Зенкерование, зенкование и цекование отверстий.

Зенкерование — операция, связанная с обработкой предвари­тельно просверленных, штампованных, литых или полученных иными методами отверстий в целях придания им более правиль­ной цилиндрической формы, а также достижения более высокой по сравнению со сверлением точности (до 8-го квалитета) и более низкой шероховатости (до Ra 1,25 мкм). Ручное механизированное оборудование (дрели) при зенкеровании не применяется, так как не может обеспечить необходимой точности обработки. Обработ­ка ведется с использованием настольных сверлильных станков (при диаметре отверстий до 20 мм) и стационарного оборудования (вертикально- и радиально-сверлильных станков).

GamePark RU

Разновидностями зенкерования являются зенкование и цекова­ние.

Зенкование — обработка у основания просверленных отвер­стий цилиндрических или конических углублений под головки винтов или заклепок, а также выполнение фасок в отверстиях.

Цекование — операция по зачистке торцевых поверхностей при обработке бобышек под шайбы, гайки, стопорные кольца. Вы­полняется операция с использованием стационарного сверлильно­го оборудования.

Инструменты для зенкерования, зенкования и цекования. Для выполнения работ, связанных с зенкерованием и его разновидностями — зенкованием и цекова­нием, применяют специальные инструменты: зенкеры, зенков­ки и цековки.

Зенкеры в отличие от сверла имеют большее число режущих кромок (три или четыре), что обеспечивает получение по­верхности с более высокими показателями по точности и шерохо­ватости обработанной поверхности.

По конструкции различают цельные (рис. 1, а) и насадные (рис. 1, б) зенкеры.

Зенкер
Рис. 1. Зенкер:
а — трехперый цельный; б — черырехперый насадной; D — диаметр зенкера; φ — главный угол в плане; ω — угол наклона винтовой канавки; γ — передний угол; α — задний угол; f— ширина ленточки

Print Bar

Зенковки предназначены для получения цилиндрических (рис. 2, а и б) и конических с углами 60; 90 и 120° (рис. 2, в и г) углублений.

Зенковки
Рис. 2. Зенковки: а, б — цилиндрические; в, г — кониче­ские; 2φ — угол в плане

Цековки служат для подрезания торцов приливов и бобышек. Они могут быть односторонними (рис. 3, а) и двусторонними (рис. 3, б).

Насадные цековки
Рис. 3. Насадные цековки: а — односторонняя; б — двусторонняя

Приспособления и оборудование, применяемые при обработке заготовок зенкерованием, зенкованием и цекованием, аналогич­ны приспособлениям и оборудованию, применяемым при сверле­нии и рассверливании.

При выполнении работ, связанных с зенкерованием, следует придерживаться ряда правил.

  1. Отверстия диаметром 10…40 мм в заготовках из конструкци­онной стали, чугунов, цветных металлов и их сплавов следует об­рабатывать зенкерами, рабочая часть которых выполнена из бы­строрежущей стали.
  2. При обработке отверстий диаметром 14…50 мм в заготовках из труднообрабатываемых и закаленных сталей следует приме­нять зенкеры, оснащенные пластинами из твердого сплава.
  3. Обработку отверстий диаметром 32…80 мм в заготовках из конструкционной стали целесообразно осуществлять, используя насадные зенкеры, оснащенные пластинами из быстрорежущей стали.

Расчет режимов резания при зенкеровании, зенковании и цековании осуществляют в той же последовательности, что и рас­чет режимов резания при сверлении.

Сверление и рассверливание отверстий.

Сверление — операция по образованию сквозных и глухих от­верстий в сплошном материале, выполняемая при помощи режу­щего инструмента — сверла. Сверление может осуществляться ручными пневматическими и электрическими машинами и на сверлильных станках.

Ручные сверлильные устройства применяют при необходимо­сти получения отверстий диаметром до 12 мм в материалах не­большой твердости (пластические массы, цветные металлы и спла­вы, конструкционные стали).

Для обработки отверстий большого диаметра, повышения про­изводительности труда и качества обработанной поверхности ис­пользуют настольные и стационарные (вертикально- и радиально­сверлильные) станки.

GamePark RU

Рассверливание является разновидностью сверления и приме­няется для увеличения диаметра ранее просверленного отверстия. В качестве инструмента, так же, как и для сверления, применяют сверло. Не рекомендуется рассверливать отверстия, полученные в заготовках методами литья, ковки или штамповки.

Обработка отверстий методами сверления и рассверливания позволяет получить точность размеров до 10-го квалитета и шеро­ховатость обработанной поверхности до Rz 80 мкм.

Сверла применяют при обработке отверстий в сплошном матери­але и рассверливании предварительно обработанных отверстий. Классифицируют сверла в зависимости от их конструкции: спираль­ные, центровые, перовые, ружейные и кольцевые (трепанирующие головки). Выбор конструкции сверла зависит от характера выполняе­мых работ и от диаметра обрабатываемого отверстия и его глубины.

Спиральные сверла (рис. 1, а) изготавливают с цилиндриче­ской (диаметром до 20 мм) и конической (диаметром свыше 5 мм) хвостовой частью. Сверла с коническим хвостовиком имеют лап­ку, которая облегчает извлечение сверла из шпинделя станка или переходной втулки.

