Лекция 15 Развертки и развертывание

Развертывание представляет собой процесс обработки отверстий с целью получения повышенной чистоты и точности. Развертка — это многозубый инструмент, который подобно сверлу и зенкеру в процессе обработки совершает вращение вокруг своей оси (главное движение) и поступательно перемещается вдоль оси, совершая движение подачи.

Развертывание позволяет получить отверстие 2—3-го класса точности и 7—8-го класса чистоты обработанной поверхности.

По форме обрабатываемого отверстия развертки можно разделить на цилиндрические, применяемые для обработки круглых цилиндрических отверстий, и конические, используемые для обработки конических отверстий (рис. 71). По способу применения различают развертки машинные и ручные. Ручные развертки применяются для развертывания отверстий вручную, а машинные используются на различных станках (сверлильных, токарных, револьверных и др.). Развертки могут быть хвостовые и насадные, цельные и сборные, постоянного диаметра и регулируемые. Развертки относительно малого диаметра изготовляются с цилиндрическим или коническим хвостовиком, который служит для ее закрепления на станке, либо в воротке с квадратным отверстием при работе вручную.

Насадные развертки насаживаются на специальные оправки, которые устанавливаются в шпиндель станка.

Развертки цельные являются наиболее простыми по конструкции, но не могут регулироваться по диаметру. Поэтому находят применение разжимные и сборные развертки с быстрорежущими и твердосплавными вставными зубьями, которые после износа и переточек могут быть отрегулированы на требуемый размер, что повышает срок службы их. Разжимные развертки используются при ремонте всевозможных машин (рис. 71, а). Они позволяют в определенных пределах регулировать размер диаметра. Это дает возможность применять одну и ту же развертку при обработке отверстии различных диаметров.

Рис. 71. Типы разверток

Рабочая часть разжимных разверток снабжена отверстием, ось которого совпадает с осью инструмента и продольными прорезями. Регулировка диаметра разверток осуществляется с помощью шарика, который вставляется в коническое отверстие и поджимается регулировочным винтом. Такие развертки изготовляются диаметром от 6 мм до 50 мм и позволяют изменять диаметр в пределах 0,15—0,50 мм.

Для обеспечения возможности восстановления размера диаметра по мере износа применяются конструкции сборных разверток, с креплением зубьев в корпусе с помощью рифлений, винтов и т. п.

На рис. 71, б изображена развертка, у которой вставные зубья с рифлениями закрепляются с помощью клина. Эта конструкция допускает регулировку по диаметру перестановкой зубьев на рифлениях, с их последующим шлифованием по диаметру и заточкой. Во избежание осевого сдвига предусматриваются упорные кольца.

Для обработки конических отверстий применяют конические развертки (рис. 71, в). При этом отверстие, предварительно обработанное, может быть цилиндрическим или коническим. Отверстия с небольшим припуском развертываются на конус за один проход. При обработке же конических отверстий, когда требуется снимать значительный припуск, используют комплект конических разверток.

Черновая развертка имеет ступени на зубьях, расположенные по винтовой линии. Торцовыми кромками каждой ступени развертка срезает узкие стружки, свободно размещающиеся в канавках. Эта развертка превращает цилиндрическое отверстие в ступенчатое. Вторая развертка снимает припуск меньше, чем черновая развертка. Режущие кромки промежуточной развертки снабжены стружкоразделительными канавками, которые образуются нарезанием прямоугольной резьбы. Чистовая развертка выполняется без стружкоразделительных канавок, и снимает стружку всей прямолинейной режущей кромкой, расположенной на образующей конуса.

Развертка имеет зубья с плоской передней поверхностью, совпадающей с осевой плоскостью инструмента, т. е. передний угол чистовой развертки берется равным нулю.

Для развертывания отверстий в металлических листах применяют котельные развертки (рис. 71, г). Они имеют винтовые зубья, направление которых обратно направлению вращения. Это предупреждает самозатягивание и заедание развертки при работе.

