что такое глубокое сверление
Несколько слов о глубоком сверлении
Этой небольшой заметкой мы хотели бы начать разговор о глубоком сверлении. Операция глубокого сверления является одной из наиболее сложных с точки зрения людей, не сталкивающихся с ней повседневно, и у некоторых вызывает даже некоторый страх. Мы попробуем показать, что при правильном подборе инструмента, оборудования и условий обработки глубокое сверление не так сложно, как кажется.
По общепринятой терминологии «глубокими» считаются отверстия глубиной больше 10xD, где D— диаметр отверстия. Упоминание о глубоком сверлении традиционно ассоциируется с необходимостью использования специализированного инструмента сверл для глубокого сверления (однолезвийных пушечных или эжекторных). Тем не менее, это не совсем так. Попробуем коротко, не вдаваясь в особенности конструкции, показать, какие еще инструменты могут быть использованы для обработки глубоких отверстий. В производственной программе фирм, производящих современный быстрорежущий инструмент (Fette, Guehring, Titex Plus) присутствуют сверла сверхдлинной серии с крутым углом подъема спирали стружечной канавки. Как правило, эти сверла выпускаются в диапазоне диаметров до 12 мм с цилиндрическим хвостовиком с возможной глубиной сверления до 25-30 диаметров. Сверла большего диаметра выпускаются с коническим хвостовиком, для глубин до 10-12 диаметров. Для удаления стружки подобные сверла используются в циклах глубокого сверления с выводом сверла из отверстия.
Кроме быстрорежущих сверл в последнее время появились цельные твердосплавные сверла, позволяющие вести обработку на глубину до 12 диаметров. Обычно это сверла с прямыми стружечными канавками и каналами внутреннего подвода СОЖ. Диапазон диаметров (как и для всех цельных твердосплавных сверл) ограничен рамками 3-20 мм. Такие сверла можно увидеть в программе фирм Fette, Biax, НАМ. Еще одним альтернативным вариантом являются сверла с пластинами. Здесь можно выделить конструкцию сверл KSEM фирмы Kennametal Hertel, позволяющую в диапазоне 16-32 мм сверлить на 10 диаметров, как сверлом из цельного твердого сплава. Ну, а для больших диаметров (до 300 мм) применяются системы со сменными многогранными пластинами и пилотными сверлами (например, HTS от Kennametal Hertel). Глубина сверления такими сверлами ограничена только технологическими условиями обработки. Есть еще и другие варианты обработки глубоких отверстий, но, тем не менее, основным технологическим приемом остается сверление с помощью сверл глубокого сверления.
Преимущества этого вида обработки проявляются в высокой точности, оптимальной прямолинейности и хорошем качестве поверхности. Лидерами по производству таких сверл на европейском рынке являются фирмы Botek, Guehering, Tiefbohrtechnik, Sandvik. Основные технические и конструктивные особенности продукции каждой из фирм подробно изложены в их каталогах. В этой статье будут изложены наиболее общие аспекты применения таких сверл.
Большинство применяемых сегодня сверл глубокого сверления конструктивно относится к двум группам:
Вот две основные предпосылки использования любых сверл для глубокого сверления:
Указанные особенности операции глубокого сверления привели к созданию специального типа оборудования станков для глубокого сверления. Такие станки обеспечивают подвод СОЖ под большим давлением и с большим расходом через инструмент, а также оснащены системой направляющих втулок и люнетов для направления сверла. Схема сверления на таком станке приведена на рисунке.
Появление на рынке обрабатывающих центров с эффективными системами подвода СОЖ через шпиндель и инструмент позволили реализовать сверление глубоких отверстий непосредственно в цикле полной обработки детали. Роль кондукторных втулок выполняет пилотное отверстие. Схема такой обработки показана на рисунке, а технология выглядит так:
Несколько графиков, приведенных в этой статье, призваны показать каких параметров мы можем добиться от сверл глубокого сверления. Разумеется, при соответствующем состоянии оборудования и, главное, при соблюдении всех технологических параметров обработки. Показанные графики описывают сверла одностороннего резания.
При обработке такими сверлами потребитель вправе рассчитывать на получение допуска IT7-IT9. Достаточно высокая точность достигается за счет того, что силы резания перераспределяются на боковые поверхности твердосплавной головки (в отличие от спиральных сверл, где нагрузка передается на ленточки). Боковые поверхности под воздействием этой силы полируют внутреннюю стенку отверстия, что позволяет получить очень хорошие результаты шероховатости. На конечную шероховатость оказывает влияние и качество СОЖ, выполняющей функции полироли.