Центровочные сверла (рис. 1, б) предназначены для выполне­ния центровых отверстий в торцевой поверхности заготовок, под­лежащих токарной обработке.

Перовые сверла (рис. 1, в) применяют для обработки металлов низкой твердости, например баббитов, и неметаллических мате­риалов.

Ружейные сверла (рис. 1, г) применяют для сверления глубо­ких и сверхглубоких отверстий диаметром 3…30 мм с соотноше­нием глубины сверления к диаметру отверстия более 5.

Сверла для обработки отверстий
Рис. 1. Сверла для обработки отверстий:
а — спиральные; б — центровочные; в — перовые; г — ружейные для глубокого сверления

Кольцевые сверла (рис.2) применяют при обработке в сплош­ном материале отверстий диаметром более 50 мм.

Кольцевые сверла
Рис. 2. Кольцевые сверла:
а — двурезцовые: 1 — корпус; 2, 3 — сменные резцы; 4 — 6 — направляющие пла­стины; б — трехрезцовые; в — многорезцовые: 1 — резцы; 2 — корпус; L длина рабочей части

В процессе эксплуатации происходит износ рабочей (режущей) части сверл, что приводит к потере их режущей способности.

Поскольку в процессе выполнения слесарных и слесарно­-сборочных работ наиболее часто применяют спиральные сверла, остановимся именно на их эксплуатации.

Износ спиральных сверл происходит преимущественно по задней поверхности на пересечении режущих кромок с ленточка­ми (рис. 3). Восстановить режущие свойства сверла можно за счет его заточки.

Износ спиральных сверл по задней поверхности
Рис. 3. Износ спиральных сверл по задней поверхности.

Print Bar

Заточка спиральных сверл позволяет восстановить режущие свойства сверла. При заточке режущей части сверла придают раз­личную форму, выбор которой зависит от характера выполняемых работ и обрабатываемого материала.

Одинарная заточка (рис. 4, а) применяется при сверлении от­верстий диаметром до 12 мм в заготовках из стали или чугуна.

Одинарная заточка с подточкой перемычки (рис. 4, б) приме­няется при обработке отверстий диаметром 12…80 мм в заготов­ках из стального литья, покрытого коркой.

Одинарная заточка с подточкой перемычки и ленточки (рис. 4, в) применяется при обработке отверстий диаметром 12…80 мм в за­готовках из стали и стального литья со снятой коркой.

Двойная заточка с подточкой перемычки (рис. 4, г) применя­ется при обработке отверстий диаметром 12…80 мм в заготовках из чугунного литья, покрытого коркой.

Двойная заточка с подточкой перемычки и ленточки (рис. 4, д) применяется при обработке отверстий диаметром 12…80 мм в за­готовках из чугунного литья со снятой коркой.

Форма заточки сверл
Рис. 4. Форма заточки сверл:
а — одинарная; б — одинарная с подточкой перемычки; в — одинарная с подточкой перемычки и ленточки; г — двойная с подточкой перемычки; д — двойная с под­точкой перемычки и ленточки;
2φ — угол при вершине; 2φ0 — угол дополнительной заточки; l0— ширина дополнительной заточки

При обработке отверстий с применением ручного и стационар­ного оборудования применяют специальные при­способления для установки инструментов и заготовок.

Приспособления для установки инструментов служат для их соединения с устройствами, передающими вращательное дви­жение инструменту.

Сверлильные патроны служат для установки инструмента с ци­линдрической хвостовой частью. Сверлильные патроны изготав­ливают различных конструкций: кулачковые, цанговые и др.

Трехкулачковый сверлильный патрон (рис. 5, а) обеспечива­ет достаточно высокую точность центрирования инструмента от­носительно оси обрабатываемого отверстия.

Двухкулачковый сверлильный патрон аналогичен по конструк­ции трехкулачковому, однако точность центрирования обрабаты­вающего инструмента относительно оси отверстия у него менее точная.

Цанговый сверлильный патрон (рис. 5, б) предназначен для закрепления сверл с цилиндрическим хвостовиком небольшого диаметра и обеспечивает очень высокую точность центрирования обрабатывающего инструмента относительно оси отверстия.

Приспособления для установки инструментов
Рис. 5. Приспособления для установки инструментов:
а — трехкулачковый сверлильный патрон: 1 — кулачок; 2 — гайка; 3 — обойма; 4 — ключ; б — цанговый сверлильный патрон: 1 — хвостовик; 2 — цилиндрическая часть; 3 — разрезная цанга; 4 — кольцо

Приспособления для установки заготовок служат для пра­вильной установки и закрепления заготовок на столе станка. Вы­бор приспособлений в значительной степени зависит от того, ка­кое оборудование применяют при обработке отверстий. Наиболее часто для закрепления заготовок применяют прихваты, призмы, угольники, машинные тиски различных конструкций, кондукторы и т.д.

Прихваты (рис. 6, а) и призмы (рис. 6, б) применяют для закрепления заготовок с плоскими и цилиндрическими поверхно­стями.

Жесткая (рис. 6, в) и регулируемая (рис. 6, г) угловые пли­ты предназначены для установки и закрепления на столе станка заготовок разной, иногда достаточно сложной формы, например рычагов.

Винтовые (рис. 6, д) и быстродействующие (рис. 6, е) машинные тиски применяют при обработке заготовок сложной формы.

