Обработка глубоких сквозных отверстий (с соотношением длины к диаметру более 5:1) — одна из наиболее сложных задач в машиностроении. Такие отверстия часто требуются при производстве деталей сложной техники: авиадвигателей, силовой гидравлики, нефтегазового оборудования, оружия. Современные технологии обработки позволяют получать отверстия высокой точности (до IT7–IT6) и с низким уровнем шероховатости поверхности (Ra 0,4–0,8 мкм), даже при глубинах свыше 100 диаметров. Как достигать таких результатов? Какие факторы нужно учитывать при выборе технологии, оборудования, инструмента? Обо всем этом и не только, читайте в нашем материале.
Ключевые особенности и проблемы обработки
В силу физики процесса обработка глубокого отверстия сопровождается различными специфическими сложностями:
˗ интенсивный нагрев зоны резания и сложность с отводом тепла;
˗ затруднённый отвод стружки и СОЖ;
˗ отклонение оси обрабатываемого отверстия и его формы в следствие значительных упругих деформаций инструмента и его вибрации;
˗ повышенный износ режущих кромок инструмента;
Решая именно эти проблемы различными способами, применяя всевозможные приспособления и подходы, можно обеспечить качественную обработку конкретной ответственной детали. При выборе того или иного способа стоит учитывать следующие моменты:
˗ конструкторские требования к точности и шероховатости;
˗ материал обрабатываемой заготовки;
˗ серийность производства детали;
˗ имеющийся парк станков и/или возможность его расширения
Основные концепции обработки и получения отверстия
Условно разделить обработку одного глубокого отверстия на два и воспользоваться методом двухсторонней обработки. Главный недостаток такого решения ̶ дефекты формы, отклонения соосности двух встречных отверстий с образованием уступа в месте сопряжения. Для устранения такого дефекта потребуются дополнительные операции, увеличится технологическое время. Кроме того, потребуется переустанов заготовки, смена базирования, дополнительная оснастка и т.п. Дополнительные временные потери, затраты, сниженная производительность не позволяет данный метод эффективно использовать в серийном и массовом производстве. Хотя при единичном и мелкосерийном типе производства, указанный способ вполне допустим и актуален.
Производить обработку отверстия на всю глубину с одного установа наиболее перспективно. Для этого потребуется специальное оборудование и специальный инструмент. Попробуем рассмотреть подробнее наиболее применяемые варианты технологий.
1. Сверление цилиндрическими сверлами с подачей смазывающей охлаждающей жидкости под высоким давлением (20–100 бар) через шпиндель и внутренние каналы в инструменте непосредственно в зону обработки. При таком способе неплохо удаляется стружка, снижается температура резания, увеличивается стойкость инструмента на 30–50 %.
2. Сверление ружейными и пушечными свёрлами является классикой глубокого сверления. Инструменты отличаются своей конструкцией от цилиндрических: имеют одно или два лезвия, тело условно можно разделить на наконечник со сложной геометрией и режущими пластинами из различных материалов, пушечный стебель и хвостовик. В них также присутствуют каналы для СОЖ. Пушечные сверла чаще применяют для получения подготовительного отверстия, ружейные для окончательной обработки. Данный способ получения отверстий обеспечивает высокие параметры прямолинейности оси, чаще всего применяется для диаметров 0,5-40мм при глубине до 100 диаметров. Метод находит применение в различных отраслях и типах производства
3. Эжекторное сверление используется для горизонтальных патронов, характеризуется особой конструкцией инструмента. Основное отличие в том, что принудительный отвод стружки происходит через центральное отверстие, выполненное в режущем инструменте и борштанге. Отвод стружки происходит благодаря эффекту Вентури: когда поток газа или жидкости попадает в суженный участок, там создается область пониженного давления и обеспечивается тяга, отводящая стружку из зоны резания. Учитывая, что конструкция эжекторного сверла достаточно сложна (требуется обеспечить внутренний канал для стружки без потери жесткости инструмента), существуют ограничения для применения данного метода: соотношение длины обрабатываемого отверстия к его диаметру не более 100:1; точность IT8–IT9. При этом скорость подачи при такой обработке выше на 20–40 % по сравнению с обычным сверлением, что обеспечивает дополнительную эффективность и делает этот способ интересным для применения в крупносерийном производстве.
