Инструменты для обработки отверстий

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Зенкеры изготавливают хвостовыми цельными, хвостовыми сборными со встав­ными ножами, насадными цельными и на­садными сборными. Зенкеры делают из быстрорежущей стали или с пластинами твердого сплава, напаиваемыми на корпус зенкера или на корпус ножей у сборных конструкций. Хвостовые зенкеры подобно сверлам крепят с помощью цилиндричес­ких или конических хвостовиков, насад­ные зенкеры имеют коническое посадочное отверстие (конусность 1:30) и торцовую шпонку для предохранения от проверты­вания при работе. По конструкции рабочей части хвостовые зенкеры аналогичны спи­ральным сверлам, но не имеют поперечной режущей кромки и имеют три зуба, благо­даря чему обеспечивается лучшее направ­ление при работе и лучшая цилиндрич- ность и качество обработанной поверх­ности. Насадные зенкеры имеют четыре- шесть зубьев.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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