Кондукторы обеспечивают правильное расположение режуще­го инструмента относительно обрабатываемого отверстия. Приме­нение кондукторов экономически обосновано только в условиях серийного и массового производства.

Приспособления для установки заготовок
Рис. 6. Приспособления для установки заготовок:
а — прихваты; б — призма; в — жесткая угловая плита; г — регулируемая угловая плита; д — винтовые машинные тиски: 1 — ходовой винт; 2 — подвижная губка; 3 — неподвижная губка; 4 — основание; 5 — рукоятка; е — быстродействующие машинные тиски: 1 — заготовка; 2 — поворотная часть; 3 — неподвижная губка; 4 — установочный винт; 5 — подвижная губка; 6 — рукоятка; 7 — эксцентриковый вал; 8 — двойной кулачок; 9 — основание

Оборудование для обработки отверстий подразделяют на ручное, ручное механизированное и стационарное.

Ручное оборудование — оборудование, в котором в качестве привода используется мускульная энергия человека. К этому обо­рудованию относятся ручные дрели и трещотки.

ручная дрель предназначена для сверления отверстий вруч­ную.

Трещотка применяется в тех случаях, когда для обработки от­верстия невозможно использование ручной дрели и сверлильного станка.

Ручное механизированное оборудование может иметь как элек­трический, так и пневматический привод и отличается большим разнообразием конструктивных решений. Выбор конструкции ручного механизированного оборудования зависит от характера и условий выполнения работ.

Электрические дрели применяют для сверления отверстий диа­метром до 10 мм (легкий тип), 15 мм (средний тип) и 32 мм (тяже­лый тип).

Пневматические дрели изготавливают в двух вариантах: легко­го и тяжелого типа.

Стационарное оборудование устанавливается на постоянном месте, при этом обрабатываемую заготовку доставляют к нему. К этому виду оборудования относят настольные, вертикальные и радиальные сверлильные станки.

Настольные сверлильные станки (рис. 7) отличаются боль­шим разнообразием конструкций и обеспечивают получение от­верстий диаметром до 25 мм.

Настольный сверлильный станок
Рис. 7. Настольный сверлильный станок:
1 — стол; 2, 8, 10 — рукоятки; 3 — трехкулачковый патрон; 4 — шпиндель; 5 — хомутик; 6 — лимб; 7 — кожух; 9 — электрический двигатель; 11 — корпус; 12 — колонна

Вертикально-сверлильный станок (рис. 8) — основной и наи­более распространенный тип сверлильных станков, применяемых для обработки отверстий в заготовках сравнительно небольшого размера. На вертикально-сверлильных станках возможно выпол­нение сверления, зенкерования, зенкования, цекования и развер­тывания. На вертикально-сверлильных станках выполняют обра­ботку отверстий диаметром до 50 мм.

Вертикально-сверлильный станок
Рис. 8. Вертикально-сверлильный станок:
1 — фундаментная плита; 2 — стол; 3 — шпиндель; 4 — коробка подач; 5 — коробка скоростей; 6 — электрический двигатель; 7 — сверлильная головка; 8 — рукоятка; 9 — колонна

Радиально-сверлильные станки (рис. 9) обладают теми же технологическими возможностями, что и вертикально-сверлиль­ные. Их отличительная особенность состоит в том, что шпиндель­ная головка станка может перемещаться относительно обрабаты­ваемой заготовки в разных направлениях, обеспечивая обработку крупногабаритных заготовок без их переустановки, а следова­тельно, и без повторной выверки, относительно режущего инстру­мента.

Радиально-сверлильный станок

Рис. 9. Радиально-сверлильный станок:
1 — фундаментная плита; 2 — цоколь; 3 — рукав; 4 — механизм подъема; 5 — шпиндельная головка; 6 — пульт управления; 7 — стол

Расчет режимов резания осуществляется в следующей после­довательности:

  • выбирают по справочным таблицам величину подачи в зависи­мости от характера обработки, требований к качеству обрабо­танной поверхности, материала сверла и других технологиче­ских данных;
  • определяют по справочным таблицам скорость инструмента с учетом технологических возможностей станка, режущих свойств материала инструмента и физико-механических свойств материала заготовки;
  • рассчитывают частоту вращения шпинделя в соответствии с выбранной скоростью резания. Полученную величину сравни­вают с паспортными данными станка и принимают равной бли­жайшему наименьшему значению этой частоты;
  • рассчитывают действительную скорость резания, с которой бу­дет производиться обработка.

Зенкеры

Зенкеры — это осевые многолезвийные режущие инструменты, ко­торые применяются для промежуточной или окончательной обработки отверстий, полученных предварительно сверлением, литьем, ковкой или штамповкой, с целью повышения их точности до JT11… JT10 и умень­шения шероховатости обработанной поверхности до Ra 40…10 мкм.

Зенкеры получили широкое распространение в массовом и крупно­серийном производствах. По сравнению с расточными резцами они, являясь мерными инструментами, не требуют настройки на размер, что обеспечивает сокращение вспомогательного времени и повышает точ­ность отверстий.

Кинематика рабочих движений зенкеров подобна сверлам. Однако по сравнению с последними зенкеры обеспечивают большие производи­тельность обработки отверстий и точность, так как снимают меньшие припуски (t=1,5…4,0 мм, d = 18…80 мм), имеют большее число режу­щих кромок (z = 3…4) и направляющих ленточек. Из-за малой глубины стружечных канавок они имеют большую, чем сверла, жесткость, а от­сутствие поперечной кромки позволяет вести обработку с более высо­кими подачами.