Конструктивные элементы цилиндрических разверток

Цилиндрическая развертка состоит из рабочей части, шейки и хвостовика (рис.72). Назначение шейки и хвостовика у разверток такое же как у сверл и зенкеров.

Рабочая часть включает режущую и калибрующую части и направляющий конус, который служит для предохранения от повреждений и облегчения попадания развертки в отверстие.

Рис. 72. Элементы цилиндрической развертки

Режущая (заборная) часть развертки представляет собой конус, на поверхности которого образованы зубья.

Калибрующая часть состоит из цилиндрического участка и участка с обратной конусностью. Передние и задние поверхности зубьев развертки как на режущей части, так и на калибрующей части, выполняются плоскими.

Передний угол ГАММА разверток обычно принимается равным нулю, поскольку развертка работает в зоне малых толщин срезаемого слоя, характер протекания процесса резания зависит главным образом не от переднего угла, а от радиуса закругления режущей кромки. На черновых развертках и при обработке вязких материалов передний угол равен 5—10°. Задние углы у разверток колеблются в пределах 4—8°.

Для чистовых разверток угол а выбирается меньше, чем для черновых.

Затачивание зубьев на режущей части производится «доостра», а на калибрующей части — с оставлением цилиндрической ленточки шириной 0,05—0,3 мм. При обработке вязких металлов во избежание налипания частиц металла ширина ленточки уменьшается до 0,05— 0,10 мм. Ленточка служит для направления развертки в отверстии, способствует калиброванию отверстия и облегчает контроль развертки по диаметру.

Большое влияние на работу развертки оказывает угол в плане ф, между осью развертки и режущей кромкой, которая при переднем угле, равном нулю, идет по образующей конуса режущей части.

С изменением угла в плане ф изменяется соотношение между шириной и толщиной среза, составляющими усилия резания, интенсивность и характер износа инструмента. С увеличением угла заборного конуса растет осевое усилие, затрудняется продвижение развертки. Поэтому у ручных разверток угол в плане принимается небольшим, что способствует также плавному входу и выходу развертки из отверстия. На основе экспериментальных данных для ручных разверток при обработке сквозных отверстий ф = 1 -:- 2°.

Машинные развертки при работе направляются лучше ручных, поэтому длина их режущей части может быть меньшей, а угол в плане большим. При обработке чугуна ф = 4-:-5°, а при обработке стали ф = 12 -:- 15°. Для глухих отверстий как у ручных, так и у машинных разверток ф = 45 -:- 60°.

Для обеспечения входа в отверстие малый диаметр режущей части выполняется меньше диаметра обработанного отверстия на 1,3—1,4 припуска на развертывание.

Диаметр развертки в конце режущей части и на цилиндрическом участке калибрующей части выбирается в зависимости от разбивания отверстия при обработке, допуска на изготовление отверстия и стремления обеспечить максимально возможный запас на износ развертки по диаметру. Схема расположения полек допусков на диаметр развертки приведена на рис. 73. Схема изображена для случая, когда в процессе развертывания происходит увеличение диаметра отверстия по сравнению с фактическими размерами развертки. Поэтому, для того чтобы получить отверстие в пределах поля допуска, максимальный диаметр развертки принимается равным максимальному диаметру отверстия минус величина максимального разбивания. Допуск на диаметр развертки необходимо выбирать так, чтобы его обеспечение на шлифовальных и доводочных станках не представляло особых затруднений.

Рис. 73. Схема расположения полей допусков на диаметр развертки

Величина разбивания отверстия зависит от размеров обрабатываемой заготовки, режимов резания, точности изготовления развертки и точности ее установки на станке и т. п.

