба, насадные — четыре, сборные зенкеры — четыре-шесть зубьев. Корпуса зенкеров и ножей, оснащаемые пластинами из твердого сплава, делают из сталей 40Х или 45Х (36... 46HRC,), 9ХС (57...63HRC_S) или из быстрорежущей стали (57...63HRC₃). Для их оснащения применяют пластины из твердых сплавов В Кб, ВК8, ВК6-М, ВК8-В, Т5К10, Т14К8, Т15К6. Крепление пластин производится напайкой.

Хвостовые (рис. 2.68, а) и насадные (рис. 2.68, б) составные зенкеры имеют винтовые стружечные канавки с углом наклона 15—20°. Для облегчения заточки и шлифования пластины в этих зенкерах напаивают в наклонных пазах, угол наклона которых на 3—5° меньше угла наклона винтовой стружечной канавки. Передний угол у них равен углу врезания пластины

и составляет 10°. Для увеличения прочности режущей части в месте перехода режущей кромки в калибрующую часть зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава, обычно делают с положительным углом к (см. рис. 2.67, е).

Формы профиля поперечного сечения зенкеров, имеющих три и четыре зуба, показаны соответственно на рис. 2.68, в, г. Форма профиля подобна форме профиля, применяемой у зенкеров из быстрорежущей стали, за исключением вреза пластин из твердого сплава. Это вызывает необходимость усиления профиля зуба для создания под пластиной прочной основы.

Сборный насадной зенкер показан на рис. 2.68, д. На корпусе зенкера делают для крепления ножей косые канавки, наклоненные к оси зенкера под углом со = = 10...15°. Передняя поверхность корпуса плоская. Число зубьев у таких зенкеров z=4...6. Ножи в корпусе закреплены с помощью рифлений и клина. Угол клина 5°.

Составной зенкер с прямыми канавками (рис. 2.68, е) предназначен для обработки заготовок из закаленных сталей. Передний угол делают отрицательным (—15°) для упрочнения режущей кромки и направления схода стружки вперед по направлению подачи. Задний угол равен 10°. Главный угол в плане Л=60°, угол переходной кромки к' =15°. Длина рабочей части зенкера равна длине пластины из твердого сплава. Для лучшего направления в процессе работы зенкер. имеет переднее направление.

Резец-зенкер с многогранными пластинами твердого сплава (рис. 2.70, а) применяют для обработки отверстий с большими припусками. На корпусе 1 установлены две пластины 2 из твердого сплава, которые свободно надевают на штифты 3 и закрепляют с помощью клина 5 и винта 4.

Развертка — осевой режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия и снижения шероховатости поверхности. Предназначена для предварительной и окончательной обработки отверстий с полями допуска по 6— 11-му квалитетам и с параметром шероховатости поверхности Ra= 2,5...0,32 мкм. Развертки для предварительной обработки выполняют с полем допуска V8, допуск на развертки для окончательной обработки устанавливают в зависимости от допуска иа обрабатываемое отверстие. В процессе работы развертки повышают точность и качество обработки отверстий. Их обычно используют для обработки отверстий после растачивания или зенкерования. Развертывают отверстия после сверления, в основном при обработке отверстий диаметром до 5 мм.

По способу применения развертки разделяют иа ручные и машинные, по форме обрабатываемого отверстия — иа цилиндрические и конические, по методу закрепления — иа хвостовые и насадные, по конструкции — на цельные и сборные, жесткие и регулируемые. Ручные развертки (ГОСТ 7722—77) диаметром 3—40 мм изготавливают из быстрорежущей стали, а также из легированной стали 9ХС, так как они работают при малых скоростях резания. Машинные развертки (ГОСТ 1672—80) диаметром 3—50 мм и ножи для сборных разверток (ГОСТ 883—80) диаметром 40—100 мм изготавливают из быстрорежущей стали или оснащают пластинами из твердого сплава (ГОСТ 11175—80), диаметр 10—50 мм. Машинные хвостовые развертки с диаметром рабочей части 10 мм и выше изготовляют сварными. Хвостовик у этих разверток делают из сталей 45 или 40Х. Корпуса сборных разверток и разверток, оснащенных напайными пластинами из твердого сплава, делают из стали 40Х, корпуса ножей сборных разверток — из стали У7 и У8.