Типы зенкеров
Рис.1. Типы зенкеров: а — цилиндрический зенкер; б, в, г — зенковки

Зенкеры классифицируют по следующим признакам:

а)  вид обработки — цилиндрические зенкеры (применяются для уве­личения диаметра отверстий (рис. 1, а), зенковки (применяются для обработки цилиндрических или конических углублений под головки болтов, винтов, а также для снятия фасок (рис. 1, б, в), подрезки тор­цов бобышек и приливов на корпусных деталях (рис. 1, г);

б)  способ крепления зенкера — хвостовые (с цилиндрическим и ко­ническим хвостовиками (d = 10…40 мм, z = 3) и насадные (d = 32…80 мм, z = 4);

в)   конструкция зенкера — цельные, сборные (со вставными ножами, d=40…120мм) и регулируемые по диаметру; г) вид режущего материала — быстрорежущие и твердосплавные.

Сверла для сверления глубоких отверстий

К глубоким отверстиям обычно относят отверстия, глубина которых превышает 5d. Однако уже при h > 3d в случае сверления отверстий спиральными сверлами наблюдаются трудности с подводом СОЖ в зо­ну резания и удалением стружки из отверстия, что приводит к сниже­нию стойкости инструмента. Поэтому на практике применение инстру­ментов для сверления глубоких отверстий обычно начинается с глубин, больших 3d.

Основные трудности при сверлении глубоких отверстий заключа­ются:

1) в сложных условиях подвода СОЖ в зону резания и отвода стружки;

2) в уводе осей отверстий;

3) в погрешностях размера и формы отверстий в радиальном и продольном сечениях.

Улучшить условия отвода стружки из отверстий при использовании спиральных сверл можно за счет увеличения угла наклона канавок до 40…60° и обеспечения надежного дробления стружки. В противном случае приходится периодически выводить сверло из отверстия для ос­вобождения инструмента от стружки, что значительно снижает произ­водительность, хотя при этом увод оси отверстия несколько уменьшает­ся. Лучшие результаты дает использование внутреннего напорного под­вода СОЖ в зону резания, которое обеспечивает не только надежный отвод стружки из отверстия, но и отвод тепла из зоны резания, благодаря чему повышается стойкость сверл. Причем эффективность СОЖ будет тем выше, чем выше скорость ее протекания через зону резания, которая определяется давлением и количеством (расходом) подаваемой жидкости.

На практике при сверлении отверстий глубиной до 20d на универ­сальном оборудовании часто используют спиральные сверла удли­ненной серии или с нормальной длиной режущей части и длинным хвостовиком (рис. 1, а), равным глубине отверстия. В этом случае для освобождения сверла от стружки в процессе сверления применяется автоматический ввод-вывод инструмента из отверстия.

Спиральные сверла для глубокого сверления
Рис. 1. Спиральные сверла для глубокого сверления: а — четырехленточное с длинным хвостовиком; б — шнековое; в — с внутренним напорным охлаждением

С целью уменьшения увода оси отверстий у таких сверл рекоменду­ется вышлифовывать на спинках четыре ленточки и увеличивать на­сколько возможно диаметр сердцевины (рис. 1, а). Некоторые фирмы выпускают такие сверла с увеличенным объемом канавок и большим углом их наклона к оси инструмента, доходящим до ω = 40°.

Для улучшения отвода стружки без вывода сверла из отверстия были предложены шнековые сверла (рис. 1, б), которые применяются чаще всего для сверления отверстий глубиной до (30…40)d в деталях из чугуна и других хрупких металлов. Для сверления отверстий в сталях шнековые сверла применяются значительно реже и при этом наблюдается повы­шенный увод сверла. В отличие от стандартных спиральных сверл, они имеют большой угол наклона винтовых канавок ω = 60°, увеличенный диаметр сердцевины d0=(0,30…0,35)d. Полированные канавки имеют в осевом сечении прямолинейный треугольный профиль с рабочей сторо­ной, перпендикулярной к оси сверла. Направляющие ленточки шнекового сверла примерно в 2 раза уже, чем у стандартных спиральных сверл. Так как угол ω у них очень большой, то для формирования рабочего клина с нормальным углом заострения необходима подточка по передней по­верхности под углом γ = 12…18°. Задний угол при плоскостной заточке α = 12…15°. При этом заточка сверла существенно усложняется.

Для обеспечения надежного стружкодробления без вывода сверл из отверстия при одновременном повышении стойкости применяют также спиральные быстрорежущие сверла с каналами для внутреннего подво­да СОЖ. В нашей стране такие сверла изготавливаются диаметром от 10 до 30 мм (рис. 1, в). Их недостаток — повышенная трудоемкость изго­товления, необходимость иметь для подвода СОЖ специальные патро­ны и насосные станции, а также ограждения от сходящей стружки и брызг СОЖ.

Увод сверл с двумя симметрично расположенными главными ре­жущими кромками происходит из-за малой жесткости консольно закре­пляемых инструментов, неизбежных погрешностей заточки режущих кромок, при наличии разнотвердости заготовок по сечению и т.д.

