Тонкое растачивание основных отверстий

ВВЕДЕНИЕ

 

Обработка точных отверстий деталей машин до настоящего времени остается одним из наиболее сложных и трудоемких технологических процессов. В качестве операций окончательной обработки отверстий в машиностроении часто используется развертывание, хонингование или доводка. Тонкое растачивание выгодно отличается от перечисленных методов высокой производительностью и точностью. В процессе тонкого растачивания можно исправлять погрешности предварительной обработки и обеспечивать получение высокой точности взаимного расположения отверстий и их положения относительно базовых поверхностей.

Применение инструмента из синтетического алмаза и особенно из эльбора значительно расширяет технологические возможности процесса тонкого растачивания. Благодаря высокой теплостойкости инструмента из эльбора можно производить тонкое растачивание отверстий даже в деталях из закаленных сталей.

Применение данного метода обработки отверстий позволяет получать поверхности с высокой точностью, что очень важно для повышения качества и срока эксплуатации изделий.

 

 

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ТОНКОГО

          РАСТАЧИВАНИЯ

 

Тонкое растачивание характеризуется высокой точностью размеров и формы обработанных отверстий, правильным их расположением и высоким качеством расточенных поверхностей.

Процесс тонкого растачивания имеет ряд особенностей, не присущих другим методам обработки отверстий. Скорость резания при тонком растачивании отверстий в различных материалах колеблется от 60 до 600 м/мин, а иногда достигает 1000 м/мин..

При высокой скорости резания продолжительность контакта резца с отдельными участками обрабатываемой поверхности незначительна, в результате чего пластическая деформация металла поверхностного слоя не успевает распространиться вглубь. Поэтому при тонком растачивании глубина наклепа обработанной поверхности минимальна и обычно не превышает 0,08—0,10 мм.

Другой важной особенностью тонкого растачивания является то, что процесс происходит при малых подачах и глубинах резания. Обычно применяются подачи в пределах 0,02—0,08 мм/об и глубины резания в пределах 0,05—0,1 мм (на предварительных проходах глубина резания может достигать 0,3—0,5 мм). Таким образом, сечение среза при тонком растачивании значительно меньше, чем при обычном. Ввиду снятия стружек небольшого сечения получается высокая точность размеров и геометрической формы отверстий, так как в процессе резания возникают весьма малые усилия резания, под действием которых не могут появляться значительные упругие  перемещения элементов системы СПИД.

К особенностям тонкого растачивания следует отнести также повышенную напряженность (по сравнению с наружным тонким точением) процесса стружкообразования, вызываемую вогнутостью обрабатываемой поверхности. Поэтому при тонком растачивании усилия резания выше, а стойкость инструмента ниже, чем при тонком наружном точении.

Одно из преимуществ процесса тонкого растачивания по сравнению с методами абразивной обработки — отсутствие шаржирования поверхностного слоя отходами абразива, часто имеющего место при шлифовании, хонинговании или доводке отверстий. Поэтому износостойкость деталей машин, обработанных методом тонкого растачивания, выше износостойкости деталей, обработанных другими способами.

В процессе тонкого растачивания обеспечивается точность размеров обработанных отверстий в пределах допусков 1-го класса; погрешности геометрической формы в пределах 0,004—0,005 мм при расточке черных металлов твердосплавными резцами и 0,002—0,003 мм при алмазной расточке цветных сплавов; шероховатость обработанной поверхности при растачивании чугуна :Ñ6 — Ñ7, при растачивании стали: Ñ6 — Ñ8, при растачивании цветных металлов и сплавов —Ñ10, а при благоприятных условиях даже Ñ11.

2. СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ТОНКОГО РАСТАЧИВАНИЯ. АЛМАЗНО-РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ.

В соответствии с указанными особенностями процесса тонкого растачивания существует ряд требований к алмазно-расточным станкам, основные из которых следующие :

1. Обеспечение высокой скорости вращения шпинделя — до 8000 об/мин и устойчивых малых подач порядка 8- 10 мм/мин.
2. Отсутствие вибраций шпинделя и других узлов станка во всем диапазоне чисел оборотов.
3. Плавность и равномерность подач на всей длине хода,
4. Высокая точность вращения шпинделя.
5. Высокая точность взаимного расположения отдельных элементов станка й их перемещений при работе.
6. Надежное сохранение требуемой точности станка в процессе эксплуатации.

