Технологические процессы сверления

Содержание

 

     Сверление………………………….. …………………………………… 2  

     Типы сверлильных станков ……………..……………………………… 3

     Сверление и рассверливание……………………………………………..9

     Сверла…………………………………………………………………….14

     Обеспечение качества обработки при сверлении.................................16

     Возможные дефекты просверленных отверстий………………………17

   Литература………………………………………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сверление – основной технологический способ образования отверстий в сплошном материале обрабатываемой заготовки. Сверлением могут быть получены как сквозные, так и глухие отверстия.

Самым распространенным способом обычного (неглубокого) сверления является обработка спиральным сверлом. Одним сверлом обычно сверлят отверстия диаметром до 20…30 мм. При обработке отверстий большего диаметра прибегают к последующему рассверливанию, зенкерованию, растачиванию и протягиванию.

Обработка может производиться при сообщении вращения инструменту ил обрабатываемой заготовке. Применяются следующие схемы сверления: 1) вращается инструмент, ему же сообщается осевая подача, деталь неподвижна; 2) вращение сообщается детали, а осевая подача – не вращающемуся инструменту; 3) встречное вращение детали и инструмента.

Часто встречающимся дефектом при сверлении является искривление оси отверстия (увод сверла). Это особенно ощутимо при сверлении глубоких отверстий. Наиболее радикальный способ устранения увода сверла – сообщение вращения детали и инструменту.

При сверлении отверстий большого диаметра часто применяют сверла для кольцевого сверления. В зависимости от вида обработки различают также сверла для глубоких отверстий, однокромочные, с подводом охлаждающей жидкости, перовые и т. д.; эти сверла являются специальными и используются крайне редко.

 

 

 

 

 

 

 

Типы сверлильных станков. Настольно-сверлильные станки выпускают для сверления отверстий диаметром до 16 мм; вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные – для сверления отверстий диаметром до 100 мм. Горизонтально-сверлильные станки предназначены для получения глубоких отверстий специальными сверлами.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют вертикально-сверлильные станки. При обработке массивных или крупногабаритных заготовок применяют радиально-сверлильные станки, в которых шпиндель с инструментом перемещается относительно заготовки и может устанавливаться в требуемой точке горизонтальной плоскости.

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.

Лезвийным инструментом можно вести сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, протягивание.

 

 

Настольно-сверлильные станки

Настольные сверлильные станки - самого малого типоразмера среди сверлильных станков. Они предназначены для сверления отверстий небольшого диаметра в среднем до 16мм в малых корпусных деталях. Эти мини сверлильные станки устанавливаются на столе. Станки позволяют сверлить, рассверливать, зенкеровать и зенковать, развертывать отверстия диаметром до 9-18 мм, нарезать метрическую резьбу метчиками в изделиях из черных и цветных металлов, неметаллических материалов.

Настольно-сверлильный станок НС-16 (Рис.1) предназначен для сверления отверстий диаметром до 16 мм, сверлами, как с цилиндрическим, так и коническим хвостовиком (конус Морзе2). Может быть использован в ремонтных и производственных цехах, участках, в передвижных ремонтных мастерских.

Рис. 1

 

 

Основные технические характеристики станка НС-16:

Наибольший диаметр сверления, мм	16
Число скоростей	4
Частота вращения шпинделя, об/мин	630, 1000, 1600,2500
Ход шпинделя, мм	100
Ход траверсы, мм	200
Электродвигатель тип - Мощность, кВт - Частота вращения, об/мин	АИР71/- 0,75 1500
Габаритные размеры не более, мм - Длина - Ширина - Высота	698 420 820
Масса станка не более, кг	100

 

Вертикально-сверлильные станки

В вертикально-сверлильных станках главным движением v является вращение шпинделя с закрепленным в нем инструментом, а движением подачи Sx — вертикальное перемещение шпинделя. Обрабатываемую заготовку устанавливают на столе или непосредственно на фундаментной плите, причем соосность отверстия заготовки и шпинделя достигается перемещением заготовки. Основными узлами вертикально-сверлильного станка являются станина (стойка, колонна), фундаментная плита, коробка скоростей, шпиндель, коробка подач и механизм подачи, стол.

Вертикально сверлильные станки 2C125 (Рис.2) применяются для сверления, рассверливания, зенкерования, зенкования, развертывания и нарезания резьбы в различных видах металлических и неметаллических деталей быстрорежущим и твердосплавным инструментом.