Самым эффективным способом, позволяющим свести до минимума увод и повысить точность отверстий, является способ базирования ре­жущей части инструмента с опорой на обработанную поверхность. С этой целью предусматривается такое расположение режущих кромок, когда заведомо создается неуравновешенная радиальная составляющая силы резания, прижимающая опорные направляющие корпуса к по­верхности отверстия, которые обработаны впередиидущими режущими кромками (рис. 2). При этом засверливание должно производиться по кондукторной втулке или по предварительно подготовленному в заго­товке отверстию глубиной (0,5…1,0)d.

Схема сил, действующих в плоскости, перпендикулярной к оси сверла с определенностью базирования
Рис. 2. Схема сил, действующих в плоскости, перпендикулярной к оси сверла с определенностью базирования: 1, 2 — твердосплавные направляющие пластины; 3 — твердосплав­ная режущая пластина

Инструменты, работающие по такому принципу, называются инструментами с определенностью базирования или инструментами од­ностороннего резания. К ним относятся пушечные и ружейные сверла, сверлильные головки БТА и эжекторные сверла. Они могут быть с одной или несколькими режущими кромками, но в любом случае сум­марная радиальная составляющая сил резания и трения R для осуществ­ления принципа определенности базирования должна быть направлена строго к опорной поверхности и расположена между направляющими пластинами.

На увод оси отверстия, даже при использовании инструментов с определенностью базирования, значительное влияние также оказывает кинематика движения заготовки и сверла, особенно заметное при боль­ших глубинах отверстий. Так, на рис. 3 приведены данные по уводу оси для трех схем сверления: 1) заготовка вращается, а сверло соверша­ет движение подачи; 2) заготовка и сверло вращаются в противополож­ных направлениях; 3) заготовка неподвижна, вращается сверло. Наи­лучшим является второй вариант, но к нему близок и первый. Худшие результаты дает третья схема, которая применяется в случаях сверления несимметричных заготовок с большой массой (например, корпусные детали).

Увод оси отверстия в зависимости от схемы сверления
Рис. 3. Увод оси отверстия в зависимости от схемы сверления: 1 — заготовка вращается, сверло неподвиж­но; 2 — заготовка и сверло вращаются в противопо­ложных направлениях; 3 — заготовка неподвижна, сверло вращается

Исторически первой и наиболее простой конструкцией сверла глу­бокого сверления являются пушечные сверла, название которых гово­рит об области их первоначального применения. Такое сверло (рис. 4, а) представляет собой стержень большой длины, равной глу­бине обрабатываемого отверстия, срезанный в рабочей части примерно до половины диаметра и заточенный с торца с задним углом α. Во из­бежание заедания сверла в отверстии передняя грань расположена выше оси инструмента на величину 0,2…0,5 мм. Сверло имеет одну главную режущую кромку, перпендикулярную к оси. С другой стороны от оси сверла по торцу делают срез под углом 10°, отступив от оси на расстоя­ние 0,5 мм. Со стороны вспомогательной режущей кромки на наружной поверхности срезают лыску под углом 30° с оставлением цилиндриче­ской ленточки шириной f = 0,5 мм. У пушечного сверла передний угол γ = 0°, а задний α = 8…10°. Для снижения осевой составляющей силы резания передняя поверхность пушечного сверла выполняется по ра­диусу R с очень небольшим занижением около оси инструмента. В процессе сверления радиальная односторонне направленная нагрузка вос­принимается цилиндрической поверхностью сверла, опирающейся на стенку обработанного отверстия.

Сверла для сверления глубоких отверстий
Рис. 4. Сверла для сверления глубоких отверстий: а — пушечное (d = 3…36 мм); б — ружейное (d = 1…30 мм)

Пушечное сверло работает в тяжелых условиях. При этом не обес­печивается непрерывный отвод стружки, в связи с чем приходится свер­ло периодически выводить из отверстия. Из-за низкой поперечной же­сткости и большой ширины срезаемого слоя оно склонно к вибрациям, поэтому работает с малыми подачами. Такие сверла в настоящее время применяются редко, только в условиях единичного и мелкосерийного производств.

Ружейные сверла (рис. 4, б) в отличие от пушечных, имеют внутренний канал для подвода СОЖ и прямую (иногда винтовую) ка­навку для наружного отвода пульпы (смесь стружки и СОЖ). Они при­меняются для сверления отверстий глубиной (5…100)d и диаметром 1…30 мм. Первоначально ружейные сверла использовали для сверления стволов огнестрельного оружия. В настоящее время ружейные сверла получили широкое распространение во всех отраслях машиностроения, главным образом для сверления глубоких отверстий на специальных станках в условиях крупносерийного и массового производств. Благо­даря оснащению твердым сплавом и внутренней подаче СОЖ они обес­печивают высокую производительность при сверлении отверстий с ми­нимальным уводом оси при высокой точности (H8…H9) и низкой ше­роховатости поверхности отверстий (Ra 0,32…1,25 мкм).

Типовая конструкция ружейного сверла состоит из режущего твер­досплавного наконечника 1 (рис. 4, б) с отверстием для подвода СОЖ, трубчатого стебля 2 из стали типа 30ХМА с V-образной канавкой для отвода стружки, полученной методом холодной пластической де­формации, и цилиндрического хвостовика 3 для крепления на станке. Ружейные сверла диаметром менее 2 мм ряд зарубежных фирм изготав­ливает цельными твердосплавными.