Кроме того, как и все современные станки, алмазно- расточные станки должны быть автоматизированными, надежными и удобными в работе.

Алмазно-расточные станки изготовляются двух основных типов: горизонтальной компоновки (с продольно-перемещающимся столом и неподвижными расточными головками) и вертикальной компоновки (с перемещающейся по колонне шпиндельной головкой) [II].

Вертикальные алмазно-расточные станки универсальны. Они имеют многоступенчатые коробки скоростей и подач, оснащены сменными шпинделями для обработки отверстий диаметром 30--200 мм и предназначены главным образом для тонкого растачивания гильз и блоков цилиндров автомобильных и тракторных двигателей в условиях мелкосерийного или единичного производства. Характерным представителем этого типа станков является станок модели 2А78 (Майкопского станкозавода им. Фрунзе) со столом, перемещающимся в продольном и поперечном направлениях. Основными модификациями этой модели являются станки 2А78Н (с неподвижной плитой) и 278К (с координатным столом). Для ремонтных целей изготовляется также переносный алмазно-расточной станок модели 2А685, на котором можно растачивать отверстия диаметром от 80 до 125 мм.

Наибольшее распространение в промышленности получила группа горизонтальных алмазно-расточных станков с подвижным столом. Станки этой группы представляют собой полуавтоматы повышенной и высокой точности, предназначенные для окончательной (по размерам, форме и шероховатости поверхности) обработки отверстий.

Станки моделей 2705, 2711 и 2713 — односторонние; 2706, 2712 и 2714 — двухсторонние. Перечисленные модели станков являются основой для изготовления на их базе различных специальных алмазно-расточных станков-полуавтоматов.

При специальном оснащении на горизонтальных алмазно-расточных станках можно обрабатывать конические и фасонные поверхности, производить подрезку наружных и внутренних торцов, прорезку кольцевых канавок и другие виды работ.

Точность горизонтальных алмазно-расточных станков соответствует ГОСТ 11576—65.Учитывая некоторую потерю точности в процессе эксплуатации, сдаточные нормы точности на заводе-изготовителе ужесточены по сравнению с нормами точности по ГОСТ на 40%.

Основное количество алмазно-расточных станков выпускается повышенной и высокой точности. Для достижения более высокой точности обработки в ЭНИМС разработан алмазно-расточной станок особо высокой точности модели 2712А. Точность обработки: некруглость не более 3мкм; несоосность расточенных отверстий относительно общей оси отверстий не более 3 мкм на 100 мм длины отверстия; неперпендикулярность подрезанных торцов к оси расточенных отверстий не более 10"; шероховатость обработанных поверхностей чугуна и стали соответствует 6 -г 8-му классу, а цветных металлов -9-4- 11-му классу чистоты.

Кроме перечисленных, выпускается большое количество специальных алмазно-расточных станков для различных отраслей машиностроения: станки агрегатного типа с неподвижной деталью и подвижными головками, многошпиндельные вертикальные и наклонные и др.

 

3. РАСТОЧНЫЕ БОРШТАНГИ.

Результаты процесса тонкого растачивания в значительной мере зависят от правильного выбора конструкции и размеров расточной борштанги. Основными элементами наиболее распространенной конструкции борштанги является цилиндрический стержень и фланец для крепления к шпинделю расточной головки. Менее распространены борштанги, состоящие из корпуса и сменных стержней-вставок. В зависимости от принятой технологической схемы обработки (расточка отверстия одним чистовым резцом; расточка черновым резцом с одной стороны и чистовым резцом с другой; расточка последовательно черновым и чистовым резцами с одной стороны) борштанга может иметь один или два резца. Предпочтение следует отдавать технологическим схемам обработки отверстий однорезцовыми борштангами, так как они обладают значительно большей жесткостью, чем двухрезцовые и при этом создаются более благоприятные условия отвода стружки из зоны резания.

