Чистовая обработка отверстий

На данный момент сложно себе представить какие-либо сложные детали, габаритные узлы, выпускаемый продукт без применения в нем различных отверстий. Мировая промышленность стремится к оптимизации процессов производства, в связи с чем заготовки становятся все более близкими к конечной форме (без лишнего перевода материала в стружку). Применение аддитивных технологий (3D печать и т. п.) за последние 5 лет выросло в 30 раз (продажи промышленных 3D принтеров выросли  с 219 168 в 2015 г. до 6 700 000 шт за первый квартал 2020 г). 

Следует оставаться объективным и отметить, что на данный момент точность, достижимая при моделировании на 3D принтерах, недостаточна для формирования функциональных поверхностей. В связи с этим перечислим принципиальные возможности увеличить диаметр имеющегося отверстия : рассверливание, растачивание невращающимся инструментом (обычным резцом/державкой), растачивание вращающимся инструментом, зенкером, разверткой, фрезерованием по винтовой интерполяции и др. Не все эти способы позволяют получить требуемое отверстие с нужными техническими характеристиками (допуск, эллипсность, шероховатость и т. д.). 

Ниже опишем стандартные методы именно чистовой обработки отверстий и присущие им характеристики.

1. Сверление.

Сверла, выполненные по ГОСТу и сверла HSS (быстрорежущие) позволяют получить отверстие IT11-13 (11-13 квалитет), шероховатость Rz=20-80мкм. Применение высокопроизводительных (как правило импортных) твердосплавных сверл позволяет добиться отверстия IT9-10. 

Существуют специальные твердосплавные сверла для обработки прецизионных отверстий (ружейные, пушечные и схожие с ними конструкции) —отверстие IT8-9.

Сверление, как правило, относят к предварительной операции обработки.

2. Зенкерование.

Зенкер — многозубый лезвийный инструмент для повышения точности формы и направления оси цилиндрических отверстий. Часто применяется в виде промежуточного инструмента между сверлом и разверткой (позволяет продлить срок службы последней. Зенкера по ГОСТу и различные быстрорежущие позволяют получить 10-12 квалитет. Высокопроизводительные и импортные твердосплавные зенкера позволяют получить отверстие IT 7, Rz=20-50 мкм. В современной механообработке применяются редко.

3. Развертывание отверстий.

Развертка — это осевой многолезвийный режущий инструмент для повышения точности формы и размеров отверстия, снижения шероховатости обработанной поверхности. Развертки по ГОСТу позволяют добиться 6-12 квалитет, Rz=20-40 мкм. Повышение чистоты и точности отверстия достигается за счет одновременного резания несколькими режущими кромками. Благодаря большому числу режущих кромок и минимальному припуску улучшается центрирование и снижаются силы, вызывающие осевое отклонение. Развертка исправляет форму отверстия, но, как правило, не может исправить направление его оси (слишком маленький припуск).

Развертки высокопроизводительные твердосплавные позволяют получить отверстия вплоть до 5 квалитета. Применение неравномерного шага позволяет добиться погрешности на форму отверстия 1-2 мкм. Диапазон шероховатости для твердосплавных разверток составляет Rz=2-15 мкм

Преимущества: высокое качество отверстия при большой минутной подаче, возможность применения в массовом производстве. 

Целесообразность применения: крупная серия деталей, мелкий диаметр, производительность.

4. Растачивание вращающимся инструментом.

Процесс чистового растачивания позволяет добиться отверстий IT6-9 . Сложность данного вида инструмента привела к появлению целых «расточных систем». На данный момент существуют системы, совмещающие механическую и электронную регулировку непосредственно в шпинделе станка («аналог и цифра»). Большое разнообразие систем условно можно разделить на многолезвийные и однолезвийные расточные системы. Многолезвийное растачивание: черновая расточка, класс точности по IT9 и более. Применяется когда главный критерий — скорость съема металла.

Однолезвийные расточные системы - качество отверстия по IT6, возможность регулировки с точностью до 0,002мм (2 микрона). Позволяет обрабатывать малые диаметры (как правило от 5мм). Может сочетать механическую регулировку с цифровым дисплеем.

Процесс растачивания выполняется на обрабатывающих центрах и горизонтально-расточных станках, вращающийся инструмент работает с осевой подачей.

При выборе расточных систем и назначении режимов резания обязательно необходимо учитывать мощность оборудования. В формуле приведена связь крутящего момента Мс (Нм) , потребляемой мощности оборудования Pc  (кВт), частоты вращения шпинделя n (об/мин)

Целесообразность применения:  универсальность (одна расточная система «перекрывает» большую номенклатуру деталей), жесткий допуск, большой диапазон диаметров (приблизительно 6мм — 1000мм), возможность обработки отверстий с эллипсностью (до определенного момента), низкая стоимость расходника (самого режущего элемента), так же системы выдерживают ошибки позиционирования (неточность до 0,01мм),

Выводы: при выборе метода чистовой обработки отверстия следует учесть, в первую очередь, предъявляемые к нему требования (допуск, квалитет, шероховатость, соосность и т. д.), конструктивные особенности детали, специфику производства (серийность или универсальность), возможности оборудования.  

---

Список литературы:

1) Фельдштейн Е.Ф. «Обработка материалов и инструмент»

2) Рыжкин А.А. «Обработка материалов резанием»

3) Технические справочники компаний-производителей инструмента

---