4. Глубокое растачивание с гашением вибрации выполняется на предварительно подготовленном черновом отверстии. Обычно глубокое растачивание (в том числе методом обратной подачи) применяется, когда есть задача по увеличению точности базового, ранее полученного отверстия. Данная операция применима для обработки отверстий большого диапазона диаметров, вплоть до Ø500 мм. В качестве инструмента применяются расточные головки в комплекте с расточными резцами, демпфирующими элементами и борштангами. Количество режущих кромок на инструменте выбирается в зависимости от размера припуска на обработку, материала заготовки и т.п. Удаление СОЖ и стружки осуществляется через переднюю часть расточной головки. Главное преимущество данного метода ̶ снижение вибрации при растачивании на 60-80%, что позволяет вести обработку на повышенных режимах и достигать минимальной шероховатости при работе (Ra 0,4 мкм). Метод вполне применим для любого типа производства.
5. Хонингование глубоких отверстий ̶ финишная обработка отверстий с помощью специального абразивного инструмента. При этом хоны (абразивные бруски), закрепленные в специальной хонинговальной головке, совершают одновременно вращательные и возвратно-поступательные движения внутри обрабатываемого отверстия. В отличие от расточки, хонингование происходит на низких скоростях с высокой площадью контакта абразива и детали. Этот процесс позволяет исправить геометрические погрешности, довести форму отверстия до требуемой, получить поверхности с квалитетом точности IT8–IT9 и шероховатостью Ra от 0,1 до 1,6 мкм.
Это наиболее применяемые способы получения и обработки глубоких отверстий, связанные с технологиями резания, но есть и альтернативные способы, доказавшие свою эффективность на практике. В первую очередь ̶ электрохимическая обработка бесконтактным методом формообразования с помощью анодного растворения. Характеризуется отсутствием износа инструмента, высочайшей точностью до ±0,02 мм, возможностью обработки твердых сплавов. Еще один вариант ̶ лазерная работка. За счет использования импульсного воздействия луча возможно обеспечить малые диаметры отверстий 0,1-2мм, глубиной до 100 диаметров, с минимальными термическими деформациями. Оба метода применяются чаще при особых требованиях к деталям.
О станках
Процесс обработки глубоких отверстий сегодня чаще всего производится на специализированном оборудовании с ЧПУ. Станки отличаются высокой жесткостью, серьезными приводами, значительной длиной и непростой кинематикой. Существует несколько кинематических моделей для такой обработки.
˗ Деталь вращается, а инструменту сообщается линейная осевая подача
˗ Деталь неподвижно закреплена в оснастке, а инструмент соосно движется поступательно и вращается
˗ Вращение придается, и заготовке, и инструменту одновременно
Системы ЧПУ позволяют моделировать процесс резания. Симуляция поможет спрогнозировать и скорректировать траектории движения, адаптировать параметры и режимы резания под конкретные условия. А еще осуществлять мониторинг состояния инструмента и предупреждать его выход из строя, контролировать размеры и форму деталей прямо в процессе резания, сокращая брак и вероятность его появления.
В арсенале наших технологов есть различные решения на базе следующих видов оборудования:
˗ Станки для глубокого BTA сверления и растачивания отверстий
˗ Станки для ружейного сверления
˗ Станки для хонингования глубоких отверстий
˗ Станки для обработки гильз цилиндров по технологии SRB
˗ Многоосевые станки для глубокого сверления
Часто для обеспечения правильного базирования, позиционирования заготовки, зажима детали и режущего инструмента требуется специальная оснастка, которая является важным элементом технологической системы. Вероятно, потребуется экспертный подбор оптимального технического решения из разряда унифицированных элементов. А возможно, и индивидуальная разработка оснастки под конкретную задачу, конкретную деталь, на конкретный станок.
В качестве заключения
При выборе станка нужно учитывать огромный перечень требований и условий, начиная от размеров заготовки и готового изделия, до материала, объемов ее выпуска и требований к точности. Станки для обработки глубоких отверстий ̶ это сложное специальное оборудование, требующее дополнительного оснащения инструментальной оснасткой, режущим инструментом. Подобрать все элементы эффективно, учитывая все факторы и особенности, сможет технолог, обладающий глубокими знаниями и опытом работы. Комплексное применение инновационных режущих инструментов, оснастки, СОЖ и систем ЧПУ делает возможным решение самых сложных задач глубокого сверления в современном машиностроении.
Группа компаний «Эксперт» предлагает поставки современного специализированного оборудования с ЧПУ для обработки глубоких отверстий. Наши специалисты и партнеры обеспечат подбор оборудования и инструмента опираясь на ваше техническое задание или чертеж детали. Направьте ваш запрос через форму обратной связи и получите готовое решение вашей индивидуальной производственной задачи в кротчайшее время.
Полная версия статьи на нашем сайте: https://expertstanki.ru/novosti/tpost/kxte3reih1-sovremennie-tehnologii-obrabotki-gluboki