Хорошие результаты показывают такие сверла и по таким параметрам, как прямолинейность отверстий и отклонение от оси. На прямолинейность могут оказать негативное влияние включения или изменения структуры материала (отбел, раковина и т. д.). С точки зрения отклонения от оси опять положительную роль играет перераспределение сил резания (разноперость спиральных сверл вызывает дисбаланс сил и, как следствие, увод сверла от оси отверстия).
При выборе конкретного типа сверла обязательно необходимо проверить достаточность для данного типа и диаметра давления и расхода СОЖ, обеспечиваемого станком. Примеры таких графиков (для сверл одностороннего резания) приведены ниже. Конечно же, каждая фирма-производитель дает уточненные данные, исходя из конструктивных особенностей своей продукции. При заказе сверл также обязательно надо правильно указать тип хвостовика для крепления инструмента. Ведущие фирмы выпускают продукцию как со специальными хвостовиками для сверл глубокого сверления, так и с хвостовиками по DIN1835, DIN6535 и по другим стандартам.
Длительной эксплуатации и хорошим результатам работы, естественно, способствует правильная переточка сверл глубокого сверления. Некоторые фирмы предлагают свои приспособления или небольшие станочки уже адаптированные именно для переточки таких сверл.
Александр Локтев
Журнал «Стружка», № 01, май 2002 г.
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Глубокое сверление
Но когда длина отверстия превышает диаметр в 10 раз, т.е. L/D>10, его необходимо обрабатывать методом глубокого сверления на специальном оборудовании и специальными сверлами.
Это достаточно специфическая операция, но имеющая широкое применение в различных отраслях, особенно в таких, как нефтегазовой, аэрокосмической, металлургической промышленности.
Основными сложностями глубокого сверления являются увод сверла, непрямолинейность оси, получаемого отверстия, разностенность, некруглость отверстия, сложность вывода стружки, и доставки СОЖ в зону резания и т.д.
В глубоком сверлении необходимо обеспечить дробление стружки, чтобы она не пакетировалась и не портила обрабатываемую поверхность.
Инструменты для глубокого сверления
Для глубокого сверления применяются специальные сверла, выделяют 3 типа таких сверл или систем сверления. У данных систем существенно отличается организация подвода СОЖ.
1. Эжекторная система (двуштанговая)
В такой системе требуется меньшее давление СОЖ, чем в STS системе. Эжекторная система может применяться на универсальных станках и в основном применяется для средних партий.
Это первый выбор для высокопроизводительной обработки и крупносерийного производства
Ружейные сверла могут применяться на обрабатывающих центрах, необходимым условием является наличие достаточного давления внутренней подачи СОЖ.
Кольцевые сверла, трепанирование
Производительность глубокого сверления
Глубокое сверление, особенно скоростное, в большинстве случаев превосходит по производительности и качеству все другие технологические способы обработки отверстий.
Если взять даже простые спиральные сверла, которые успешно применяются только для неглубоких отверстий (L/D
Сверла для глубокого сверления. Пушечное сверло.
В машиностроении повсеместно применяются детали со значительной длиной и глубокими внутренними отверстиями. Такими деталями являются валы различного функционального назначения, оси, шпиндели. Для получения таких отверстий применяют глубокое сверление отверстий в металле.
Отметим, что в технологии металлообработки глубоким называют сверление, при котором длина отверстия составляет пять и более его диаметров.
Глубокое сверление может выполняться для получения как сквозных, так и глухих отверстий.
Технология глубокого сверления является довольно сложным процессом, поскольку приходится преодолевать одновременно несколько трудностей:
Для выполнения работ по получению глубоких отверстий применяется специализированный инструмент для сверления отверстий. Одним из типов такого инструмента является пушечное сверло.
Что такое, и для чего предназначено пушечное сверло
Пушечное сверло — это режущий инструмент преимущественно цилиндрической формы с переменным по длине сечением. Оно является инструментом однорезцового вида.
Для отведения отработанной стружки от обрабатываемой детали на поверхности такого сверла имеется выемка с сечением в форме буквы V. Данная проточка выполнена по внешней поверхности сверла.
В общем случае, при помощи пушечного сверла возможно получить отверстия с диаметром в диапазоне от 0,5 миллиметров до 10 сантиметров. Специальное отверстие для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости обычно отсутствует. Сверление производят на малой частоте вращения металлообрабатывающего агрегата.
В рабочей части пушечное сверло имеет форму полукруга. Плоская поверхность полукруглого стержня является передней поверхностью сверла. Под прямым углом к оси сверла на торце стержня образуется режущая кромка. Задний торец инструмента имеет плоскую наклонную под углом 10-20 градусов форму.
Для обеспечения более точного направления опорная поверхность пушечного сверла имеет цилиндрическую форму. На опорной поверхности выполняются лыски под 35-40 градусов, а также обратный конус 0,04-0,05 миллиметров на 10 сантиметров длины. Эти мероприятия способствуют уменьшению трения инструмента о внутренние стенки обрабатываемой детали.
