Глубокое сверление

38

Методическое пособие

Глубокое сверление

1. Общие положения и понятия

В настоящее время детали с глубокими отверстиями (такие как роторы и валы турбин, оси и втулки экскаваторов, гильзы цилиндры и плунжеры прессов, оси и бандажи прокатных станов, трубы буровых установок, кокили для центробежной отливки труб и др.) обрабатываются на предприятиях всех основных отраслей промышленности.

Трудности обработки отверстий возрастают с увеличением их глубины. Глубину отверстий принято оценивать отношением L/Dо, где L – длина отверстия, а Dо – его диаметр. Это же отношение используют и при разделении отверстий на глубокие и “неглубокие”, и в качестве численной границы принимают L/Dо = 5, так как нормальным инструментом и обычными способами можно рационально обработать отверстия с отношением L/Dо < 5, а для обработки более глубоких отверстий приходится применять специальное оборудование и инструмент и особые способы обработки. В связи с этим отверстия с L/Dо > 5 принято называть глубокими отверстиями.

В любом случае, отверстие с глубиной равной десяти диаметрам необходимо обрабатывать методами глубокого сверления и на специализированном оборудовании.

Операции глубокого сверления могут выполняться с разными вариантами наладок. Вращение может передаваться только на инструмент или только на деталь. Возможно также одновременное вращение и сверла, и заготовки.

Но какой бы тип наладки не использовался, основные принципы сверления остаются неизменными и корректное назначение скорости и подачи является определяющим фактором успешного проведения обработки. Вторым по значимости является вопрос формирования удовлетворительной стружки и ее вывод из отверстия.

2. Функции СОЖ при глубоком сверлении

На операциях глубокого сверления и растачивания СОЖ должна выполнять ряд функций:

отводить стружку из зоны резания и транспортировать ее по отводным каналам,

уменьшать силы резания и трения между направляющими элементами и поверхностью отверстия,

отводить тепло, образующееся в процессе резания и трения.

Для этого СОЖ должна иметь соответствующие свойства.

Отвод стружки надежно обеспечивается в том случае, когда поток СОЖ будет иметь такую минимально необходимую скорость, при которой кинематическая энергия потока будет достаточна для сообщения стружке движения вдоль отводных каналов.

На операциях глубокого сверления (растачивания) в зависимости от диаметра и длины обрабатываемого отверстия Q (расход СОЖ) обычно составляет 0,001 – 0,009 м³/с при p = 10ч0,5 МПа (где p – давление подаваемой насосом СОЖ). Для указанных диапазонов p и Q затраты мощности на прокачивание СОЖ могут составлять 6 – 10 кВт и в ряде случаев превышать затраты мощности на резание, поэтому снижение затрат мощности на подвод СОЖ и отвод стружки очень важно. Одним из путей снижения затрат мощности является применение маловязких СОЖ, что положительно сказывается также на ее очистке (фильтрации) и снижении ее потерь в виде отходов вместе со стружкой. Однако выбирать вязкость СОЖ исходя только из снижения затрат мощности и сокращения ее потерь со стружкой не следует, так как она имеет широкое влияние на процесс обработки (в частности, оказывает благотворное влияние на условия работы направляющих элементов).

Также известно, что уменьшение вязкости ниже (8ч10) *10^-6 м²/с при определенных давлениях может привести к выдавливанию СОЖ и разрыву пленки смазки под направляющими элементами инструмента, а это в свою очередь приводит к увеличению сил трения на направляющих, возникновению или усилению вибраций инструмента, его изнашиванию и поломке.

Успешному отводу стружки и продуктов изнашивания инструмента способствуют хорошие моющие свойства СОЖ (т.е. способность ее смачивать частицы стружки и частицы износа, препятствовать слипанию и привариванию их к поверхности инструмента и обрабатываемой заготовки).

Уменьшение сил резания и трения достигается за счет использования смазывающих свойств СОЖ, а также свойств, способствующих резанию. Эти свойства создаются за счет добавления в СОЖ соответствующих присадок и поверхностно-активных веществ.

Каждая из присадок способствует возникновению своей пленки, которая образуется и сохраняется при вполне определенных условиях, являющихся результатом совокупного влияния ряда факторов, причем каждая из присадок в присутствии другой действует активнее.

Эффективность действия СОЖ по уменьшению сил резания и трения удобно оценивать суммарной осевой силой Ро (сумма осевых составляющих сил резания и трения на направляющих) и суммарным крутящим моментом Мк (момент от сил резания и трения на направляющих).

Для большинства СОЖ энергетические затраты на резание и трение изменяются с изменением температуры циркулирующей СОЖ, причем для каждой СОЖ имеется своя зона оптимальных температур с минимальными значениями Ро и Мк, при которых имеют место минимальные вибрации и энергетические затраты. Зона оптимальных температур циркулирующей СОЖ отвечает оптимальным условиям существования химических пленок и оптимальной вязкости, при которой возможно сохранение контактно-гидродинамической смазки. В целях снижения энергетических затрат необходимо поддерживать температуру циркулирующей СОЖ от 30°С до 50°С.

