Знаете ли вы, какие существуют методы обработки отверстий?

К методам обработки отверстий относятся сверление, развертывание, расточка, вытяжка, шлифовка и чистовая обработка отверстий. В следующей небольшой серии статей мы подробно рассмотрим несколько технологий обработки отверстий и разберемся в проблемах, связанных с обработкой отверстий.

Отверстие является важной поверхностью на деталях коробок, кронштейнов, втулок, колец и дисков, а также часто встречается при механической обработке. При одинаковых требованиях к точности обработки и шероховатости поверхности обработка отверстия сложнее, чем обработка наружной круглой поверхности, характеризуется низкой производительностью и высокой стоимостью.

Это объясняется следующими причинами: 1) размер инструмента, используемого при обработке отверстий, ограничен размером обрабатываемого отверстия, а его жесткость низка, что легко приводит к изгибным деформациям и вибрации; 2) при обработке отверстий инструментом фиксированного размера размер обрабатываемого отверстия часто напрямую зависит от соответствующего размера инструмента, и производственные погрешности и износ инструмента напрямую влияют на точность обработки отверстия; 3) при обработке отверстий зона резания находится внутри заготовки, условия удаления стружки и отвода тепла неудовлетворительны, и точность обработки и качество поверхности трудно контролировать.

Бурение

Сверление — это первый этап обработки отверстий в твердых материалах, диаметр которых обычно составляет менее 80 мм. Существует два способа сверления: один — с вращением сверла, другой — с вращением заготовки. Погрешности, возникающие при использовании этих двух методов сверления, не одинаковы. При сверлении с вращением сверла из-за асимметрии режущей кромки, недостаточной жесткости сверла и его отклонения центральная линия отверстия будет смещена или непрямой, но диаметр отверстия в основном останется неизменным; напротив, при сверлении с вращением заготовки отклонение сверла приведет к изменению диаметра отверстия, но центральная линия отверстия останется прямой.

К наиболее распространенным сверлильным ножам относятся: спиральные сверла, центрирующие сверла, сверла для глубоких отверстий и т. д., из которых наиболее часто используется спиральное сверло, диаметр которого составляет Φ0,1-80 мм.

Из-за конструктивных ограничений, жесткость на изгиб и жесткость на кручение сверла низки, а в сочетании с плохой центровкой точность сверления низка, обычно всего IT13 ~ IT11; шероховатость поверхности также велика, Ra обычно составляет 50–12,5 мкм; однако скорость съема металла при сверлении высока, а эффективность резания высока. Сверление в основном используется для обработки отверстий с низкими требованиями к качеству, таких как отверстия для болтов, резьбовые отверстия, масляные отверстия и т. д. Для отверстий с высокими требованиями к точности обработки и качеству поверхности следует использовать развертывание, развертывание, расточку или шлифовку в последующей обработке.

Расширение

Развертывание — это дальнейшая обработка просверленного, отлитого или выкованного отверстия с помощью развертки, позволяющая увеличить диаметр и улучшить качество обработки. Развертывание может использоваться как в качестве предварительной обработки перед окончательной обработкой отверстия, так и в качестве заключительной обработки отверстия с низкими требованиями. Развертка похожа на спиральное сверло, но имеет больше зубьев и не имеет поперечной кромки.

По сравнению с бурением, развертывание имеет следующие характеристики:

(1) количество зубьев сверла для развертывания (3-8 зубьев), хорошее направление, относительно стабильное резание; (2) сверло для развертывания без поперечной кромки, хорошие условия резания;

(3) Припуск на обработку невелик, стружкоотвод может быть менее глубоким, стержень сверла может быть толще, а прочность и жесткость корпуса инструмента лучше. Точность развертывания обычно IT11~IT10, а шероховатость поверхности Ra составляет 12,5~6,3 мкм. Развертывание часто используется для обработки отверстий меньшего диаметра. При сверлении отверстий большого диаметра (D ≥30 мм) часто используют предварительное сверление малым сверлом (диаметром от 0,5 до 0,7 диаметра отверстия), а затем используют сверло для развертывания соответствующего размера, что позволяет улучшить качество обработки и производительность отверстия.

Помимо обработки цилиндрических отверстий, для обработки различных потайных отверстий и зенковок могут использоваться развертки различных специальных форм (также известные как зенковки). Передняя поверхность зенковки часто снабжена направляющей стойкой, которая направляется через обработанное отверстие.

Развертывание — один из методов чистовой обработки отверстий, широко используемый в производстве. Для отверстий меньшего диаметра развертывание является более экономичным и практичным методом обработки, чем внутреннее шлифование и расточка.