Для удаления стружки, образовавшейся в процессе резания, приходится регулярно выводить сверло из детали. Геометрия сверла способствует тяжелым условиям работы инструмента, что уменьшает его долговечность и снижает точность процесса резания.
Отметим, что в современной металлообработке есть более точные и производительные способы получения глубоких отверстий. Обработка детали пушечным сверлом считается устаревшим и малоэффективным методом глубокого сверления.
Виды сверл для глубоко сверления
В сегодняшней технологии металлообработки применяют несколько типов сверл для глубокого сверления деталей.
Рассмотрим основные их типы:
Важные особенности сверления глубоких отверстий
Глубокое сверление отверстий в металле является специфическим процессом металлообработки и требует соответствующего подхода. Эту операцию следует выполнять на специально предназначенных для этого станках для глубокого сверления.Важной особенностью процесса является точная центровка инструмента и исключение отклонения сверла по оси. Необходимо исключить биение инструмента. Чтобы получить отверстие с точными размерами и качественной поверхностью важно обеспечить место обработки достаточным количеством СОЖ.
Канавки для отвода стружки должны быть гладкими, чтобы обеспечить своевременный отвод стружки из зоны обработки.
Сверление глухих отверстий отличается в сторону усложнения тем, что в процессе работы нужно постоянно контролировать глубину отверстия. Для глубоких отверстий это вызывает некоторую сложность.
Выбор инструмента для глубокого отверстия
В первую очередь инструмент для глубокого резания должен соответствовать агрегату, на котором вы собираетесь производить операции резания. Хвостовик должен соответствовать патрону станка или автомата. Причем сверла для глубокого сверления должны обязательно устанавливаться на специально предназначенные для этих операций агрегаты.
Если при обработке нужно жестко исключить отклонение оси при сохранении высокой точности, лучше использовать цельное твердосплавное ружейное сверло.
В остальном следует выбирать инструмент в зависимости от длины и диаметра необходимого отверстия.
Расчёт длины однолезвийного сверла
Основные этапы сверления глубоких отверстий
Сверление глубоких отверстий в металле обычно выполняют в такой последовательности:
Данная технология является стандартной и может отличаться в зависимости от применяемого инструмента и металлообрабатывающих аппаратов.
Сверление глубоких отверстий
Глубокие отверстия — это углубления в детали более 10 см. Их высверливают в:
Уровень сложности сверления отверстий пропорционален увеличению их глубины. Ее определяют по соотношению L/Dо, где L — длина, Do — диаметр отверстия. При помощи стандартных инструментов и обычных способов становится возможным сверление неглубоких отверстий — до L/Dо = 5. В случае превышения этого показателя речь идет о создании глубокого отверстия. Для реализации этой задачи используется специализированное оборудование и способы сверления глубоких отверстий:
Независимо от выбранного способа сверления важно организовать подачу смазочных жидкостей для охлаждения детали и сверла. Также это позволяет уменьшить силу трения, обеспечить естественный отвод излишков тепла, в результате чего отмечается эффективное устранение стружки. Чтобы глубокое сверление происходило максимально качественно, следует правильно определиться со скоростью резанья и вращения сверлильной части.
Разновидности сверления глубоких отверстий
Сверление отверстий классифицируется по нескольким параметрам. С учетом схемы высверливаемой стружки этот процесс подразделяют на:
Можно создавать различные глубокие отверстия несколькими способами резания:
Кроме перечисленных разновидностей, также выделяют сверление глубоких отверстий в зависимости от уровня автоматизации процесса — один или несколько параметров режима могут изменяться автоматически (к примеру, регулировка скорости вращения или подача смазочного материала во время сверления).
Особенности сверления глубоких отверстий
Глубокое сверление окажется эффективным, если следовать основным принципам:
Для подачи масла используют устройства, перекачивающие вязкие вещества. При выборе мощности системы для глубокого сверления учитывают предстоящий расход жидкости и необходимую величину давления для эффективной подачи смазывающего средства.
Разновидности инструментов, используемых для глубокого сверления
Сверление чистых, точных и прямолинейных отверстий происходит с использованием специальных инструментов, которые подразделяются на несколько видов.
Пушечные
Режущая часть, стебель и хвостик таких изделий производятся из нескольких видов металла. Такие сверла оснащены полукруглым стержнем, на торце которого создается перпендикулярно оси режущая кромка. Пушечные инструменты используют, когда нужно создать отверстия в металле, тяжело поддающемся обработке.
Ружейные
Представляют собой однорезцовые режущие инструменты для создания глубоких отверстий малого/большого диаметра. За счет ружейной установки удается лучше направить режущую часть. В отличие от предыдущего типа сверл эта модель оснащена внутренним каналом для подвода СОЖ и прямой канавкой, позволяющей удобно выводить стружку с жидкостью.