Отличительные особенности вертикально сверлильного станка 2С125:

9 частот вращения шпинделя

2 автоматические подачи шпинделя

Муфта перегруза

Рабочий стол с механизмом регулирования высоты на основе рейковой подачи 420х300мм

Основание рабочей поверхности 320х320

 

Рис.2

Радиально-сверлильные станки

 

 

Станок радиально сверлильный относится к разряду универсальных, почему и стал очень популярен на производстве. Основное его назначение – обрабатывать отверстия. Способен выполнять весь ряд основных операций, свойственных радиально сверлильным станкам – сверление и рассверливание. Можно его применять и для зенкерования. К разряду основных относятся и операции развертывания, подрезки торцов, нарезки резьбы с помощью метчиков и т.д.

Набор операций, выполняемых станком радиально сверлильным, можно значительно увеличить, применив приспособления и специальные инструменты. Например, применение соответствующей оснастки на радиально сверлильном станке 2н55 делает возможным вытачивание внутренних канавок, вырезание круглых пластин из листа и многие другие операции, которые нормально выполняются на расточных станках.

В станке радиально сверлильном 2н55 используется преселективное управление скоростями и подачами, легкое гидрофицированное управление фрикционом шпинделя. Есть возможность отключить шпиндель от коробки скоростей, имеются надежные гидравлические зажимы колонны и сверлильной головки, которые могут работать, как совместно, так и раздельно. Все органы управления радиально сверлильного станка расположены на небольшом участке. Все выше перечисленное позволяет значительно сократить вспомогательное время. Если при работе на станке радиально сверлильном требуется частая смена инструмента, производители станка рекомендуют использовать быстросменный патрон, а при нарезании резьбы – предохранительный патрон для метчиков.

Радиально-сверлильный станок 2C550 (Рис. 3) предназначен для обработки отверстий в средних и крупных деталях. Сверлильный станок 2C550 выполняет следующие виды работ: сверление, зенкерование, развертывание, подрезка торца и нарезание резьбы. Радиально-сверлильный станок 2C550 эффективно применяется в индивидуальном, мелкосерийном и серийном производстве.  

 

Рис. 3

Радиально-сверлильный станок 2C550. Технические характеристики

Величина	2С550
Диапазон сверления в стали, мм	3-50
Диапазон нарезаемой резьбы	M3-M33
Расстояние от оси шпинделя до колонны, мм. -минимальное -максимальное	330 1230
Расстояние от торца шпинделя до рабочей поверхности основания, мм. -минимальное -максимальное	225 1200
Перемещение рукава на колонне, мм	725
Перемещение сверлильной головки по направлению рукава, мм	900
Вращение рукава вокруг колонны, мм	360
Конус шпинделя	Moрзе 4
Перемещение пиноли шпинделя, мм	250
Количество частот вращения шпинделя	рег.бесступ.
Диапазон частот вращения шпинделя, об/мин	0-270, 270-800, 800-1340,1340-4000
Число ступеней частот вращения шпинделя	4
Количество механических подач пиноли шпинделя	9
Мощность двигателя главного движения, кВт	4
Размер рабочей поверхности основания, мм	630х1050
Количество Т-образных пазов	3
Ширина направляющего паза	18Н12
Масса станка, кг	3500
Габаритные размеры, мм	2730х970х2630
Размер коробчатого стола (входит в комплект поставки), мм	360х500х400

 

 

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.

Лезвийным инструментом можно вести сверление, зенкерование, развертывание, растачивание, протягивание.

Рассверливание (рис. 4.2, б)  – процесс увеличения диаметра ранее просверленного отверстия сверлом большего диаметра с целью улучшения их точности и качества (до 9-го квалитета и  Ra = 2,5 мкм).

Зенкерование (рис. 4.2, в) применяется для предварительной обработки отлитых и отштампованных отверстий для повышения точности и качества поверхности ( мкм) предварительно обработанного (сверлением) отверстия многолезвийным режущим инструментом – зенкером.

Развертывание (рис. 4.2, г, д) – окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой (обычно после зенкерования) в целях получения высокой точности и малой шероховатости обработанной поверхности (Ra = 0,32 мкм).

Рис. 4.2. Основные схемы сверления

 

Цекованием (рис 4.2, е) обрабатывают торцовые опорные плоскости для головок болтов, винтов и гаек. Перпендикулярность обработанной торцовой поверхности основному отверстию обеспечивает направляющий цилиндр цековки.

Зенкованием получают в имеющихся отверстиях цилиндрические или конические углубления под головки винтов, болтов, заклепок и других деталей. На рис. 4.2, ж, з  показано зенкование цилиндрического углубления цилиндрическим зенкером (зенковкой) и конического углубления коническим зенкером.

