Инструменты для обработки отверстий

1.

Юргинский технологический институт (филиал)
Томского политехнического университета
Кафедра «Технология машиностроения»
Инструменты для обработки
отверстий
А.А. Моховиков, к.т.н.

2.

Отверстия, применяемые в деталях машин,
различают по форме поперечного и продольного сечения, размерам, требуемой точности и
качеству обработанной поверхности.
Отверстия могут быть:
а) сквозные (глухие);
б) глубокие (неглубокие) l>(5÷10)d;
в) ступенчатые и фасонные.
Отверстия образуют как в целом материале,
так и обрабатывают предварительно имеющиеся с целью увеличения их диаметров, изменения формы, повышения точности, параметра
шероховатости и др.

3.

Траектория движения главной режущей кромки
при обработке отверстий
Кинематический
задний угол
ky y y
Угол подъема
винтовой траектории
результирующего
движения резания
S0
dy
tg
y
главное движение резания Dr
движение подачи Ds

4.

При обработке отверстий встречаются
следующие основные проблемы:
1. Стесненное стружкообразование;
2. Затрудненный отвод стружки;
3. Увод режущего инструмента;
4. Вибрации.

5.

Свёрла

6.

Сверло – осевой режущий инструмент для
образования отверстий в сплошном материале и
увеличения диаметра имеющегося отверстия
(ГОСТ 25751 – 83).
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,
ВК10-М и др.

7.

Спиральные сверла

8.

Конструктивные элементы спирального сверла
1 - режущая часть;
2 -транспортирующая часть
3 – шейка;
4 – хвостовик;
5 –лапка.
B0 - ширина пера в нормальном
к оси сечении.
- угол наклона винтовых
стружечных канавок.

9.

Режущая часть сверла
Режущие кромки:
1- главные (2);
2 – вспомогательные
(ленточка на 0,5 s) ;
3 – поперечная.
2 - угол при вершине сверла.
- угол наклона поперечного
лезвия.
n, о- задний угол в нормальном
и осевом сечении.
n, о – передний угол в нормальном
и осевом сечении.

10.

Угол 2 - оказывает влияние на стойкость инструмента, величину
осевой силы и крутящего момента.
Материал заготовки
Сталь конструкционная и инструментальная
Сталь коррозионно-стойкая высокопрочная,
жаропрочные сплавы
Чугун средней твердости, бронза твердая
Чугун твердый
Латунь, алюминиевые сплавы, баббит
Медь
Пластмасса
Мрамор
Угол 2φ, 0
116 – 120
125 – 150
90 – 100
120 – 125
130 – 140
125
80 – 110
80 – 90

11.

Передний угол главных режущих кромок сверла определяется в осевом
или нормальном к режущей кромке сечениях. При отсутствии подточки по
передней поверхности передний угол в осевом сечении для каждой точки
режущей кромки зависит от угла наклона винтовой канавки, проходящей
через эту точку:
r tg
tg
x x
r
где ωx – угол наклона винтовой канавки в данном сечении;
rx – радиус, на котором определяют угол наклона винтовой канавки;
r – наружный радиус сверла;
ω – угол наклона винтовой канавки на наружном диаметре.
ω
- оказывает большое влияние на прочность и жесткость сверла, и отвод стружки.
В осевом сечении 0 = 0
для обработки хрупких материалов
(чугуна, бронзы, латуни) ω=10…160;
D
tg
0 x tg
D
для обработки группы материалов,
образующих элементную стружку
ω=25…350;
для обработки вязких материалов
(алюминия, меди, дюралюминия и др.)
ω= 35…45°
= max
= min

12.

Задний угол образуется на режущей части сверла на главных и
поперечной режущих кромках и находится между касательной к задней
поверхности в данной точке режущей кромки и касательной в той же точке к
траектории ее вращения вокруг оси сверла. Задний угол главных режущих
кромок сверла измеряется в осевом и нормальном сечениях.
tg
tg
н
0 sin
Задние углы являются переменными. Минимальное значение принимают
на периферии сверла.
Для стандартных сверл из быстрорежущей стали n принимается
равным 8…150, для твердосплавных сверл 4…60.

13.

Ленточки и служат для направления сверла в отверстии.
Ширина ленточек f0
3d
f0 0
,1
...
0
,5
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.
Диаметр сердцевины сверла К = (0,125…0,145)d.
Диаметр спинки сверла q=(0,99…0,98)d.
Угол стружечной канавки сверла .
Радиусы дуг, образующих профиль винтовой канавки
0
d
R
,75
...
0
,9
к
0,22
d
r
...
0
,28
к

14.