Перовые
Материалом изготовления служит пруток, который путем ковки или фрезерования преобразуют в пластину. Ее затачивают, образуя пару главных и пару вспомогательных кромок. Перовые сверла отличаются простой конструкцией. Их можно легко изготовить нужного диаметра, длины. Такие инструменты применяют для шпиндельного глубокого сверления. Их главным недостатком считают сложное выведение стружки, а также склонность к вибрациям во время сверления, что связано с недостаточной жесткостью режущей части.
Спиральные с подводом СОЖ
Стандартные инструменты с удлиненной рабочей частью, оснащенной круглыми отверстиями. Изготовленные на базе проката с винтовыми отверстиями или заготовок, подготовленных путем радикальной ковки. Они подходят для сверления больших партий изделий, характеризуются высоким расходом твердого сплава и максимальной производительностью (в 8 раз больше в сравнении с ружейными).
Заказать сверление глубоких отверстий предлагает завод «ЧЗМК». Мы выполним любой объем работы в сжатые сроки. У нас всегда в наличии популярные марки металла для обработки.
Глубокое сверление
Глубокое сверление применяется, главным образом, при обработке шпинделей металлообрабатывающих станков для. сверления центрального сквозного отверстия, концентричного по отношению наружной поверхности и предназначенного для, облегчения веса конструкции, контроля внутренней части шпинделя от возможных раковин и других дефектов и для выполнения работ из прутка на револьверных «ганках и автоматах, в которых отверстие служит для пропуска шлифованной штанги, приводящей в движение цангу с прутком.
В револьверных станках и автоматах это отверстие выполняется более тщательно, чем в токарных станках.
Глубокое сверление производится или на токарных станках (короткие отверстия), или на станках типа 2953 и 268, специально предназначенных для глубокого сверления (фиг. 105).
Фиг. 105. Станок для глубокого сверления.
Станок типа 2953 двухшпиндельный, предназначен для сверления отверстий диаметром от 20 до 40 мм, длиной до 1000 мм; число оборотов шпинделя от 335 до 9350 в 1 мин.; мощность мотора — 15,6 Квт.
Станок типа 268 может производить сверление на глубину 2600 мм 1: до 3700 мм.
Числа оборотов шпинделя от 15 до 172,
Мощность трёх моторов 11,6 Квт.
Преимущества специальных станков:
1) осуществление механической подачи сверла, закрепляемого в задней бабке;
2) подвод охлаждающей жидкости к режущей кромке с давлением 5—6 aтм и более, что обеспечивает удаление стружки из глубокого отверстия.
Применяемый для глубокого сверления инструмент — сверло ( фиг. 106) — состоит из штанги 2 длиной L — 1,5—2 м (в зависимости от длины шпинделя), имеющей две канавки для отвода стружки и две канавки для трубок, подводящих охлаждение.
Фиг. 106. Сверло для глубокого сверления.
На конце штанги закрепляется клином с винтами специальная режущая пластина из быстрорежущей стали, имеющая на режущей грани канавки для разламывания и размельчения стружки; эти канавки облегчают удаление стружки охлаждающей жидкостью.
Такие свёрла применяются для диаметров от 28 до 145 мм.
Для меньшего увода оси отверстия рекомендуется сверлить шпиндели с двух сторон. Обычно применяются следующие режимы: скорость резания 18 — 22 м/мин, подача 0,12 — 0,20 мм/об шпинделя.
Для изготовления небольших отверстий можно применять токарные и револьверные станки со спиральными свёрлами, по с подводом охлаждения (фиг. 107);
Фиг. 107. Спиральное сверло с охлаждением.
однако работать спиральным сверлом при глубоких отверстиях трудно, так как его приходится часто извлекать для удаления застрявшей стружки и, кроме того, оно недостаточно прочно и не обеспечивает соблюдения направления отверстия.
Вместо спиральных свёрл лучше применять пушечные свёрла (фиг. 108), которые не имеют центральной перемычки, что облегчает резание. Вершина сверла смещена на 1/4 диаметра, благодаря чему образуется конус, направляющий сверло.
Сверлению пушечным сверлом предшествует предварительное засверливание на некоторую глубину спиральным или перовым сверлом, что должно быть выполнено как можно тщательнее во избежание увода сверла в сторону.
Режимы резания при работе пушечными свёрлами:
скорость 30 — 40 м/мин, подачи 0,01—0,02 мм/об; при таком режиме получается мелкая стружка, которая легко удаляется охлаждающей жидкостью.
Существенный недостаток пушечных свёрл — это малая производительность.
Фиг. 108. Пушечное сверло.