Нарезание резьбы – получение на внутренней цилиндрической поверхности с помощью метчика винтовой канавки (рис. 4.2, и).

Отверстия сложного профиля обрабатывают с использованием комбинированного режущего инструмента. На рис. 4.2, к показан комбинированный зенкер для обработки двух поверхностей: цилиндрической и конической.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сверление и рассверливание

 

Наиболее распространенным методом получения отверстий в сплошном материале является сверление. Движение резания при сверлении - вращательное, движение подачи - поступательное. Перед началом работы проверяют совпадение вершин переднего и

    

 

заднего центров станка. Заготовку устанавливают в патрон и проверяют, чтобы

ее биение (эксцентричность) относительно оси вращения не превышала припуска, снимаемого при наружном обтачивании. Проверяют биение торца заготовки, в котором будет обрабатываться отверстие, и выверяют заготовки по торцу.

Перпендикулярность торца к оси вращения заготовки можно обеспечить подрезкой торца, при этом в центре заготовки можно выполнить углубление для нужного направления сверла и предотвращения его увода и поломки. Сверла с коническими хвостовиками устанавливают непосредственно в конусное отверстие пиноли задней бабки, а если размеры конусов не совпадают, то используют переходные втулки. Для крепления сверл с цилиндрическими хвостовиками (диаметром до 16 мм) применяют сверлильные кулачковые патроны (рисунок справа, ниже), которые устанавливаются в пиноли задней бабки. Сверло закрепляется кулачками 6, которые могут сводиться и разводиться, перемещаясь в пазах корпуса 2. На концах кулачков выполнены рейки, которые находятся в зацеплении с резьбой на внутренней поверхности кольца 4. От ключа 5, через коническую передачу приводится во вращение втулка 3 с кольцом 4, по резьбе которого кулачки 6 перемещаются вверх или вниз и одновременно в радиальном направлении. Для установки в пиноли задней бабки патроны снабжаются коническими хвостовиками 1. Перед сверлением отверстий заднюю бабку перемещают по станине на такое расстояние от обрабатываемой заготовки, чтобы сверление можно было производить на требуемую глубину при минимальном выдвижении пиноли из корпуса задней бабки.

Перед началом сверления обрабатываемая заготовка приводится во вращение. Сверло плавно (без удара) подводят вручную (вращением маховика задней бабки) к торцу заготовки и производят сверление на небольшую глубину (надсверливают). Затем отводят инструмент, останавливают заготовку и проверяют точность расположения отверстия.

 

    

Для того чтобы сверло не сместилось, предварительно производят центровку заготовки коротким спиральным сверлом большого диаметра или специальным центровочным сверлом с углом при вершине 90 градусов. Благодаря этому в начале сверления поперечная кромка сверла не работает, что уменьшает смещение сверла относительно оси вращения заготовки. Для замены сверла маховик задней бабки поворачивают до тех пор, пока пиноль не займет в корпусе бабки крайнее правое положение, в результате чего сверло выталкивается винтом из пиноли. Затем в пиноль устанавливают нужное сверло.

При сверлении отверстия, глубина которого больше его диаметра, сверло периодически выводят из обрабатываемого отверстия и очищают канавки сверла и отверстие заготовки от накопившейся стружки. Для уменьшения трения инструмента о стенки отверстия сверление производят с подводом смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), особенно при обработке стальных и алюминиевых заготовок.

Чугунные, латунные и бронзовые заготовки можно сверлить без охлаждения. Применение СОЖ позволяет повысить скорость резания в 1,4-1,5 раза. В качестве СОЖ используются раствор эмульсии (для конструкционных сталей),компаундированные масла (для легированных сталей), раствор эмульсии и керосин (для чугуна и алюминиевых сплавов). Если на станке охлаждение не предусмотрено, то в качестве СОЖ используют смесь машинного масла с керосином. Применение СОЖ позволяет снизить осевую и тангенциальную силы резания на 10-35% при сверлении сталей, на 10-18% при сверлении чугуна и цветных сплавов и на 30-40% при сверлении алюминиевых сплавов. При сверлении на проход в момент выхода сверла из заготовки необходимо резко снизить подачу во избежание поломки сверла. Для сохранности инструмента при сверлении следует работать с максимально допустимыми скоростями резания и с минимально допустимыми подачами.

Если ось сверла совпадает с осью шпинделя токарного станка, сверло правильно заточено и жестко закреплено, то обработанное отверстие имеет минимальные погрешности. У правильно заточенного сверла работают обе режущие кромки и стружка сходит по двум спиральным канавкам. Размеры отверстия при сверлении получаются больше заданных в следующих случаях: режущие кромки сверла имеют разную длину, хотя и заточены под одинаковыми углами; режущие кромки имеют разную длину и заточены под разными углами; режущие кромки имеют равную длину, но заточены под разными углами.