Отвод тепла при глубоком сверлении (растачивании) с помощью СОЖ решается попутно, наряду с главным назначением СОЖ – отводом стружки. Имеют место некоторые трудности, связанные с циркуляцией большого количества СОЖ в единицу времени, что приводит к ее нагреву. И отвод тепла производится преимущественно путем конвективного теплообмена между нагретыми поверхностями заготовки и инструмента и потоком СОЖ. Интенсивность отвода тепла в значительной степени зависит от теплопроводности СОЖ, ее расхода и скорости перемещения, разности температур охлаждаемых поверхностей и потока СОЖ. Для поддержания оптимальной температуры СОЖ станки для глубокого сверления и растачивания следует снабжать теплообменниками. А перед началом выполнения операции до начала резания следует прогреть СОЖ циркуляцией в системе до 30ч50°С (особенно это необходимо делать в холодное время года). Сверление отверстий диаметром до 30 мм, с отношением L/Dо ? 100 при температуре СОЖ ниже 20°С практически невозможно из-за неустойчивости процесса резания и поломок инструмента. При повышении температуры выше 50ч60°С возникают интенсивные вибрации инструмента, СОЖ испаряется, ухудшаются санитарно-гигиенические условия, возможно возгорание паров СОЖ. Кроме этого, усиливается окисление СОЖ, вследствие чего она теряет свои свойства.

Масляные СОЖ широко применяются при обработке глубоких отверстий. До последнего времени при обработке применялся сульфофрезол – осерненное минеральное масло коричневого цвета, состоит из веретенного масла с добавлением нигрола и серы в свободном состоянии и в виде химического соединения. Для снижения вязкости часто добавляют керосин или дизельное топливо. Недостатком сульфофрезола является токсичность.

В настоящее время имеются новые, более эффективные СОЖ:

· МР-3 – светло-коричневое, маловязкое минеральное масло, содержащее жиры, примеси серы и фосфора;

· МР-6 – светло-коричневое, средне-вязкое минеральное масло, содержащее присадки серы и хлора;

· МР-7 – светло-коричневое, средне-вязкое минеральное масло широкого назначения с присадками серы; применяется как заменитель сульфофрезола; недостатком является резкое изменение вязкости при изменении температуры.

Основные физико-химические свойства отечественных СОЖ приведены в табл.1, а на рис.1 даны некоторые результаты их испытаний. Графики на рис.1 указывают на существенное изменение вязкости СОЖ при изменении температуры от 20°С до 50°С.

Таблица 1

Основные физико-химические свойства СОЖ

Параметр	Марка СОЖ
	Сульфофрезол	МР-3	МР-6	МР-7
Вязкость кинематическая при температуре 50°С, м2/с	(20ч30) *10-6	(5ч20) *10-6	(20ч30) *10-6	(23ч30) *10-6
Температура вспышки в открытом тигле,°С, не ниже	160	125	180	180
Массовое содержание механических примесей, %, не более	0,04	0,04	0,04	0,04
Массовое содержание общей серы, %	1,7	1,0ч2,2	0,5ч1,0	1,0ч2,0
Массовое содержание хлора, %, не менее	–	–	11,0ч15,0	–
Массовое содержание фосфора, %	–	0,23ч0,4	–	–

Рис. 1 Изменение вязкости в зависимости от температуры для различных СОЖ:

1- МР-6;

2- МР-7;

3- МР-3 по ТУ38 УССР 201254-76;

4- 90% сульфофрезола + 10% керосина;

5- МР-3 по ТУ33 УССР 201212-75

3. Способы подвода СОЖ

При глубоком сверлении и растачивании подвод СОЖ и отвод стружки осуществляется по специально предусмотренным каналам. Один из каналов располагается внутри инструмента и называется внутренним. Наружный канал создается между наружной поверхностью инструмента и поверхностью обработанного отверстия в заготовке. Иногда при растачивании роль наружного канала выполняет отверстие в заготовке, с которым она поступает на операцию. Подвод СОЖ и отвод стружки по внутреннему каналу называют соответственно внутренним подводом СОЖ и внутренним отводом стружки, а по наружному каналу – наружным подводом СОЖ и наружным отводом стружки. Вид подвода СОЖ и вид отвода стружки являются основными признаками, причем вид отвода стружки считается главным из них.

Для вывода стружки из зоны резания при сверлении отверстий большой глубины существует три различных системы организации подвода СОЖ. Все три системы обеспечивают гарантированно высокое качество отверстий, их размерную и геометрическую точность.

Способы отвода стружки при сверлении (рис.2):

· внутренний отвод стружки с помощью эжектора, рис.2а

· наружный подвод СОЖ и внутренний отвод стружки, рис.2б

· внутренний подвод и наружный отвод стружки, рис.2в

Эжекторная система	Одноштанговая система или система STS (ВТА)	Система сверления пушечными сверлами
рис.2а	рис.2б	рис.2в
От системы STS отличается наличием двух штанг наружной и внутренней, соединенными со сверлильной головкой. Поток СОЖ подается в пространство между двумя штангами и протекает в основном внутри корпуса инструмента. А вымывание стружки происходит через отверстие внутренней штанги, то есть также внутри инструмента. Такая замкнутая система требует обеспечения меньшего давления СОЖ, по сравнению с ситемой STS, и может успешно применяться на универсальных станках без внесения существенных изменений в их конструкцию.	Под высоким давлением СОЖ нагнетается в полость между обрабатываемым отверстием и корпусом сверла. Давление СОЖ необходимо поддерживать при помощи насоса. Удаление стружки из зоны резания происходит через полый хвостовик сверла. Высокое давление СОЖ, обеспечивающее лучшее удаление стружки, делает применение данной системы более надежным нежели эжекторной системы. Особенно эффективным является ее использование при обработке материалов, имеющих проблемы со стружкодроблением, таких как низкоуглеродистые и нержавеющие стали. Также областью применения инструмента системы STS можно назвать крупносерийное производство.	Пушечные сверла имеют полый хвостовик, сквозь который подается смазочно-охлаждающая жидкость. Далее она проходит по каналу в самом сверле и подается в зону резания через отверстия в режущей головке. Удаление стружки происходит через V-образную стружечную канавку по всей длине сверла. Пушечные сверла могут применяться на обычных обрабатывающих центрах, при возможности осуществления на них подачи СОЖ в зону резания под высоким давлением. Более подробную информацию о системах подачи СОЖ смотрите в разделе Рекомендации по применению.