Геометрические параметры режущей части ружейного сверла пока­заны на рис.4, б. Главная режущая кромка для снижения радиальной нагрузки ломаная, состоит из двух полукромок с углами в плане φ1 = 30° и φ2 = 20°. Для восприятия суммарной радиальной нагрузки у сверл ма­лых диаметров имеется опорная цилиндрическая поверхность, а у сверл d > 10 мм — две опорные направляющие, между которыми должен про­ходить вектор радиальной составляющей сил резания и трения.

Для снижения сил трения и во избежание защемления сверла в от­верстии предусматривается обратная конусность по диаметру режущей части (наконечника) в пределах 0,6…0,10 мм на 100 мм длины. На вспомогательной режущей кромке оставляется цилиндрическая ленточ­ка шириной f=0,1…0,5мм.

При заточке ружейного сверла (рис. 4, б) необходимо контроли­ровать размер m, который, во избежание врезания торцев, направляю­щих в дно отверстия, должен быть не меньше двух — трех значений по­дачи сверла на один оборот. На переднем торце трубчатого стебля фре­зеруется паз, в который припаивается твердосплавный наконечник. С противоположного конца стебель впаивается в цилиндрический хвосто­вик, имеющий диаметр на 6…10 мм больший, чем диаметр стебля.

Технические требования к изготовлению ружейных сверл весьма жесткие. Так. рабочая часть шлифуется с допуском по h5 или h6, а хво­стовик — по h6. Радиальное биение наконечника относительно хвосто­вика не более 0,01…0,02мм. При настройке операции необходимо обеспечить соосность шпинделя и сверла в пределах 0,01 мм, а соос­ность кондукторной втулки и шпинделя станка — в пределах 0,005 мм.

Так как твердосплавные направляющие выглаживают поверхность отверстия. СОЖ должна быть только на масляной основе с противоза­дирными присадками (S, Cl, P). Применение эмульсий на водной основе приводит к затиранию направляющих и возникновению вибраций.

Давление и расход СОЖ зависят от диаметра сверла. Так, например, при малых диаметрах сверл давление СОЖ достигает 9…10 МПа.

К числу недостатков ружейных сверл можно отнести малые попе­речную и крутильную жесткости из-за ослабленного канавкой стебля. По этой причине приходится снижать подачу, а следовательно, и произ­водительность процесса сверления.

Сверла и сверлильные головки БТА отличаются тем, что при малых диаметрах сверления (рис. 5, а) твердосплавные режущие и направляющие пластины напаиваются непосредственно на трубчатый стебель, а при больших диаметрах — на головки (рис. 5, б… д), навин­чиваемые на стебель.

Сверлильные головки БТА
Рис. 5. Сверлильные головки БТА: а — однокромочное сверло с напайной Т-образной твердосплавной пластиной (d = 6…18 мм); б — однокромочная напайная головка (d=18…30 мм); в — однокромочная головка с механическим креплением режущих и направляющих пластин (d = 18…65 мм); г — многокромочная напайная головка БТА (d = 18…65 мм); д — многокромочная головка с механическим креп­лением режущих и направляющих пластин (d > 65 мм)

Головки изготавливают различными по конструктивному исполне­нию: однокромочными (рис. 5, б, в), многокромочными (рис. 5.г,д), перетачиваемыми, неперетачиваемыми, с напайными или сменными (d>20мм) режущими и направляющими пластинами.

В отличие от ружейных сверл, сверла и головки БТА имеют толсто­стенный стебель кольцевого сечения и работают с наружной подачей СОЖ между стенками стебля и обработанного отверстия и с внутрен­ним отводом СОЖ и стружки через отверстия в головке и стебле. Пода­ча СОЖ производится с помощью специальных маслоприемников, ко­торые устанавливаются на специальных станках для обработки глубо­ких отверстий, обеспечивающих торцевое уплотнение между заготов­кой и кондукторной втулкой.

Достоинства сверл БТА состоят в том, что благодаря высокой жест­кости трубчатого стебля подача, по сравнению с ружейными сверлами увеличивается примерно в 2…4 раза, а стружка, удаляемая из зоны ре­зания по внутреннему каналу, не портит обработанную поверхность.

К недостаткам сверл БТА следует отнести трудности с надежным удалением стружки через относительно небольшое по сечению входное отверстие в режущей части, при закупоривании которого процесс свер­ления становится невозможным.

Для хорошего дробления стружки на напайных твердосплавных пластинах затачиваются стружкодробящие уступы, а на механически закрепляемых твердосплавных СМП предусматриваются сферические мелкие лунки, получаемые в процессе изготовления пластин. Хорошее деление стружки по ширине и увеличение площади сечения входных отверстий обеспечивают многокромочные головки фирмы «Sandvik Coromant» (Швеция). При этом за счет разности нагрузки на пластины, расположенные с обеих сторон оси головки, обеспечивается принцип одностороннего резания, так как в этом случае равнодействующая ради­альных составляющих сил резания и трения проходит между двумя на­правляющими и прижимает головку к обработанной поверхности отвер­стия.

В головках с механическим креплением твердосплавных пластин удается избежать недостатков метода пайки, указанных выше, трудоем­кой по исполнению заточки и обеспечить быстросменность пластин.