Форма задней поверхности у сверла
коническая
цилиндрическая
винтовая
одноплоскостная
двухплоскостная
Параметры
поперечной
кромки
Задний угол, α0
Форма задней поверхности
На периферии
Вблизи сердцевины
Передний угол, n
Коническая
10
29
– (48…53)
Двухплоскостная
10
27
– (46…48)
Винтовая
10
32
– (34…38)

15.

Методы улучшения геометрических параметров рабочей части сверла
сверла с криволинейными
режущими кромками
сверла с ломаными
режущими кромками
сверла с подточенной
ленточкой
сверла с подточкой
режущих кромок
сверла со стружкоразделительными канавками

16.

Форма стружечных канавок
Геометрическая жесткость сечения
4
F
C
K
2
4
Ip
где F – площадь поперечного сечения, мм2;
lp – полярный момент инерции сечения, мм4;
δ= 0,92 – коэффициент.

17.

Твердосплавные сверла
Сверла диаметром от 5 до 30 мм оснащают пластинами или коронками из
твердого сплава. Недостатками конструкции сверл с напайной пластиной из
твердого сплава являются ослабление корпуса в месте расположения
пластины и расположение места припайки пластины в зоне резания, что может
приводить к их отпаиванию в процессе работы.

18.

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

19.

Перовые сверла
Режущую часть этих сверл
выполняют в виде пластин из
быстрорежущей
стали
или
оснащают пластинами из твердого
сплава.
Они обладают повышенной
жесткостью, и их применяют для
обработки поковок, ступенчатых и
фасонных отверстий и отверстий
малых диаметров (меньше 1–1,5
мм).
2φ выбирают так же, как и для спиральных сверл.
Угол наклона поперечной кромки обычно равен 550–600.
Для уменьшения трения калибрующая часть сверла
имеет вспомогательный задний угол α1=50...100 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.

20.

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:
1) прямолинейность оси отверстия;
2) концентричность отверстия по отношению к наружной поверхности детали;
3) цилиндричность отверстия;
4) точность обработки;
5) получение необходимой шероховатости поверхности;
6) получение стружки, легко удаляемой из отверстия.
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.

21.

Спиральные сверла с отверстиями для подвода
смазывающе-охлаждающей жидкости

22.

Шнековые сверла
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 ω=600. Стружечные канавки у шнековых сверл имеют в осевом сечении
прямолинейный треугольный профиль с закруглением во впадине.

23.

Шнековое сверло имеет ряд особенностей:
45...600
1) Увеличенный угол наклона винтовой канавки
2) Форма канавок треугольная. В осевом сечении профиль канавки
образован двумя прямыми, сопряженными дугой окружности;
передняя поверхность перпендикулярна оси сверла, а затылок
переходит непосредственно в ленточку;
3) Толщина сердцевины в 2...3 раза выше, чем у стандартных сверл,
составляет (0,3...0,35)d и постоянна по длине сверла;
4) Передняя и задняя поверхности плоские;
5) Углы режущей части не зависят от угла наклона винтовой линии ,
так как получаются специальной заточкой передней поверхности.
Это дает возможность получения нужных, с точки зрения
стойкости, углов резания и обеспечивает необходимое
направление схода стружки, а также ее дробление.
6) Ширина ленточки
составляет 0,5...0,8 от размера ленточки
стандартных сверл (у стандартных сверл диаметром 1...50мм
=0,2...2мм);
7) Инструмент условно разделяется на две части: режущую и
транспортирующую.

24.

Технология изготовления спиральных сверл

25.

Сверла одностороннего резания.
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 второго типа изготавливают диаметром от 16 до 65 мм.
Эти сверла изготавливают из быстрорежущей стали, а также оснащают
пластинами или коронками из твердого сплава.

26.

Принцип глубокого сверления сверлами одностороннего резания
на типичном станке для глубокого сверления.

27.

Сверло с внутренним подводом СОЖ и наружным отводом стружки

28.

Сверло с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки
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 700. Эти сверла с державкой соединяются с помощью
прямоугольной резьбы, которую делают трех-четырехзаходной для ускорения навинчивания.

29.

Применяется для отверстий больших диаметров. Возможно сверление отверстий с соотношением
длины отверстия к его диаметру свыше 100 x D . Начиная с диаметра 18 мм используется инструмент,
оснащенный сменными режущими и направляющими пластинами. Сменные пластины и
направляющие оптимизируются для использования на конкретных обрабатываемых материалах,
благодаря этому возможно проведение обработки на высоких режимах резания с гарантированно
хорошим стружкообразованием. При помощи такого инструмента возможно получение высокоточных
отверстий в деталях, выпускающихся как в крупных так и в малых сериях.
Подвод смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ) производится при помощи аппарата подвода
СОЖ в кольцевой канал, образуемый стенками отверстия и сверлильной трубой. Выводимая из
отверстия стружка выходит внутри сверлильной трубы. Для обеспечения подвода большого
количества СОЖ при определенном давлении используется специальный аппарат подвода СОЖ.
Данные сверла в основном используются на специальных станках для глубокого сверления, других
специальных станках. Применение на универсальных станках и обрабатывающих центрах не
рекомендуется.