Какую систему выбрать?

Эжекторное сверление: Не требует уплотнения между обрабатываемой деталью и кондукторной втулкой Легко встраивается в существующее оборудование – универсальные токарные станки, токарные станки с ЧПУ, фрезерные обрабатывающие центры и горизонтально-расточные станки Рекомендуется при обработке деталей, с которыми возникают проблемы герметизации Позволяет использовать предварительно засверленное отверстие для направления вместо кондукторной втулки, что часто встречается на обрабатывающих центрах	Система STS: Для материалов с усложненным стружкообразованием таких, как нержавеющие и низколегированные стали Для материалов с неоднородной структурой при возникновении проблем со стружколоманием Рекомендуется для больших партий деталей Отличается стабильностью работы и высокой долговечностью всех элементов Особенно рекомендуется для отверстий диаметром более 200 мм Необходим специализированный станок глубокого сверления	Система сверления пушечными сверлами: Небольшой диаметр отверстия Может выполняться на обрабатывающих центрах при наличие предварительно засверленного отверстия для направления Внимание: требует подачи СОЖ под высоким давлением Считается, что трубчато-лопаточные сверла незаменимы при сверлении отверстий диаметром менее 8 мм и могут быть использованы даже при сверлении глубоких отверстий до диаметра 0,5 мм. Максимальный (рекомендуемый) диаметр сверления этими сверлами составляет 35…40 мм при относительных длинах сверления до 50 d.

Способы отвода стружки при растачивании (рис.3):

· наружный подвод СОЖ и внутренний отвод стружки, рис.3а, 3б;

· наружный подвод СОЖ и комбинированный отвод стружки, рис.3в;

· внутренний подвод СОЖ и наружный отвод стружки, рис.3г.

Рис. 3

4. Разновидности глубокого сверления

1) В зависимости от схемы удаления припуска (какая часть высверливаемого материала удаляется в виде стружки) различают две разновидности глубокого сверления: сплошное (рис.4а) и кольцевое (рис.4б).

а) б)

Сплошное глубокое сверление отличается тем, что весь высверливаемый материал удаляется в виде стружки.

Кольцевое глубокое сверление – сверление, при котором в стружку превращается лишь часть высверливаемого материала, находящаяся в высверливаемой кольцевой полости, а остальная часть удаляется в виде оставляемого стержня.

2) В зависимости от способа отвода стружки различают следующие разновидности глубокого сверления:

· эжекторная система (двухштанговая), рис.5;

· система STS (одноштанговая), рис.6;

· система сверления пушечными сверлами, рис.7.

Рис. 5 Эжекторная система (двухштанговая)

Эжекторное сверление обеспечивает практически те же результаты по производительности, точности и качественным характеристикам отверстий, что и глубокое сверление с внутренним и наружным подводом СОЖ. Но позволяет выполнять сверление на универсальных станках (токарных, сверлильных, горизонтально-расточных и др.), лишь дополнив их насосной станцией, стационарной пли перемещающейся по мере надобности от одного станка к другому.

При эжекторном сверлении не требуется герметизировать зазоры между заготовкой и кондукторной втулкой, что упрощает наладку и обслуживание станка. Эжекторное сверление можно применить для получения отверстий в самых разнообразных деталях, включая и случаи сверления прерывистых отверстий, например, в коленчатых валах, траках и др.

Как показал опыт, область применения эжекторного сверления определяются возможностями эжекционного насоса в инструменте путем создания (отсасыванием) необходимой скорости потока СОЖ для отвода стружки из зоны резания, а также видом стружки. При получении дробленой стружки эжекторное сверление можно применить для отверстий диаметром 20…60 мм и глубиной до 1000…1200 мм. При этом возможно по ряду материалов получение точности отверстий до 8…9 квалитетов, шероховатости поверхности обработанных отверстий до Ra = 1,25 мкм при уводах не более 0,05 мм на 100 мм глубины отверстия. По ряду материалов при сверлении может быть стабильно обеспечена производительность до 300 мм/мин.

Однако эжекторное сверление практически не удается применить при обработке вязких сталей (жаропрочных, коррозионно-стойких и др.), так как при их сверлении не удается стабильно получить мелкодробленую стружку.

Рис. 6 Система STS (одноштанговая)

Признано, что эта технология самая совершенная из всех технологий сверления глубоких отверстий, хотя и сама сложная. Сложность определяется, прежде всего, необходимостью использовать в работе специального устройства – маслоприемника, обеспечивающего герметизацию стыка: торец заготовки – направляющая втулка для захода сверла. Сложность маслоприемников возрастает для станков при сверлении вращающихся деталей, когда направляющая втулка должна вращаться вместе с деталью, а маслоприемник, к которому от насосной станции подведены шланги подачи СОЖ, размещен в неподвижной стойке станка. При этом маслоприемник должен обеспечить подвод в зазор между стеблем и отверстием большие количества СОЖ (400 л/мин и более для больших диаметров) при громадных давлениях, при определенных условиях достигающих 10 МПа и более. Естественно, что в конструкциях маслоприемников выбор и проектирование уплотнений всегда является проблемой.