В некоторых случаях, особенно при обработке изношенными развертками тонкостенных деталей, изготовленных из материалов с повышенной пластичностью и вязкостью, может наблюдаться отрицательное разбивание отверстия. При конструировании разверток ориентировочно максимальная величина разбивания отверстия принимается равной 1/3 допуска на отверстие. Уточненные значения величины разбивания отверстия определяются опытным путем.

Диаметр в конце калибрующей части берется меньше диаметра развертки. В результате получается обратный конус. Принято считать, что обратный конус на развертках служит для уменьшения трения развертки об обработанное отверстие, облегчения вывода развертки и предохранения отверстия от разбивания.

Для ручных разверток уменьшение диаметра к хвостовику составляет 0,010 - 0,015 мм. Из-за столь малой величины утонения цилиндрический участок у ручных разверток часто не делается и обратный конус начинается сразу же после режущей части.

Для машинных разверток величина утонения колеблется от 0,04—0,10 мм, при длине калибрующей части равной 0,25—0,30 диаметра развертки.

На базе проведенных исследований и производственного опыта в последние годы были разработаны развертки с резко укороченной длиной обратного конуса до величины 3—5 мм и уменьшением диаметра на заднем торце на 0,5— 0,7 мм, которые обеспечивают требуемую точность и высокую частоту поверхности особенно при обработке коротких отверстий.

Число зубьев развертки выбирается в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и конструкции разверток. С увеличением числа зубьев чистота обработки отверстий повышается, однако уменьшается поперечное сечение стружечных канавок и они могут оказаться недостаточными для свободного размещения и отвода стружки. При большом числе зубьев и небольшой глубине канавок перешлифовывание разверток на меньшие размеры затрудняется. Несмотря на снятие небольших слоев металла, развертки имеют относительно небольшое число зубьев (от 6 до 14) для целых машинных и ручных разверток диаметром 3—50 мм.

Развертки сборной конструкции делаются с меньшим числом зубьев, так как элементы крепления вставных зубьев требуют соответствующего пространства для их размещения.

Развертки обычно имеют четное число зубьев. Это облегчает измерение их диаметра. Положительное влияние на работу развертки оказывает неравномерное распределение зубьев по окружности, что способствует гашению вибраций, возникающих при работе, особенно на повышенных режимах резания в условиях недостаточной жесткости системы СПИД, и повышению чистоты обработанной поверхности. Например, у развертка с числом зубьев z = 8 угловой шаг принимается равным ОМЕГА1 = 42°, ОМЕГА2 = 44°, ОМЕГА3 = 46°, ОМЕГА4 = 48°, ОМЕГА5 = 42°, ОМЕГА6 = 44°, ОМЕГА7 = 46° и ОМЕГА8 = 48°, при среднем его значении ОМЕГА = 45°. При таком распределении шага каждая пара противоположных зубьев лежит на одном диаметре, что упрощает изготовление и контроль развертки.

Обработка стружечных канавок разверток производится одноугловыми (рис. 74, а) или двуугловыми (рис. 74, б) фрезами с углом профиля ТЕТА = 65 -:- 110°. Для средних и крупных размеров применяется профиль с очертанием стенки зуба по радиусу, что облегчает размещение стружки в канавках (рис, 74, в).

Рис. 74. Профили канавок разверток

Получение при фрезеровании неравномерного шага при одинаковой ширине зуба обеспечивается изменением глубины канавки соответствующей установкой фрезы.

Обычно канавки у разверток делаются прямые, что упрощает их изготовление и контроль.

Для обработки отверстий, прерывающихся по длине или имеющих продолъные канавки, незаменимы развертки с винтовыми зубьями. Винтовыми канавками также снабжаются развертки для обработки легких сплавов. Угол наклона винтовых зубьев у разверток может доходить до 30—45°. Направление винтовых канавок делается обратным направлению вращения развертки с целью устранении самозатягивания и заедания развертки в отверстии. Использование разверток с большим углом наклона винтовой канавки обеспечивает получение хорошей чистоты обработанной поверхности, но при этом возникают значительные усилия подачи.