30.

Эжекторные сверла
Подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в рабочую зону сверла
производится через кольцевой зазор, образованный наружной и внутренней
трубой. СОЖ попадает в зону резания сбоку, вымывает стружку и выводится
вместе со стружкой через внутреннюю трубу. Часть подаваемой
смазывающе-охлаждающей жидкости попадает непосредственно во
внутренню трубу через специальную втулку. Создаваемый таким образом
эжекторный эффект выводит СОЖ и стружку из зоны резания. Для
образования эжекторного эффекта необходимо специальное устройство
подвода СОЖ.

31.

70%
30%
Р=2..3 МПа
Сверла обеспечивают точность обработки отверстий по 9–11-му квалитетам и
параметр шероховатости поверхности Ra=2,5...0,63 мкм

32.

Головки кольцевого сверления
предназначены для обработки отверстий диаметром от 30 мм и выше.
Головки диаметром от 30 до 60 мм делают цельными 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.

33.

Сверла с СМП
Пластина, установленная на одном пере, обеспечивает рассверливание
отверстия по центру, вторая пластина смещена к периферии сверла и
образует отверстие требуемого диаметра.

34.

Сверла с СМП

35.

36.

Конструкции сверл

37.

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 бобышек, 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 Ra=20...40 мкм или для
обработки отверстий под последующее развертывание.
Зенкеры изготавливают хвостовыми цельными, хвостовыми сборными со
вставными ножами, насадными цельными и насадными сборными.

38.

Рабочая часть зенкера состоит из:
задней поверхности 1;
главной задней поверхности 2;
вспомогательной задней поверхности
(ленточки) 3;
главной режущей кромки 4;
вспомогательной режущей кромки 5;
вершины 6 зуба зенкера.
Заднюю поверхность зенкера на режущей части оформляют по конической,
винтовой или плоской поверхностям.

39.

Конструкция насадного зенкера
Конструкция зенкера, оснащенного
твердосплавными пластинами

40.

Диаметр зенкера для обработки отверстий устанавливают в зависимости
от его назначения. Диаметр зенкера № 1, предназначенного для обработки
отверстий под последующее развертывание, определяют с учетом припуска
под развертывание. Диаметр зенкера № 2 для окончательной обработки
определяют по диаметру обрабатываемого отверстия с учетом допуска на
отверстие, разбивки и запаса на изнашивание. Разбивку обычно принимают
равной 0,3–0,4 допуска на обрабатываемые отверстия, допуск на
изготовление принимают равным 0,25 допуска на отверстие.

41.

Зенковка – многолезвийный режущий инструмент, предназначенный для
обработки: цилиндрических углублений под головки винтов и др.; конических
углублений, для центрования отверстий, отверстий под винты с потайной
головкой, снятии фасок в отверстиях и др.

42.

43.

44.

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.
По способу применения развертки разделяют на ручные и машинные, по
форме обрабатываемого отверстия – на цилиндрические и конические, по
методу закрепления – на хвостовые и насадные, по конструкции – на цельные и
сборные, жесткие и регулируемые.

45.

46.

47.

48.

Определение диаметра развертки
А
A
А
разб
.max изг
3
ΔАизн≈0,45…0,6ΔА

49.

Конические развертки применяют
для превращения цилиндрического
отверстия в коническое или для
калибрования конического отверстия,
предварительно
обработанного
другим инструментом. Для получения
отверстий
под
конус
(из
цилиндрического) обычно применяют
комплекты разверток (ГОСТ 10082 –
71) из трех или двух штук.

50.

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.

51.

Расточной инструмент
Для расточных операций применяют следующие типы инструментов:
1) стержневые резцы с одной режущей кромкой;
2) двусторонние пластинчатые резцы (резцы-блоки) с двумя или более
режущими кромками;
3) расточные головки с одной или несколькими режущими кромками.

52.

53.

54.

55.

56.

Инструмент для чернового растачивания

57.

Инструмент для чистового растачивания

58.

Литература
1. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов/Г. Н. Сахаров, О.Б.
Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. – 328с.
2. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н.
Проектирование
металлорежущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1963. – 252с.
3. Четвериков С.С. Металлорежущие инструменты. – М.:Высшая школа, 1965.
– 730с.
4. Руководство по металлообработке фирмы Sandvik Coromant 2007г.