Рис. 7 Система сверления пушечными сверлами

Трубчатолопаточные сверла в сравнении со спиральными, шнековыми и другими аналогичными сверлами обеспечивают большие производительность и точность. Так на определенных материалах при сверлении может быть достигнута точность отверстий по Н8 (на малых диаметрах до Н7), увод оси не более 0,01…0,02 мм на 100 мм длины отверстия, получена шероховатость поверхности отверстия с параметром Ra = 0, 63…1, 25 мкм. Благодаря этому зачастую при обработке отверстий после сверления отпадает необходимость выполнять последующие переходы – зенкерование и развертывание.

глубокое сверление отверстие стружка

3) В зависимости от степени автоматизации управления процессом сверления различают адаптивное глубокое сверление, при котором осуществляется автоматическое изменение одного или нескольких элементов режима резания (скорость, подача) в целях сохранения на оптимальном уровне выбранного параметра процесса.

5. Разновидности глубокого растачивания

1) В зависимости от назначения различают три разновидности глубокого растачивания:

· черновое – растачивание, при котором обеспечиваются требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности;

· чистовое – растачивание, при котором обеспечиваются требования точности диаметральных размеров и шероховатости поверхности;

· комбинированное – растачивание, при котором за один рабочий ход достигается выполнение функций чернового и чистового растачивания.

2) В зависимости от схемы растачивания различают глубокое растачивание на сжатие и глубокое растачивание на растяжение.

Рис.8 Глубокое растачивание на сжатие (а) и растяжение (б)

Оба вида растачивания используют как при черновом, так и при чистовом растачивании.

Перечень вопросов, которые приходится решать специалистам на этапе подготовки и в момент наладки процесса глубокого сверления:

· подбор технологии глубокого сверления;

· выбор оборудования, соответствующего обрабатываемым заготовкам;

· наладка процесса сверления (настройка направления инструмента в начале сверления; определение неоднородности материала обрабатываемого изделия; организация удаления стружки из зоны резания и т.д.);

· проверка и настройка жесткости системы (борьба с продольной неустойчивостью стебля в процессе сверления);

· подбор конструкции инструмента, его режущих и направляющих элементов наиболее соответствующего задаче;

· выбор режимов резания;

6. Дефекты отверстий

На операциях глубокого сверления и чернового растачивания образуются характерные дефекты, существенно проявляющиеся лишь при обработке глубоких отверстий. К ним относятся увод и непрямолинейность оси глубокого отверстия, огранка глубокого отверстия, волнистость профиля продольного сечения и др. (см. Рис. 9).

Рис. 9. Дефекты, полученные при глубоком сверлении отверстий: а – правильно просверленное отверстие; б – увод расположен в плоскости X-Y; в – увод расположен между плоскостями X-Y и X-Z;

г – кривизна оси отверстия, вызванная уводом; д – кривизна оси отверстия, вызванная короблением;

е – уступ от двустороннего сверления; ж – излом оси отверстия от двустороннего сверления;

з – конусность; и – бочкообразность отверстия

Непрямолинейность оси глубокого отверстия ?_н – наибольшее расстояние от действительной оси до теоретической оси глубокого отверстия.

Факторы, влияющие на прямолинейность отверстия:

Влияние вращения заготовки и инструмента на прямолинейность отверстия

Увод оси глубокого отверстия (увод оси) ?_у – отклонение действительной оси глубокого отверстия от оси вращения заготовки. Увод оси рассматривается и определяется применительно к конкретному поперечному сечению по длине глубокого отверстия. Поперечные сечения, в которых надлежит замерять уводы, оговариваются технологическим процессом.

Огранка глубокого отверстия – отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру с числом граней, иногда изменяющимся по длине отверстия, а вершины многогранника при этом часто располагаются по винтовой линии. Огранка образуется лишь при поперечных колебаниях инструмента с частотой, близкой к частоте относительного вращения заготовки и инструмента.

Волнистость профиля продольного сечения – отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие имеют регулярную волнистость, приводящую к ступенчатости отверстия с незначительными перепадами диаметра. Этот дефект образуется при несовпадении диаметра инструмента, вступающего в работу, с диаметром отверстия, на поверхность которого он опирается своими направляющими элементами.

7. Основные элементы инструментов

Ввиду большой глубины обрабатываемых отверстий инструмент для глубокого сверления и растачивания имеет большую длину. Для удобства изготовления и эксплуатации его выполняют составным по длине, используя разъемное соединение двух основных частей – режущего и вспомогательного инструментов. Режущий инструмент выполняется в виде так называемой сверлильной (расточной) головки, устанавливаемой на конце вспомогательного инструмента в виде стебля (борштанги).

Рис. 10

Головка состоит из корпуса с режущими и направляющими элементами (см. Рис.10).

Режущие элементы. Основным элементом инструментов является режущий элемент, который служит для срезания стружки с помощью режущего лезвия.

Направляющие элементы. На работу инструмента существенное влияние оказывают также направляющие элементы, которые служат для базирования инструмента.

Каналы для подвода СОЖ и отвода стружки. Форма и размеры поперечных сечений каналов должны согласовываться с принятым способом подвода СОЖ и отвода стружки и ее формой, чтобы обеспечивалось бесперебойное прохождение стружки по отводным каналам, а также сохранялись необходимые прочность и жесткость инструмента.

8. Инструмент с определенностью базирования

В зависимости от равнодействующей сил резания R = R₁ + R₂ + …+ R_i, действующих на лезвия инструмента в плоскости, перпендикулярной к его оси, инструменты делят на уравновешенные и неуравновешенные. Если R = 0, инструмент является уравновешенным, а если R ? 0 – неуравновешенным.