Сложные по конструкции корпуса головок БТА изготавливают ме­тодом точного литья с последующей нарезкой ленточной резьбы на хво­стовой части. У сверл крупных диаметров корпуса изготавливают фре­зерованием и точением на станках с ЧПУ. При сверлении отверстий малых диаметров (d = 6…20 мм) применяются опытные конструкции сверл БТА, выполненные путем врезания и пайки Т-образных твердо­сплавных пластин в стальной трубчатый стебель (рис. 5, а). Однако в этом случае трудности с удалением стружки возрастают еще в большей степени. Гарантированная глубина сверления отверстий сверлами БТА при горизонтальном положении заготовки достигает 100d, а при верти­кальном — 50d.

Схема работы эжекторного сверла
Рис. 6. Схема работы эжекторного сверла: 1 — режущая головка; 2 — кондукторная втулка; 3 — цанга; 4 — зажимной патрон; 5 — сопла эжектора; 6 — тонкостенная труба; 7 — стебель; 8 — заготовка

Режущие головки эжекторных сверл по конструкции подобны го­ловкам БТА (рис. 6). Некоторые отличия между ними объясняются способами подвода СОЖ и отвода пульпы (смесь стружки и СОЖ), суть которых состоит в том, что подвод осуществляется между стенками стебля 7 и тонкостенной трубы 6, вставленной внутри стебля, и далее через отверстия в корпусе головки в зону резания. В хвостовой части тонкостенной трубы прорезаны С-образные пазы, исполняющие роль сопла 5 эжектора, отсасывающего пульпу через внутреннюю полость этой трубы. Таким образом, подаваемая через специальный патрон СОЖ делится на два потока: рабочий, идущий в зону резания, и вспомо­гательный, идущий на слив и составляющий примерно 1/3 от общего количества СОЖ. Именно этот вспомогательный поток и создает разряжение во внутренней трубе. Под действием атмосферного давления рабочий поток, пройдя через зону резания, вместе со стружкой всасывает­ся в зону пониженного давления и уходит на слив. Благодаря такому устройству эжекторные сверла могут использоваться на универсальных станках. При этом не требуются специальные маслоприемники, а пода­ча и отвод СОЖ осуществляются с помощью специальных патронов 4, устанавливаемых в шпинделе сверлильного станка или задней бабке токарного станка.

Эжекторные сверла d = 18…65 мм чаще всего оснащают напайными твердосплавными пластинами, а d = 65.185 мм и более — механически закрепляемыми СМП. Максимальная глубина отверстий, полученных эжекторными сверлами, достигает 4000 мм.

Сверла и головки для кольцевого сверления. При сплошном сверлении отверстий диаметром свыше 50 мм образуется большой объ­ем стружки, требующий значительных затрат мощностей и инструмен­тальных материалов. Усилия резания при этом резко возрастают. Чтобы избежать этого, используют способ кольцевого сверления, заключаю­щийся в прорезании кольцевой канавки в заготовке с оставлением не­тронутой сердцевины, которая в дальнейшем может быть использована в качестве заготовки деталей. За счет снижения силовой нагрузки на сверло можно значительно увеличить подачу, а следовательно, и произ­водительность процесса сверления.

Кольцевые сверла
Рис. 7. Кольцевые сверла: а — с механическим креплением режущих и направляющих пластин; б — для неглубоких отверстий, оснащенные СМП; в — оснащенные СМП головки одностороннего резания с внутренним отводом стружки для сверления глубоких отверстий

Простейшая конструкция кольцевого сверла в виде пустотелой тру­бы, на торце которой закреплены режущие ножи (z = 3…12), представ­лена на рис. 7, а. Над ножами прорезаны канавки для отвода сходя­щей стружки. Через отверстия в корпусе инструмента в зону резания под давлением подается СОЖ, которая удаляет стружку через зазор ме­жду сверлом и наружной стенкой кольцевой канавки, образуемой в за­готовке. Для облегчения транспортировки стружки предусмотрено ее деление по ширине за счет специальной заточки ножей. Для более ус­тойчивого положения сверла в отверстии на корпусе головки крепятся направляющие планки из твердой пластмассы, например из полиамида.

Для дробления стружки обычно на передних поверхностях режущих кромок затачивают уступы. Однако более надежное дробление стружки достигается в случае применения кинематического метода с наложени­ем колебаний на движение подачи сверла.

Известны и другие конструкции кольцевых сверл, в том числе ос­нащенные твердосплавными СМП, закрепляемыми винтами. Такие сверла применяются для сверления как неглубоких (рис. 7, б), так и глубоких (рис. 7, в) отверстий. В последнем случае для уменьшения увода оси отверстия используется принцип одностороннего резания. При сверлении неглубоких отверстий диаметром 60…110 мм, глубиной 2,5d применяют внутренний подвод СОЖ и наружный отвод стружки.

При сверлении глубоких отверстий диаметром 120…250 мм и более и глубиной 100d применяют внутренний отвод стружки через отверстия в корпусе головки и стебле сверла. Для крепления пластин в сверлах больших диаметров используют промежуточные вставки. Такие сверла, кроме режущих пластин, имеют также опорные твердосплавные на­правляющие пластины.