На рис. 2.72 представлены конструкции цилиндрической ручной (рис. 2.72, а) и машинных хвостовой (рис. 2.72, б) н насадной (рис. 2.72, в) разверток. Рабочая часть разверток состоит из режущей и калибрующих частей. Зубья, расположенные на режущей части, затачивают иа остро, без оставления леиточки; на калибрующей части по задней поверхности вдоль режущей кромки оставляют цилиндрическую ленточку шириной 0,05— 0,3 мм для лучшего направления при работе и сохранения диаметра развертки

Большинство разверток изготовляют с прямым зубом. Форма зубьев показана на рис. 2.72, г.

Конструкции насадных регулируемых разверток со вставными ножами приведены на рис. 2.72, е, ж и рассмотрены способы крепления ножей с рифлениями клином (рис. 2.72, е) и винтами (рис. 2.72, ж).

Кроме того, широко применяют развертки с пластинами твердого сплава, напаянными непосредственно на корпус (рис. 2.72, з). Развертки диаметром до 6 мм изготовляют целиком из твердого сплава, а развертки диаметром 3—12 мм изготовляют с рабочей частью из твердого сплава, которую впаивают в стальной хвостовик (рис. 2.72, и).

Конические развертки применяют для превращения цилиндрического отверстия в коническое или для калибрования конического" отверстия, предварительно обработанного другим инструментом. Для получения отверстий под конус Морзе (из цилиндрического) обычно применяют комплекты разверток (ГОСТ 10082—71) из трех или двух штук (рис. 2.73). Первая (рис. 2.73, а) имеет ступени на зубьях, расположенные по винтовой линии на конусе с углом, равным углу наклона конуса Морзе, направление резьбы совпадает с направлением резания. Эта развертка превращает цилиндрическое отверстие в ступенчатое. Развертки имеют от трех до восьми зубьев в зависимости art размеров обрабатываемого конуса, они затылованы по задней поверхности.

Вторая развертка (рис. 2.73, б) имеет форму, соответствующую форме обрабатываемого отверстия, ее зубья для дробления стружки пересекаются прямоугольной резьбой, имеющей направление, обратное направлению резаиия. Шаг резьбы Р=1,5...3 мм, ширина канавки 0,4Р, глубина 0,2Р. Третья развертка (рис. 2.73, в) по конструкции отличается от цилиндрических -разверток тем, что зубья у нее расположены на конусе и имеют переменную глубину канавки (большую у большего диаметра разверток).Конические развертки обычно делают с равномерным шагом. При получении отверстия конусность 1:30 из подготовленного цилиндрического отверстия требуется удаление меньшего слоя металла и поэтому применяют две развертки (вторую и третью). При обработке отверстий конусностью 1:50 и развертывании ранее подготовленных конических отверстий применяют только третью развертку.

Комбинированные инструменты для обработки отверстий. Для совмещения операций и переходов при обработке цилиндрических и ступенчатых отверстий используют различные комбинированные инструменты. Их применение значительно сокращает машинное и вспомогательное время и повышает производительность обработки. Применение комбинированных инструментов при обработке ступенчатых отверстий значительно уменьшает отклонение от соосности ступеней и повышает точность размеров между торцовыми поверхностями обрабатываемой заготовки. Комбинированные инструменты используют на сверлильных, револьверных, расточных, агрегатных станках, токарных автоматах, автоматических линиях, обрабатывающих центрах, их изготавливают из быстрорежущей стали и оснащают пластинами из твердого сплава.

При обработке цилиндрических отверстий широко применяют инструменты, являющиеся соединением инструментов разных типов, например сверло—зенкер, сверло—развертка, зенкер—развертка и др. Для обработки ступенчатых отверстий применяют инструменты, являющиеся соединением однотипных инструментов (ступенчатые сверла, зенкеры, развертки и др.).

Комбинированные сверла, зенкера и развертки приведены соответственно на рис. 2.74, а—г. Конструктивные и геометрические параметры таких инструментов выбирают аналогично ранее рассмотренным инструментам соответствующего типа. Недостатком этих конструкций является сравнительно небольшое число переточек. Этот недостаток устраняется в конструкциях сборных комбинированных инструментов, которые состоят из набора простых инструментов.

В зависимости от размеров обрабатываемых отверстий используют как цельные инструменты, так и инструменты со вставными ножами. На рис. 2.74, д приведена конструкция, в которой соединено сверло и зенкер со вставными ножами, а на рис. 2.74, е — комбинированная расточная головка для обработки ступенчатого отверстия. Головка оснащена специальными вставками 1. нв которых закреплены многогранные пластины. В зависимости от размеров и формы обрабатываемого отверстия державки могут иметь различную конструкцию. Из-за того, что на головке расположено обычно несколько вставок (в представленной конструкции их пять), соответственно увеличивается производительность обработки. В торец вставок ввернут установочный винт 2 для регулировки их установки в корпусе головки.