В зависимости от того, в пределах какого угла равнодействующая R поперечных сил резания изменяет свое направление, различают два вида неуравновешенного инструмента. В качестве граничного значения угла принимают угол ш между направляющими шпонками 3 и 4 (рис.11а).

Рис. 11. Неуравновешенные инструменты с определенностью базирования (а) и без определенности (б) базирования

Инструмент, у которого равнодействующая R от лезвий 1 и 2 не выходит за пределы угла ш между шпонками даже при изменении припуска за один оборот заготовки называют – инструментом с определенностью базирования. Все остальные неуравновешенные инструменты называют инструментами без определенности базирования (рис.11б). У них равнодействующая выходит из угла между шпонками, иногда изменяя направление на 180° за один оборот.

В ряде случаев при определении R следует учитывать не только силы резания, но и силы трения. Поэтому в общем случае под инструментом с определенностью базирования имеют в виду инструмент, в котором равнодействующая R_У всех поперечных сил, действующих на головку, всегда больше нуля, постоянно направлена в сторону одних и тех же двух направляющих шпонок 1 и 2 и не выходит из угла ш между ними (рис.12). На этой схеме равнодействующая R сил действующих на лезвие 3, перенесена на ось инструмента. К инструментам с определенностью базирования относятся все инструменты резания, неуравновешенные инструменты двустороннего резания для сверления, неуравновешенные инструменты для сверления с несимметричным расположением лезвий по окружности, а также некоторые инструменты для растачивания с неравномерным расположением лезвий по окружности при угле ш не более 60°ч70°.

Рис. 12.

Инструменты с определенностью базирования обеспечивают лучшее качество, меньшие огранку и уводы.

9. Конструкции режущих элементов

При глубоком сверлении и растачивании режущие элементы инструментов работают в тяжелых условиях. Возникающие на этих операциях огранка, вибрации и нарушения бесперебойного стружкоотвода ускоряют изнашивание режущих элементов и вызывают их поломку (выкрашивание режущего лезвия, разрушение всей режущей части). Ввиду сложности и высокой стоимости этих инструментов продление срока их службы имеет большое значение как с точки зрения обеспечения производительности, так и снижения удельных затрат на инструмент (затрат, отнесенных к 1 м длины обработанного отверстия).

На сегодняшний момент разработано большое число разнообразных конструкций режущих элементов:

· монолитные режущие элементы, рис. 13;

· режущие элементы, закрепляемые постоянно на корпусе рабочей части, рис. 14;

· режущие элементы, закрепляемые сменно на корпусе рабочей части, рис. 15;

· режущие элементы в виде сменных резцов, рис. 16;

· плавающие режущие элементы.

Рис. 13

Рис. 14

Рис. 15

Рис. 16

10. Стебель

Стебель инструмента, охватывающий участок длины от головки до конца инструмента и служащий для придания инструменту необходимой длины – наименее жесткое звено системы СПИД. Профиль и размеры его поперечного сечения выбираются такими, чтобы обеспечить максимально высокую жесткость при выполнении одновременно функций подвода СОЖ в зону резания и отвода стружки потоком СОЖ.

Наиболее широко распространены трубчатые стебли кольцевого сечения для работы как с внутренним, так и с наружным отводом стружки. Уже начиная с диаметра 20 мм, при необходимости они выполняются составными по длине. Секции длиной 1500ч3000мм соединяются между собой с помощью низкопрофильной прямоугольной одно – или многозаходной резьбы с углом подъема 8-10°. С обеих сторон резьбы располагаются цилиндрические центрирующие шейки, соосные между собой и с геометрической осью наружной поверхности секций стебля.

Задний конец цилиндрических стеблей инструментов диаметром 15-40 мм специально для закрепления на станке не обрабатывается, а устанавливается и закрепляется обычно при помощи цанги. Стебли меньшего диаметра для соединения со станком снабжают цилиндрическим или коническим хвостовиком в виде втулки, привариваемой к заднему концу стебля. Секционные стебли имеют на заднем конце такое же резьбовое соединение, как и между секциями. Соединение стебля со шпинделем подающей каретки осуществляется через переходной фланец.

Наружный диаметр стебля выполняется достаточно точно (g6 – f7), так как стебель перемещается в направляющих втулках промежуточных стоек станка и маслоприемника или передней направляющей стойки станка. Параметр шероховатости поверхности стебля Rа = 1,6 мкм. Секционные стебли после сборки в местах свинчивания должны проверяться калибром-вулкой с диаметром отверстия, выполненным по F7.

Непрямолинейность оси наружной поверхности стебля не должна превышать 0,2ч1,0мм на 1 м, меньшая допускаемая непрямолинейность назначается для стеблей большего диаметра в диапазоне 200 – 20 мм соответственно.

11. Оборудование

Операции глубокого сверления и растачивания выполняются на глубокосверлильных станках, отличительной особенностью которых является наличие у них системы подвода – отвода СОЖ для принудительного отвода стружки. Глубокосверлильные станки различаются по ряду признаков. По расположению шпинделя их разделяют на горизонтальные и вертикальные. По числу шпинделей различают одно-, двух – и многошпиндельные. Наибольшее распространение получили одношпиндельные станки. Различают станки и в зависимости от того, вращается заготовка во время обработки (рис.17а и б) или остается неподвижной (рис.17в).

Рис. 17. Основные типы горизонтальных одношпиндельных глубокосверлильных станков.

Широко применяются станки для обработки вращающихся заготовок. Они различаются конструкцией бабки изделия. Известны две разновидности бабок – токарного типа и вертлюжная.