Твердосплавные сверла

Несмотря на то, что использование твердых сплавов обеспечивает двух-, четырехкратное повышение производительности, удельный вес твердосплавных сверл в общем объеме их применения составляет не более 10%. Это объясняется неблагоприятными условиями работы твердых сплавов при сверлении: нежестким (консольным) креплением сверл; большими осевыми нагрузками; переменной величиной скорости резания, уменьшающейся до нуля на поперечной режущей кромке; большой шириной срезаемой стружки; опасностью появления вибраций и пакетирования стружки в канавках сверла; малыми числами оборотов и недостаточными мощностью, жесткостью и точностью сверлильных станков.

Более широкое распространение твердосплавные сверла получили при сверлении чугунов, цветных металлов и неметаллических материа­лов (мрамор, кирпич, пластмассы и т.п.). При сверлении сталей часто наблюдается выкрашивание режущих кромок, особенно в виде разру­шения поперечной режущей кромки.

Повышение жесткости сверл, использование внутреннего напорного охлаждения и другие усовершенствования позволяют получать хорошие результаты при сверлении труднообрабатываемых сталей и сплавов, т.е. там, где быстрорежущие сверла имеют очень низкую стойкость.

Для оснащения сверл используют твердые сплавы марок ВК8, ВК10М, ВК15М, обладающие наибольшей прочностью.

Повышение прочности и жесткости сверл обеспечивают за счет максимально возможного сокращения длины рабочей части инструмен­та, хотя при этом приходится сокращать запас на переточку. С этой же целью увеличивают диаметр сердцевины сверл до d0 = (0,25…0,35)d и выполняют подточку поперечной режущей кромки.

Твердосплавные сверла
Рис. 1. Твердосплавные сверла: а — цельные; б — с напайными пластинами; в — с корон­ками; г — с механическим креплением СМП

Мелкоразмерные сверла (d = 2…6 мм) изготавливают цельными твердосплавными или составными, когда хвостовик изготавливается из стали (рис. 1, а), а рабочая часть — из твердого сплава. Сверла d = 10…30 мм оснащают напайными пластинами или коронками из твер­дого сплава (рис. 1, б, в). При этом корпус сверла изготавливается из стали 9ХС или Р6М5. На корпусах таких сверл направляющие ленточки обычно не делают, так как при высоких скоростях резания, допускае­мых твердым сплавом, они быстро выходят из строя и не выполняют роли направляющих сверла.

Обратная конусность предусматривается только на твердосплавной режущей части с созданием вспомогательных углов в плане φ1=25…30′. Диаметр корпуса сверла занижается на 0,2…0,3 мм по сравне­нию с диаметром конца твердосплавной части.

Геометрические параметры режущей части: угол при вершине 2φ=120…140°, угол наклона стружечных канавок ω = 0…20°, заточка двух- или трехплоскостная с задним углом на главных режущих кром­ках α= 7…9°. Передний угол на твердосплавных пластинах γ = 8°, а на коронках с винтовыми канавками переменный, как у быстрорежущих сверл, зависящий от угла ω. Хвостовик конический или чаще всего ци­линдрический, как более технологичный.

Для снижения осевого усилия применяется подточка поперечной режущей кромки с сокращением ее длины до (0,10…0,15)d. Так как мес­та пайки пластины и коронки расположено близко от зоны резания, то иногда в процессе сверления наблюдаются случаи отпаивания и разру­шения твердосплавной части. Этого можно избежать, если использовать подачу СОЖ через внутренние каналы в корпусе сверла, так как СОЖ снижает температуру резания, интенсивность износа режущих кромок и обеспечивает надежный вывод стружки из отверстия. Такие сверла можно с успехом использовать даже при сверлении труднообрабаты­ваемых сталей.

Наибольшую надежность имеют сверла с напайными твердо­сплавными коронками и каналами для внутреннего подвода СОЖ, выпускаемые рядом зарубежных фирм. В этом случае длина коронок принимается равной (1…2)d, угол при вершине 2φ = 140°, угол наклона винтовых канавок ω = 20°. заточка двух- или трехплоскостная с подточ­кой поперечной режущей кромки. хвостовик цилиндрический с допус­ком по h6 и лыской для крепления винтом в специальном патроне.

В последние годы широкое применение нашли сверла, оснащенные неперетачиваемыми пластинами с механическим креплением на корпу­се (рис. 1, г). Они используются для сверления отверстий глубиной L = (3…4)d и диаметром d = 20…60 мм. При этом для повышения на­дежности сверл в их корпусах выполнены отверстия для подвода СОЖ в зону резания. Стружечные канавки чаще всего делают прямыми, как более технологичные. У сверл небольших диаметров стружечные ка­навки могут быть и винтовыми с углом наклона ω = 20°.

Применяемые в сверлах твердосплавные СМП позитивного типа с α>0 в форме параллелограмма, ромба, прямоугольника или неправиль­ного треугольника с шестью режущими кромками и центральным от­верстием конической формы для крепления винтом. Вдоль режущих кромок на пластинках при прессовании делают уступы или мелкие сфе­рические лунки, обеспечивающие надежное дробление стружки. Пластины располагаются с обеих сторон относительно оси сверла таким образом, что делят припуск по ширине с перекрытием в средней части. Одна из пластин обрабатывает центральную часть отвер­стия, а другая — периферийную. Поперечная режущая кромка у таких сверл отсутствует, а хвостовик делается цилиндрическим даже у сверл больших диаметров.