Режущие инструменты для повышения качества и производительности механической обработки точных отверстий

УДК 621.91.01

Д.Е. Лазарев, Т.Г. Насад РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТОЧНЫХ ОТВЕРСТИЙ

Проведен анализ конструкций режущих инструментов с целью повышения качества и производительности механической обработки точных отверстий. Рассмотрены следующие инструменты: головки для чистового растачивания глубоких отверстий, многорезцовая расточная головка, плавающая двухрезцовая расточная головка. Выявлены преимущества предлагаемых режущих инструментов, проведен анализ методов механической обработки точных отверстий.

Режущий инструмент, чистовая обработка, расточные головки, хонингование

D.E. Lazarev, T.G. Nasad CUTTING TOOLS FOR IMPROVING OF QUALITY AND PRODUCTIVITY OF PRECISE HOLES PROCESSING

The design of cutting tools was analyzed. The objective of the development is improving of the quality and productivity of precision holes machining. The following tools were developed: tool for boring deep holes, boring tool with several cutters and boring tool with two cutters. The advantages of the proposed cutting tools were defined, analysis of precision holes processing was carried out.

Cutting tool, finish processing, boring tools, honing

Для чистовой обработки отверстий используют различные по конструкции резцовые головки. Выбор того или иного инструмента зависит от глубины обрабатываемого отверстия, физико-механических свойств обрабатываемого материала, диаметра отверстия, требуемой точности и производительности. Для чистовой обработки отверстий с диаметрами больше 70 мм с последующим раскатыванием роликами наиболее часто применяются головки с плавающими блоками резцов. Они позволяют получить достаточно высокую точность обработанного отверстия в пределах 6...8 квалитетов точности за счет большой жесткости резцов в радиальном направлении. Поэтому погрешность зависит только от настройки резцов на заданный размер, которая осуществляется вне станка с точностью (0,001.0,01) мм. В промышленном производстве преимущественно используются головки резцовые с призматическими плавающими блоками, установленными в прямоугольном пазу, выполненном в корпусе инструмента с возможностью радиального смещения блока под воздействием разности сил резания, действующих на противоположно расположенные резцы.

В представленной на рис. 1,а базовой резцовой головке, помимо достижения точности размеров, необходимо назначить допуски на отклонение от параллельности противоположно расположенных поверхностей и перпендикулярности смежных стенок паза, в котором расположен резцовый блок, что вызывает определенные технологические трудности. Перечисленные недостатки легко устраняются применением цилиндрического плавающего резцового блока (рис. 1,б).

Предлагаемая резцовая головка состоит из корпуса 1, внутри которого установлен цилиндрический плавающий блок 2. Для предотвращения поворота резцового блока 2 в его корпусе расположена призматическая шпонка 3 с отверстием, в которой вставлен штифт 4 [2]. В этом случае в корпусе резцовой головки необходимо обработать одну цилиндрическую поверхность, заданная точность которой может быть обеспечена различными методами, такими как протягивание, развертывание, внутреннее шлифование, тонкое растачивание. Преимуществом использования данного инструмента является снижение времени на переналадку благодаря конструкции с применением цилиндрического плавающего резцового блока.

а)

Б

в)

Рис. 1. Головки для чистового растачивания глубоких отверстий а) применяемая в производстве; б) предлагаемая

Для повышения производительности и снижения огранки при вихревом растачивании необходимо увеличить количество зубьев в инструменте. В современных фрезах, которые можно использовать при вихревом растачивании в качестве режущих элементов, используются резцовые вставки. Они имеют большие габариты, поэтому возможное их количество, устанавливаемое одновременно в инструменте, ограничено. С целью увеличения количества одновременно устанавливаемых в корпусе инструмента резцов предлагается конструктивное решение резцовой головки, изображенное на рис. 2.

Рис. 2. Многорезцовая расточная головка с установкой большого количества режущих элементов

В данной конструкции применяются твердосплавные пластины прямоугольного сечения, которые устанавливаются в специально подготовленные для них в корпусе инструмента пазы. Крепление пластин осуществляется коническими штифтами [2].

Особенности обработки точных отверстий - недостаточная жесткость применяемого инструмента и высокая склонность к упругим деформациям под воздействием усилия обработки. С увеличением глубины отверстия резко возрастают трудности при обеспечении высокой производительности, требуемого и стабильного качества поверхности. Как следствие, из всех цилиндрических поверхностей деталей различного назначения, применяемых в машиностроении, наиболее трудоемкими и сложными в обработке являются глубокие отверстия.