Станки токарного типа (рис.17а) имеют бабку 10 токарного типа, на шпинделе которой установлен патрон для закрепления и вращения заготовки. Правый конец заготовки базируется в маслоприемнике, а средняя часть опирается на промежуточные люнеты 1, число которых выбирается в зависимости от длины заготовки. Инструмент 3 закрепляется в подающем устройстве 5 и направляется в начале сверления кондукторной втулкой маслоприемника, установленного в направляющей стойке 7. В средней части инструмент поддерживается промежуточной стойкой 4. В качестве подающего устройства может применяться подающая каретка либо инструментальная бабка.

Инструментальная бабка может сообщать инструменту движение подачи и при необходимости и вращение, а подающая каретка – только движение подачи. Отводимая стружка поступает в стружкоприемник 6 и далее в стружкосборник. Все узлы станка размещены на станине 9.

Станки вертлюжного типа (рис.17б) допускают установку заготовки 2 внутри шпинделя вертлюжной бабки 10. Левый конец заготовки опирается на люнет 1. Остальные функциональные узлы аналогичны узлам станка, изображенным на рис.17а.

Станки для обработки невращающихся заготовок (рис.17в) содержат те же узлы для сообщения инструменту движения и направления: подающее устройство 5, промежуточные 4 и направляющая 7 стойки, маслоприемник 8 и стружкоприемник 6. Заготовка 2 устанавливается на опорах-люнетах 1 и при необходимости закрепляется.

12. Подготовка заготовки

Заготовка должна быть правленая, допустимая непрямолинейность не более 3 мм.

В качестве баз под опоры используются специально обтачиваемые на наружной поверхности заготовки базовые шейки, расположение которых по длине заготовки соответствует принятому расположению опор на станке.

Кроме базовых шеек, обтачиваются контрольные пояски, используемые при выверке заготовки. Шейки и пояски обтачиваются на операциях, предшествующих глубокому сверлению и растачиванию. Так как в единичном и мелкосерийном производстве используют четырехкулачковые патроны с независимыми кулачками, шейки под патроны не обтачивают. К точности обработки шеек и поясков предъявляются высокие требования по допуску на диаметр, овальности. Необходимо также обеспечивать соосность близлежащих шеек и поясков, не допуская отклонения от соосности более 0,05 мм. Одновременно с обтачиванием шеек и поясков производится подрезка торцов заготовки. Это необходимо для надежного уплотнения по торцу, соприкасающемуся с маслоприемником, и для предотвращения поломок инструмента при его выходе из отверстия. В центре на торцах заготовки не должно быть бобышек.

13. Требования к сверлам сборно-напайным

К сборно-напайным сверлам предъявляются следующие требования:

· входит ли головка в кондукторную втулку;

· отсутствие зазоров по опорным поверхностям резцов;

· правильность выполнения заходных и боковых фасок на шпонках;

· наличие кожаной прокладки под компенсирующей шпонкой;

· занижение крепежных винтов на шпонках;

· наличие дополнительного заднего угла на центральном резце;

· правильность выполнения калибрующей ленточки на периферийном резце;

· отсутствие трещин на пластинках;

· соответствие геометрических параметров стружколомающих порожков на резцах обрабатываемому материалу заготовки;

· допускается износ по задним поверхностям резцов до 0,3 мм.

14. Требования к сборным сверлам.

К сборным сверлам предъявляются следующие требования:

· соответствуют ли режущие и опорные пластины обрабатываемому материалу;

· входит ли головка в кондукторную втулку;

· отсутствие зазоров во всех плоскостях в посадочных местах головки под пластинки;

· отсутствие трещин на пластинках;

· допускается износ по задним поверхностям пластинок до 0,3 мм;

· следить за целостностью опорных пластин (не допускать свисание режущих пластин).

15. Требования к расточным головкам

К расточным головкам предъявляются следующие требования:

· соответствуют ли режущие и опорные пластины обрабатываемому материалу;

· входит ли головка в кондукторную втулку;

· отсутствие зазоров во всех плоскостях в посадочных местах головки под пластинки;

· отсутствие трещин на пластинках;

· допускается износ по задним поверхностям пластинок до 0,3 мм;

· следить за целостностью опорных пластин (не допускать свисание режущих пластин).

16. Требования к маслоприемнику и кондукторным втулкам

Необходимо проверять эффективность работы гидравлических прижимов маслоприемника, а также зазор меду станиной и направляющими планками прижимов, который в свободном состоянии должен быть не более 0,05 мм.

Рис. 18

Кондукторная втулка необходима для направления режущей головки в начальной стадии процесса сверления. Для повышения стойкости инструмента и получения отверстий высокого качества кондукторные втулки шлифуются на тот же диаметр, что и режущие головки, но с допуском в плюс. Необходимо, чтобы направляющие опоры головки для сверления находились в контакте с кондукторной втулкой. В противном случае вращающийся инструмент может разбить отверстие кондукторной втулки, что в свою очередь приведет к разбиванию отверстия в заготовке.

17. Особенности стружкообразования. Виды стружки

Стружкоформирование определяется обрабатываемым материалом, геометрией инструмента, скоростью резания, подачей и смазочно-охлаждающей жидкостью. Из-за различия скорости резания стружка, срезаемая разными кромками лезвия, отличается по форме и размерам. Предпочтительнее стружка, длина которой в 3-4 раза больше ширины, при условии что она беспрепятственно проходит по стружкоотводящим каналам.