При неправильно и недостаточно заточенном сверле получается косое отверстие с большой шероховатостью поверхности. При работе недостаточно заточенным (тупым) сверлом у выходной части отверстия образуются заусенцы. Неодинаковая длина режущих кромок и несимметричная их заточка, эксцентричное расположение перемычки и различная ширина ленточек вызывают защемление сверла в отверстии, что увеличивает силы трения (по мере углубления сверла в заготовку) и, как следствие, приводит к поломке инструмента. Обрабатываемое отверстие называется глубоким, если его глубина в 5 раз больше его диаметра. При сверлении глубокого отверстия применяют длинное спиральное сверло с обычными геометрическими параметрами, которое периодически выводят из обрабатываемого отверстия для охлаждения и удаления накопившейся в канавках стружки. Для повышения производительности обработки применяют сверла с принудительным отводом стружки, осуществляемым с помощью жидкости (или воздуха), подводимой в зону резания под давлением.

    

 

С увеличением глубины сверления ухудшаются условия работы сверла, ухудшается отвод теплоты, повышается трение стружки о стенки канавок инструмента, затрудняется подвод СОЖ к режущим кромкам. Поэтому если глубина сверления больше трех диаметров обрабатываемого отверстия, то скорость резания следует уменьшить.

Для сверления отверстий применяют спиральные сверла, которые изготовляют из инструментальных сталей (углеродистой У12А и легированной 9ХС), из быстрорежущих сталей (Р6М5 и др.), а также из твердых сплавов (ВК6М, ВК8М и ВК10М). Для сверл из быстрорежущих сталей скорость резания v = 25-35 м/мин, для сверл из инструментальных сталей v = 12-18 м/мин, для твердосплавных сверл v = 50-70 м/мин. Причем большие значения скорости резания принимаются при увеличении диаметра сверла и уменьшении подачи. При ручной подаче сверла трудно обеспечить ее постоянное (стабильное значение). Для стабилизации подачи используют различные устройства. Для механической подачи сверла его закрепляют в резцедержателе.     Сверло 1 с цилиндрическим хвостовиком, рисунок слева - а) с помощью прокладок 2 и 3 устанавливают в резцедержателе так, чтобы ось сверла совпадала с линией центров. Сверло 1 с коническим хвостовиком, рисунок слева - б) устанавливают в державке 2, которую крепят в резцедержателе.

После выверки совпадения оси сверла с линией центров суппорт со сверлом вручную подводят к торцу заготовки и обрабатывают пробное отверстие минимальной глубины, а затем включают механическую подачу суппорта. При сверлении на проход перед выходом сверла из заготовки механическую подачу значительно уменьшают или отключают и заканчивают обработку вручную. При сверлении отверстий диаметром 5-30 мм подача S=0,l-0,3 мм/об для стальных деталей и S=0,2-0,6 мм/об для чугунных деталей. Резание при сверлении имеет ряд особенностей в сравнении с резанием при точении, поскольку спиральное сверло - многолезвийный инструмент, который производит резание пятью режущими кромками (двумя главными, двумя вспомогательными и поперечной). Силы, действующие на сверло в процессе резания, показаны на рисунке справа.

    

На каждую точку A режущей кромки сверла действует сила Р, которая может быть разложена на составляющие силы Рг, Ру и Рг, Действующие по осям X, Y и Z.

Силы Ру на режущих кромках направлены навстречу друг другу и при симметричной заточке равны по величине, т. е. их действие на сверло равно нулю. Осевая сила, действующая вдоль сверла, Ро=2Рx+Рп.к+2Рл где Рп.к - сила, действующая на поперечную кромку сверла; Рл - сила трения ленточки сверла о стенки отверстия. Основную работу при сверлении выполняют две режущие кромки, а поперечная кромка (угол резания которой более 90 градусов) под действием осевой силы Ро сминает металл с силой Pп.к0,5Ро

Суммарный момент сил резания Мс=Mz+Mп.к+Мл, где Mz=(0,8-0,9) Mc-момент, создаваемый силой Рz, Мп.к - момент, создаваемый силой Рп.к; Мл - момент, создаваемый силой Рл. При сверлении отверстий по мере износа сверла по задней поверхности осевая сила и крутящий момент увеличиваются; например, при износе задней поверхности сверла на 1 мм указанные параметры возрастают почти на 60-80%.