1. Развертка

Развертки обычно делятся на два вида: ручные и механические. Рукоятка ручной развертки прямая, рабочая часть длиннее, а направляющая функция лучше. Ручные развертки бывают двух типов конструкции: цельная и с регулируемым внешним диаметром. Механические развертки бывают двух типов конструкции: с рукояткой и втулкой. Развертка может обрабатывать не только круглые отверстия, но и конические отверстия.

2. Процесс развертывания и его применение

Припуск при развертывании оказывает большое влияние на качество обработки: слишком большой припуск приводит к большой нагрузке на развертку, режущая кромка быстро затупляется, сложно получить гладкую обработанную поверхность и трудно гарантировать точность размеров; слишком малый припуск не позволяет удалить следы от ножа, оставшиеся после предыдущей обработки, и, естественно, не способствует улучшению качества обработки отверстий. Обычно припуск для крупных отверстий составляет 0,35–0,15 мм, а для мелких — 1,5–0,05 мм.

Для предотвращения образования стружковых узелков развертывание обычно выполняется при более низкой скорости резания (v <8 м/мин для стали и чугуна с использованием разверток из быстрорежущей стали). Величина подачи зависит от обрабатываемого отверстия: чем больше отверстие, тем больше значение подачи. Скорость подачи при обработке стали и чугуна разверткой из быстрорежущей стали обычно составляет 0,3–1 мм/об.

Для предотвращения образования стружки и своевременного ее удаления необходимо охлаждать, смазывать и очищать отверстие соответствующей смазочно-охлаждающей жидкостью. По сравнению с шлифованием и расточкой, производительность развертывания выше, а точность отверстия легко гарантируется. Однако развертывание не может исправить погрешность позиционирования оси отверстия, и точность позиционирования отверстия должна быть обеспечена предыдущим этапом обработки. Развертывание не подходит для обработки ступенчатых и глухих отверстий.

Точность размеров при развертывании обычно составляет IT9 ~ IT7, а шероховатость поверхности Ra обычно составляет 3,2 ~ 0,8 мкм. Для отверстий среднего размера с высокими требованиями к точности (например, отверстий с точностью IT7) типичной технологической схемой, широко используемой в производстве, является процесс сверление - развертывание - развертывание.

Расточка — это метод механической обработки, при котором предварительно изготовленное отверстие расширяется режущим инструментом. Расточка может выполняться как на расточном станке, так и на токарном станке.

1. Метод бурения

Существует три различных метода механической обработки для расточки.

(1) Заготовка вращается, и инструмент совершает движение подачи.

Расточная обработка на токарном станке в основном относится к этому методу. Характеристики процесса таковы: ось отверстия после обработки совпадает с осью вращения заготовки, округлость отверстия в основном зависит от точности вращения шпинделя станка, а осевая геометрическая погрешность отверстия в основном зависит от точности позиционирования направления подачи инструмента относительно оси вращения заготовки. Этот метод расточной обработки подходит для обработки отверстий с соосными требованиями на поверхности внешней окружности.

(2) Инструмент вращается, и заготовка подается.

Шпиндель расточного станка приводит в движение расточный инструмент, вращая его, а стол обеспечивает подачу заготовки.

(3) Инструмент вращается и совершает движение подачи.

При использовании этого метода расточки изменяется длина выступа расточной штанги, а также деформация штанги под действием силы, при этом отверстие вблизи передней бабки становится большим, а отверстие на расстоянии от передней бабки — малым, образуя конусообразное отверстие. Кроме того, с увеличением длины выступа расточной штанги увеличивается и изгибающая деформация главного вала, вызванная его собственным весом, и ось обработанного отверстия будет соответственно изгибаться. Этот метод расточки подходит только для обработки коротких отверстий.

2. Алмазная расточка

По сравнению с обычным расточным сверлением, алмазное расточное сверление характеризуется малым объемом обратной резки, малой подачей и высокой скоростью резания, что позволяет получить высокую точность обработки (IT7 ~ IT6) и очень гладкую поверхность (Ra 0,4 ~ 0,05 мкм). Первоначально алмазное расточное сверление выполнялось с помощью алмазных инструментов, а в настоящее время широко используется твердосплавные, кубические нитриды бора и искусственные алмазные инструменты. В основном применяется для обработки деталей из цветных металлов, но также может использоваться для обработки деталей из чугуна и стали.

Наиболее часто используемые параметры алмазного сверления: предварительное сверление 0,2–0,6 мм и окончательное сверление 0,1 мм; подача 0,01–0,14 мм/об; скорость резания 100–250 м/мин при обработке чугуна, 150–300 м/мин при обработке стали и 300–2000 м/мин при обработке цветных металлов.