При глубоком сверлении и растачивании приходится иметь дело с двумя видами стружки: сливной и дробленой. Дробленую стружку получают преднамеренно делением сливной стружки по длине и ширине. Однако не всегда удается сливную стружку превратить в дробленую, это трудно сделать при сверлении отверстий малого диаметра.

Для деления стружки по ширине используют несколько способов. В однолезвийных инструментах применяют ступенчатую заточку лезвия, при которой лезвие имеет ряд главных режущих кромок, каждая из которых работает на своем участке радиуса. В многолезвийных инструментах применяют ступенчатые лезвия разной ширины, а также используют установку лезвий на разном расстоянии от оси отверстия (инструмента).

Для деления стружки по длине применяют механическое и кинематическое дробление. Механическое дробление основано на деформации изгиба стружки посредством стружколомающего порожка (уступа), выполненного заточкой на передней поверхности лезвия вдоль режущей кромки. Срезаемая стружка с помощью порожка изгибается и отламывается – дробится по длине.

Сверление с кинематическим дроблением стружки называют вибрационным сверлением; применяют его при сверлении вязких материалов с устойчивым образованием сливной стружки, надежное дробление которой обеспечивается путем прерывистого резания.

Среди дробленой стружки можно выделить следующие разновидности: секторную цилиндрическую, секторную коническую, крючкообразную и цилиндрическую.

Рис. 19. Форма стружки, образующейся при сверлении трехрезцовым сверлом: а – периферийный резец, б – средний резец, в – центральный резец.

Скорость вращения, об/мин	Скорость резания, м/мин	Подача, мм/об	Периферийная пластина	Промежуточная пластина	Центральная пластина
990	120	0,18

18. Характерные проблемы, при сверлении глубоких отверстий

Проблема	Причина возникновения	Рекомендации
Плохая чистота обработки отверстия	1. Скорость резания слишком мала, идет образование нароста на направляющих, при этом повреждается обработанная поверхность. 2. Неправильно выбрана охлаждающая жидкость, температура ее слишком велика и превышает 55°С. Сера и смазывающие вещества теряют свои свойства. 3. Плохая фильтрация жидкости, мелкие частицы оседают на направляющих опорах. 4. Изношенные направляющие опоры. 5. Вибрации, низкая жесткость станка или приспособления.	Увеличить скорость вращения шпинделя (об/мин). Проверить пробу масла у производителя. Увеличить фильтрацию (40 мкм). Заменить головку и проверить скорость (об/мин). Проверить марку сплава. Повысить жесткость станка и/или приспособления.
Пакетирование стружки в головке или в борштанге.	Недостаточный объем СОЖ.	Отремонтировать или заменить насос. Проверить вязкость СОЖ. Проверить фильтр.
СОЖ вытекает между кондукторной втулкой и борштангой	1. Стружка с пакетировалось в головке или борштанге. 2. Выводной трубопровод не наклонен в сторону емкости для стружки.	Вычистить возможные места застревания стружки. Установить выводной трубопровод с нужным наклоном.
Поломка головки или выкрашивание пластин, несмотря на хорошее стружкодробление.	1. Пакетирование стружки в головке или в борштанге. 2. Плохое начало сверления (неровная поверхность торца детали), увеличенный диаметр отверстия кондукторной втулки. 3. Завышенная нагрузка на режущую кромку. 4. Недостаточная жесткость.	Нарост на центральной пластине может привести к образованию слишком длинных стружек, которые препятствуют движению остальной массы стружки. Уменьшить подачу на оборот. Проверить закрепление обрабатываемой детали, убедится, что она не сдвигается при врезании сверла. Заменить кондукторную втулку, если она изношена. Проверить соосность кондукторной втулки шпинделю станка. Уменьшить подачу на оборот. Повысить жесткость.
Смещение центра отверстия.	1. Плохо выверены элементы станка. 2. Несоосно установлена деталь. 3. Отверстие кондукторной втулки большего размера. 4. Большая длина штанги. 5. Обрабатываемый материал.	Провести регулировку относительно положения элементов станка. Проверить установку детали в станок. Поставить новую кондукторную втулку. Поставить дополнительную опору. Изменить режимы резания.
Низкая стойкость инструмента или поломка режущих пластин.	1. Слишком низкие подача и скорость резания. 2. Несоосность положения детали относительно оси центров станка. 3. Слишком высокая скорость резания. 4. Большой износ на периферийной пластине и на направляющей. 5. Неправильно выбрана марка сплава.	Увеличить режимы резания Обеспечить несоосность в пределах 0,02 мм. Уменьшить скорость резания. Заменить СОЖ. Проверить качество ее очистки. Проверить износ кондукторной втулки. Выбрать более подходящую марка сплава.
Увеличенный диаметр отверстия.	1. Новое сверло. 2. Увеличенный диаметр отверстия или несоосность кондукторной втулки. 3. Недостаточная жесткость станка или наладки.	Притупить уголки сверла надфилем. Поменять кондукторную втулку и проверить ее положение. Повысить жесткость.
Ось отверстия винтообразна.	1. Дефектные направляющие опоры головки. 2. Несоосность (станка и детали). 3. Недостаток смазки в СОЖ. 4. Недостаточен расход СОЖ.	Заменить режущую головку. Обеспечить несоосность в пределах 0,02 мм. Увеличить добавки в СОЖ. Проверить проходимость системы СОЖ, отрегулировать давление.
Разбивка отверстия на входе.	1. Увеличенный размер отверстия в кондукторной втулке. 2. Недостаточная жесткость корпуса кондукторной втулки.	Заменить кондукторную втулку. Закрепить корпус кондукторной втулки.