Выбор того или иного метода обработки отверстия зависит от его размеров и точности, свойств материала заготовки, требований к качеству поверхностного слоя и производительности. При черновых операциях преимущественно используют токарную обработку сверлами, зенкерами, развертками, резцовыми головками, а при чистовых операциях — тонкое растачивание, абразивную обработку — внутреннее шлифование и хонингование. Для повышения качества поверхностного слоя широко применяются методы ППД: выглаживание, обкатывание роликами, дорнование. Для обеспечения требований по качеству, точности и достижению заданной шероховатости поверхности необходимо наличие в технологии как черновой, так и чистовой обработки.

На черновых операциях применяются токарно-винторезные, обдирочно-бесцентровошлифовальные станки, при этом используется инструмент и оснастка, учитывающие особенности обработки отверстий. При черновой обработке возникают нежелательные явления, такие как вибрации, появляющиеся в связи с тем, что инструмент в процессе обработки подвергается большим крутящим и изгибающим моментам, увеличивается податливость технологической системы, возникают трудности подвода сма-зывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), затруднено удаление стружки из зоны резания, невозможность непосредственного визуального контроля над процессом обработки и др. [1].

Применение люнетов, поддерживающих борштангу и обрабатываемый инструмент, значительно снижает производительность из-за большого вспомогательного времени, связанного с необходимостью их установки, переустановки и подготовкой установочных поверхностей. Повышение производительности и приведение равнодействующей сил резания, действующих на нежесткую заготовку, к нулю, можно достичь применением многорезцовых головок, которые оснащены несколькими режущими элементами, расположенными равномерно по окружности вокруг обрабатываемой поверхности. Резцы могут быть настроенными на заданный размер, или с возможностью перемещения в радиальном направлении, причем либо жестко друг относительно друга, либо автономно.

На рис. 3 представлена конструкция плавающей двухрезцовой головки, имеющей возможность радиального смещения вследствие радиального биения заготовки [2].

Настройка на размер в такой головке обеспечивается перемещением режущих элементов относительно друг друга в радиальном направлении, в том случае, когда он является сборным или заточкой, когда резец является цельным. Поскольку плавающий блок резцов обладает большой жесткостью, то обеспечиваемая точность размеров может находиться в пределах 7...9 квалитета. Однако подобные резцовые головки относятся к инструментам без определенности базирования.

Рис. 3. Плавающая двухрезцовая расточная головка: 1 - оправка, 2 - направляющая шпонка, 3 - плавающий резец, 4 - штифт, 5 - пружина, 6 - шарик

Это означает, что под действием различных факторов, таких как неточность настройки каждого из резцов, различной степени их износа, неоднородности материала детали и припуска на обработку, на заготовку действует равнодействующая сил резания, отличная от нуля и имеющая неопределенное направление, что приводит к дополнительным погрешностям и вибрациям. В этом отношении обработка отверстий с подвижными шпонками, установленными на борштанге соответствующим образом более предпочтительна, т.к. результирующее усилие резания имеет направление между опорными направляющими шпонками, установленными на корпусе инструмента.

В качестве чистовой обработки для обеспечения низкой шероховатости (Иа = 0,12...0,63 мкм) может применяться различная абразивная обработка или поверхностное пластическое деформирование. Обработка глубоких отверстий шлифованием возможна только уравновешенным инструментом. Суммарная составляющая радиальных сил, действующих на инструмент, в этом случае должна быть равна нулю. К такому виду обработки относится хонингование. Несмотря на то, что хонингование является одним из точных методов обработки, позволяет достичь низкой шероховатости, тем не менее по производительности уступает другим методам, в том числе и тонкому растачиванию, а обработка малоуглеродистых незакаленных сталей при хонинговании приводит к быстрому засаливанию абразивных шлифовальных кругов, что требует частой правки и вызывает повышенный расход абразивного материала.

Заключение. В данной работе проведен анализ конструкций режущих инструментов с целью повышения качества и производительности механической обработки точных отверстий. Рассмотрены следующие инструменты: головки для чистового растачивания глубоких отверстий, многорезцовая расточная головка, плавающая двухрезцовая расточная головка. Выявлены преимущества предлагаемых режущих инструментов, проведен анализ методов механической обработки точных отверстий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Минков М. А. Технология изготовления глубоких точных отверстий / М.А. Минков. М.: Машиностроение, 1975. 76 с.

2. Отений Я.Н. Прогрессивные методы обработки глубоких отверстий / Я.Н. Отений, Н.Я. Смольников, Н.В. Ольштынский. Волгоград: РПК «Политехник», 2003. 178 с.

3. Соломенцев Ю.М. Технологические основы оптимизации процесса обработки деталей на станках / Ю.М. Соломенцев. М., 1974. 48 с.

Лазарев Дмитрий Евгеньевич -

аспирант кафедры «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

Насад Татьяна Геннадьевна -

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

Dmitriy E. Lazarev -

post-graduate student of «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University

Tatyana G. Nasad -

Doctor of Technical Science, Professor,

Head of the Department «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University