    

 

Для повышения эффективности работы спиральными сверлами используют такие способы, как подточка поперечной кромки, изменение угла при вершине, подточка ленточки, двойная заточка, предварительное рассверливание отверстий и др.

Стандартные сверла имеют угол при вершине 118 градусов, однако для обработки более твердых материалов (и более глубоких отверстий) рекомендуется применять сверла с углом при вершине 135 градусов.

Формы заточки режущей части сверла:

 а) - нормальная,

 б) - нормальная с подточкой перемычки,

 в) - нормальная с подточкой  перемычки и ленточки,

 г) -двойная с подточкой  перемычки,

 д) - двойная с подточкой  перемычки и ленточки.

    

Рассверливание позволяет получить более точные отверстия и уменьшить увод сверла от оси детали. При сверлении отверстий большого диаметра (свыше 25-30мм) усилие подачи может оказаться чрезмерно большим. Поэтому в таких случаях сверление производят в несколько приемов, т. е. отверстие рассверливают. Режимы резания при рассверливании отверстий те же, что и при сверлении. На рисунке слева элементы резания при сверлении -а) и рассверливании - б) отверстия: n - вращение сверла, Sz - подача приходящаяся на одну режущую кромку, a и b - толщина и ширина срезаемого слоя, t - припуск на сторону, D - диаметр основного отверстия, Do -диаметр предварительно просверленного отверстия.

    

 

Свёрла

 

Сверление является одним из распространенных методов предварительной обработки отверстий на токарных станках. В зависимости от конструкции и назначения различают сверла: спиральные, перовые, для глубокого сверления, центровочные, эжекторные и др. Наибольшее распространение получили спиральные сверла (На рисунке сверла: а - спиральное с коническим хвостовиком, б -спиральное с цилиндрическим хвостовиком, в - для

    

 

глубокого сверления).

Сверло имеет: две главные режущие кромки, образованные пересечением передних винтовых поверхностей канавок, по которым сходит стружка, с задними поверхностями, обращенными к поверхности резания; поперечную режущую кромку (перемычку), образованную пересечением обеих задних поверхностей; две вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением передних поверхностей с поверхностью ленточки.

Ленточка сверла - узкая полоска на его цилиндрической поверхности,

расположенная вдоль винтовой канавки и обеспечивающая направление сверла при резании. Угол наклона винтовой канавки v угол между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла (v=20-30 градусам). Угол наклона поперечной режущей кромки (перемычки) j - острый угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла (j=50-55 градусам).

Угол режущей части (угол при вершине) 2 j - угол между главными режущими кромками при вершине сверла (2 j=118 градусам). Передний угол g - угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла.

По длине режущей кромки передний угол g является величиной переменной. Задний угол a - угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла. Задний угол сверла - величина переменная: a=8-14 градусов на периферии сверла и a=20-26 градусов - ближе к центру сверла.

Элементы спирального сверла:

                             

1 - режущая кромка, 2 - передняя поверхность, 3 - задняя поверхность, 4 -

поперечная кромка, 5 - канавка, 6 - ленточка

Для сверления дерева, ДСП, мягких и твердых пластиков и металлов подойдет обыкновенное сверло из высокопрочной стали. Для камня, кирпича или бетона - твердосплавное сверло. У таких сверл на наконечнике напаяны пластины из твердых (тверже бетона и камня) сплавов. В качестве такового обычно используется победит - отсюда и название "победитовые сверла".

Победитовые сверла материал не режут, а крошат, поэтому для сверления стены подходят идеально, но для работы по дереву, пластику или стали не годятся. Такие сверла не режут дерево, а рвут его волокна - отверстие получается "лохматым", некрасивым и имеет больший диаметр, чем надо. Для более твердых материалов (например, гранит) используются сверла с

твердыми или средней твердости победитовыми пластинами, а для более мягких материалов (кирпич, мягкий бетон и т.п.) можно использовать сверла с мягкими или средней мягкости пластинами.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обеспечение качества обработки при сверлении

 

Сверление отверстий с параллельными осями.

В зависимости от характера производства одновременная обработка этих отверстий производится либо на многошпиндельных станках с регулируемым положением шпинделей, либо многошпиндельными головками, установленными на одно-шпиндельных станках или силовых головках агрегатного станка. При сверлении с применением многошпиндельных головок сверло направляется по кондукторным втулкам, устанавливаемым в кондукторе или в прижимной кондукторной плите. В последнем случае обрабатываемую деталь устанавливают на столе станка в приспособлении, которое ориентируется с многошпиндельной головкой при помощи направляющих колонок.