Инструкция сверловщика глубоких отверстий

(двухстороннее сверление)

1. Требования к заготовке

1.1 Заготовка должна быть правленая, допустимая непрямолинейность не более 3 мм для поковок; для белового проката – не более 2 мм.

1.2 У детали должны быть подрезаны торцы.

1.3 На торцах заготовки не должно быть в центре бобышек.

1.4 На проточенных шейках, некруглость и огранка должна быть не более 0,04 мм.

1.5 При отсутствии проточенных шеек деталь крепить в вертлюжный люнет.

2. Требования к выверке детали в станке

2.1 Установить деталь в ось станка при помощи вертлюжного люнета, выверить индикатором с точностью 0,1 мм по проточенным шейкам.

2.2 В роликовые люнеты ставить только проточенные шейки. Шейки не должны иметь огранку и некруглость более 0,04 мм.

2.3 Торец детали от кулачков шпинделя установить на размер 200…250 мм.

2.4 Выверку у патрона выполнить по наружной поверхности трубы с точностью 0,2 мм.

2.5 При сверлении белового проката до 125 мм допускается для исправления непрямолинейности детали устанавливать между патроном и вертлюжным люнетом роликовый самоцентрирующийся люнет.

2.6 Свободный конец заготовки установить в роликовый люнет, обеспечив прямолинейность оси заготовки.

3. Требования при засверливании детали

3.1 Установить сверло, убедившись в его качественном изготовлении, проверить:

3.1.1 Для сверл с напайными резцами:

отсутствие зазоров по опорным поверхностям резцов;

правильность выполнения заходных и боковых фасок на шпонках;

наличие кожаной прокладки под компенсирующей шпонкой;

занижение крепежных винтов на шпонках;

наличие дополнительного заднего угла на резце;

правильность выполнения калибрующей ленточки на периферийном резце;

отсутствие трещин на пластинках;

соответствие геометрических параметров стружколомающих порожков на резцах обрабатываемому материалу заготовки;

размер сверла микрометром.

3.1.2 Для сборных сверл (фирм Sandvik Coromant, Botek, Taegu Tec):

размер сверла микрометром;

правильность установки регулирующих подкладок;

надежность закрепления шпонок и режущих пластин винтами.

3.2 Проверить диаметр кондукторной втулки на соответствие размеру обрабатываемого отверстия сверла. Зазор между сверлом и втулкой должен быть 0,03 мм.

3.3 Сверло навернуть на борштангу через переводник.

3.4 При навертывании и снятии сверла пользоваться специальными ключами, не допускать удары молотком по борштанге, сверлильной головке, переводникам, кондукторной втулке.

3.5 Установку напайных резцов в головку выполнять медным или алюминиевым молотком.

3.6 Извлечение резцов выполнять выколоткой в центровое отверстие хвостовика резца.

3.7 Засверливание выполнять на пониженных режимах, длина засверливания 70…80 мм.

3.8 При засверливании проверить биение заходного отверстия индикатором, при необходимости произвести выверку, обеспечив биение отверстия на глубине 70…80 мм не более 0,05 мм.

3.9 При биении засверленного отверстия более 0,15 мм прекратить работу на станке до устранения причин вызвавших появление биения.

3.10 Проверить эффективность работы гидравлических прижимов маслоприемника, а также зазор между станиной и направляющими планками прижимов, который в свободном состоянии должен быть не более 0,05 мм.

4. Требования при сверлении

4.1 Сверлить на длину 6000 мм (более середины).

4.2 Вести контроль за показаниями приборов, не допуская перегрузок по крутящим моментам на двигателях изделия, стеблевой бабки, усилия подачи и давлениея СОЖ.

4.3 Вести контроль за формой стружки, обеспечивая ее транспортабельность за счет изменения величины подачи.

4.4 Вести контроль за люнетными стеблевыми стойками, при необходимости гасить вибрации, регулируя усилия поджима вкладышей в стеблевых стойках (люнетах).

4.5 Вести контроль за наличием жидкости (ее достаточности), при появлении пены пополнить емкости с СОЖ.

4.6 При резком повышении силовых факторов при сверлении и повышении давления СОЖ, прекратить сверление, вывести инструмент из обрабатываемого отверстия, устранить причину.

4.7 При выполнении досверливания другим сверлом или сверлом с другим (калибрующим) периферийным резцом убедиться, что этот инструмент имеет диаметр меньший, чем предшествующее ему сверло.

4.8 Просверлив отверстие на длину 6000 мм (более середины) остановить процесс и проверить разностенность на этой длине. Фактические значения разностенности (увода) записать в журнал учета.

4.9 Переустановить деталь другим концом в шпиндель.

4.10 Выверить в вертлюжном люнете по наружному диаметру в зоне максимального увода отверстия (разностенности), используя записи фактической разностенности, обеспечив соосность внутреннего канала детали геометрической оси станка (вертлюжного люнета).

4.11 Выполнить сверление с выходом в ранее обработанное отверстие с перекрытием места стыка по длине на 80…100 мм.

4.12 При замене пластин тщательно очистить гнезда пластин и удалить из них мельчайшие посторонние частицы. Тщательно закрепить пластины и проверить

надежность их прилегания к опорным поверхностям гнезда.

4.13 Чтобы избежать блокировку крепежных винтов, резьбу винтов смазывать антифрикционной смазкой.

Рекомендуемое давление и расход СОЖ

Обрабатываемый диаметр (мм)	20	30	40	50	60	70	80
Расход СОЖ (литров в минуту)	75	150	200	250	300	350	400
Давление СОЖ (Ваr)	40	30	25	20	16	13	10