Чаще всего применяются борштанги (рис. 4) с зазором между обрабатываемым отверстием и цилиндрическим стержнем. Резец в таких борштангах располагают под прямым углом к оси стержня. Величина диаметрального зазора 2S обычно принимается равной 0,1 диаметра растачиваемого отверстия.         

    

Рис. 4. Расточная борштанга для обработки с нормальным зазором

(dp —диаметр растачиваемого отверстия, — диаметр борштанги):

1 — борштанга; 2 — резец; 3 — лыска; 4 — винт прижимной;

б — винт установочный, 6 — обрабатываемая деталь.

Для обработки отверстий среднего и особенно малого диаметров в вязких материалах в последнее время применяются так называемые беззазорные борштанги радиальный зазор между такими борштангами и расточенными отверстиями обычно составляет 0,5 мм, что способствует заметному увеличению жесткости в сечении резца.

Рис. 5. Беззазорная расточная борштанга:

1 борштанга; 2 — винт прижимной; 3 — резец; 4 — винт установочный; 5 — обрабатываемая  

деталь

 

4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗЦОВ ДЛЯ   ТОНКОГО РАСТАЧИВАНИЯ.

При тонком растачивании наиболее широко применяются резцы, имеющие вид цилиндрического стержня с продольной лыской для установки и крепления в борштанге. В качестве инструментальных материалов для резцов применяются твердые сплавы, алмазы, минералокерамика, эльбор, баллас. 

Основное влияние на качество поверхности и точность обработки оказывает геометрия режущей части (рис. 10) тонкорасточного резца.

В соответствии с условиями обработки резцы для тонкого растачивания стали могут быть разделены на четыре группы: I группа — резцы для нормальных условий обработки (податливость борштанги у резца меньше 0,5—0,6 мкм/кг, достаточно большой зазор между борштангой и отверстием; длина обрабатываемого отверстия меньше одного диаметра; отверстие сквозное); II группа— резцы для нежестких борштанг (податливость борштанги больше 0,6 мкм/кг; остальные условия обработки те же); III группа— резцы для сложных условий удаления стружки из зоны резания (малый зазор,

длина отверстия больше одного диаметра); IV группа — резцы для обработки глухих отверстий.

Рис, 10. Геометрические параметры резца для тонкого растачивания.

Выбор геометрии резцов для нормальных условий обработки производится с учетом обеспечения максимальной размерной стойкости. Главный угол резца в плане ш следует выбирать равным 45-60°. При этом обеспечивается высокая прочность вершины и износостойкость резца. Для нормальных условий обработки наиболее часто применяют передний угол 

g=5-10°. В процессе обработки резцами с такими передними углами обеспечивается высокая стойкость и хорошее качество обработанной поверхности. Угол наклона главного лезвия для обработки сплошных отверстий обычно выбирают равным 0°. 
При нормальных условиях обработки для растачивания некоторых марок стали (например, 20Х) радиус закругления r вершины можно увеличить до 1 мм. В этом случае одновременно повышается производительность обработки (за счет увеличения подачи), размерная стойкость резца и качество обработанной поверхности. Однако общая стойкость таких резцов (стойкость до переточки) несколько уменьшается.

В связи с этим для обработки стали чаще всего применяют резцы с r = 0,1-0,3 мм.

Остальные геометрические параметры резца выбираются независимо от указанных условий обработки. Вспомогательный угол в плане j1= 10-20°; главный задний угол a= 6-12°; вспомогательный задний угол 10-150.

Иногда применяют резцы с нулевыми или даже положительными передними углами.

Для сложных условий удаления стружки из зоны резания (рис. 11) применяют резцы с отрицательным передним  углом g=5-10°по всей передней поверхности.

Рис.11 резец со стружкозавивающими фасками на передней поверхности.

Резцы для обработки глухих отверстий выполняют с главным углом в плане j=90°.

 

5. РАСТАЧИВАНИЕ ЧУГУНА.

В общем объеме деталей, которые обрабатывают методом тонкого растачивания, детали из чугуна составляют около 35%.