Для обеспечения высокой точности обработки и качества поверхности алмазно-расточного станка необходимо, чтобы станок обладал высокой геометрической точностью и жесткостью, главный вал станка поддерживался широко используемыми прецизионными радиально-упорными шариковыми подшипниками или статическими подшипниками скольжения, а высокоскоростные вращающиеся детали должны быть точно сбалансированы; кроме того, движение механизма подачи должно быть очень плавным, чтобы обеспечить плавное перемещение стола при низкоскоростной подаче.

Алмазная расточка обеспечивает хорошее качество обработки, высокую производительность и широко используется для окончательной обработки прецизионных отверстий в большом количестве серийного производства, таких как отверстия в цилиндрах двигателей, отверстия для поршневых пальцев, отверстия для главного вала на шпиндельном узле станка. Однако следует отметить, что при обработке изделий из черных металлов алмазной расточкой можно использовать только расточные инструменты из твердого сплава и кубического нитрида бора (CBN), а алмазные расточные инструменты использовать нельзя, поскольку атомы углерода в алмазе имеют большое сродство к элементам группы железа, и срок службы инструмента невелик.

3. Сверлильный инструмент

Расточные инструменты можно разделить на однолезвийные и двухлезвийные.

4. Характеристики процесса расточки и область применения.

По сравнению с процессом сверления, расширения и развертывания, размер отверстия не ограничен размером инструмента, а расточка обладает высокой способностью к коррекции ошибок, при этом отклонение оси исходного отверстия может быть скорректировано путем многократной обработки, и расточка позволяет поддерживать более высокую точность позиционирования относительно позиционирующей поверхности.

По сравнению с расточкой на наружном круге, из-за низкой жесткости системы инструментальной балки, больших деформаций, плохого теплоотвода и условий удаления стружки, горячая деформация заготовки и инструмента относительно велика, и качество обработки и производительность при расточке не так высоки, как при расточке на наружном круге.

В заключение можно сказать, что диапазон обработки при расточке широк, и можно обрабатывать отверстия различных размеров и уровней точности. Для отверстий и систем отверстий с большим диаметром, высокими требованиями к размеру и точности позиционирования расточка является практически единственным методом обработки. Точность обработки при расточке составляет IT9 ~ IT7. Расточка может выполняться на расточных, токарных, фрезерных и других станках, что обеспечивает гибкость и широкое применение в производстве. В массовом производстве для повышения эффективности расточки часто используются расточные штампы.

1. Принцип хонингования и хонинговальная головка.

Хонингование — это метод обработки отверстия с помощью хонинговальной головки с шлифовальным стержнем (точильным камнем). При хонинговании заготовка фиксируется, а хонинговальная головка вращается шпинделем станка и перемещается по прямой линии возвратно-поступательного движения. В процессе хонингования шлифовальная полоса воздействует на поверхность заготовки с определенным давлением, срезая с нее чрезвычайно тонкий слой материала. Для того чтобы движение абразивных частиц не повторялось, число оборотов в минуту вращательного движения хонинговальной головки и число возвратно-поступательных движений в минуту хонинговальной головки должны быть равны.

Угол пересечения хонинговальной дорожки зависит от скорости возвратно-поступательного и вращательного движения хонинговальной головки, и величина угла влияет на качество и эффективность обработки. Для облегчения удаления абразивных частиц и стружки, снижения температуры резания и улучшения качества обработки при хонинговании следует использовать достаточное количество смазочно-охлаждающей жидкости.

Для обеспечения равномерной обработки стенок отверстия ход песочной планки на обоих концах отверстия должен превышать участок перекрытия. Для обеспечения равномерного припуска на хонингование и уменьшения влияния погрешности вращения шпинделя на точность обработки чаще всего используется плавающее соединение между хонинговальной головкой и шпинделем станка.

Регулировка радиального расширения шлифовального стержня хонинговальной головки может осуществляться различными способами: вручную, с помощью пневматических и гидравлических механизмов.

2. Характеристики процесса хонингования и область применения.

(1) Хонингование позволяет получить более высокую точность размеров и формы, точность обработки составляет IT7~IT6, погрешность округлости и цилиндричности отверстия можно контролировать в пределах этого диапазона, но хонингование не может улучшить точность позиционирования обрабатываемого отверстия.

(2) Хонингование позволяет получить более высокое качество поверхности, шероховатость поверхности Ra составляет 0,2–0,25 мкм, а глубина слоя дефектов металлического метаморфизма поверхности очень мала – 2,5–25 мкм.

(3) По сравнению со скоростью шлифования, скорость вращения хонинговальной головки невысока (vc = 16–60 м/мин), но благодаря большой площади контакта между песчаным бруском и заготовкой скорость возвратно-поступательного движения относительно высока (va = 8–20 м/мин), поэтому хонингование по-прежнему обладает высокой производительностью.

Хонингование широко применяется при обработке отверстий в цилиндрах двигателей и прецизионных отверстий в различных гидравлических устройствах в больших объемах серийного производства и позволяет обрабатывать глубокие отверстия с отношением длины к диаметру более 10. Однако хонингование не подходит для обработки отверстий в заготовках из цветных металлов с высокой пластичностью, а также для обработки отверстий со шпоночными пазами, шлицевыми отверстиями и т. д.

1. Протяжка и протяжка

Протяжка — это высокопроизводительный метод чистовой обработки, выполняемый на протяжном станке с использованием специального протяжного инструмента. Протяжные станки делятся на два типа: горизонтальные и вертикальные; горизонтальные являются наиболее распространенными.

Протяжка осуществляется только с помощью низкоскоростного линейного перемещения (основного движения). Количество зубьев протяжки, работающих одновременно, как правило, должно быть не менее 3, иначе протяжка будет нестабильна, и на поверхности заготовки легко могут появиться кольцевые неровности. Во избежание чрезмерного усилия протяжки и поломки протяжки количество зубьев, работающих одновременно, не должно превышать 6-8.

Существует три различных метода протяжки, которые описаны ниже:

(1) Послойное протягивание

Этот метод протягивания характеризуется послойным и последовательным удалением припуска на обработку заготовки. Для облегчения стружкоотделения зубья резца имеют чередующиеся канавки для стружки. Протяжка, изготовленная по методу послойного протягивания, называется обычной протяжкой.

(2) протяжка блока

Характерной особенностью этого метода протягивания является то, что каждый слой металла на обрабатываемой поверхности срезается набором зубьев инструмента, которые, по сути, имеют одинаковый размер, но переплетаются друг с другом (обычно каждый набор состоит из 2-3 зубьев). Каждый зуб срезает только часть слоя металла. Протяжка, изготовленная по методу блочного протягивания, называется роторной протяжкой.

(3) Комплексное плетение

Таким образом, преимущества послойного и блочного протягивания концентрируются в единое целое. Блочное протягивание используется для черновой обработки, а послойное — для чистовой. Это позволяет сократить длину протягивающего инструмента, повысить производительность и получить лучшее качество поверхности. Протягивающий инструмент, разработанный по методу комплексного протягивания, называется комплексным протягивающим инструментом.

2. Технологические характеристики и область применения отверстий для вытяжки.

(1) Протяжка — это многолезвийный инструмент, который позволяет последовательно выполнить черновую, чистовую и чистовую обработку отверстия за один проход протяжки и обладает высокой производительностью.

(2) Точность вытяжки в основном зависит от точности протяжки; в нормальных условиях точность вытяжки может достигать IT9~IT7, а шероховатость поверхности Ra может достигать 6,3~1,6 мкм.

(3) При вытягивании отверстия заготовка позиционируется самим обработанным отверстием (передняя часть протяжки является элементом позиционирования заготовки), и при вытягивании отверстия трудно обеспечить точность взаимного позиционирования отверстия и других поверхностей; для обработки вращающихся деталей, внутренние и внешние круглые поверхности которых имеют требования к соосности, часто необходимо сначала вытянуть отверстия, а затем обрабатывать другие поверхности, используя отверстия в качестве ориентира для позиционирования.

(4) протяжка может обрабатывать не только круглые отверстия, но и формовочные отверстия и шлицевые отверстия.

(5) Протяжка — это инструмент фиксированного размера, сложной формы, дорогой, не подходит для обработки больших отверстий.

Протяжные отверстия широко используются в крупномасштабном серийном производстве для обработки отверстий в деталях малого и среднего размера диаметром 10–80 мм и глубиной отверстия не более чем в 5 раз превышающей диаметр отверстия.

Компания Honscn Precision Technology Co., LTD. предлагает широкий спектр услуг по механической обработке, включая литье деталей, изготовление прецизионных деталей, комплексную токарную и фрезерную обработку с использованием револьверной головки, а также комплексную обработку с использованием стержневых механизмов. Наша продукция широко используется в автомобилестроении, мотоциклетной промышленности, связи, холодильной технике, оптике, бытовой технике, микроэлектронике, измерительных приборах, рыболовных снастях, инструментах, электронике и других профессиональных областях для удовлетворения потребностей в деталях. Связаться с нами