Главная
База знаний "Allbest"
Геология, гидрология и геодезия
Методы обработки глубоких отверстий. Обеспечение требуемой точности
Методы обработки глубоких отверстий. Обеспечение требуемой точности
Разновидности глубокого сверления и растачивания, их характеристика и область применения. Виды вибраций, причины возникновения и пути снижения её интенсивности. Образование и пути уменьшения огранки поверхности отверстия при обработке глубоких отверстий.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.03.2013 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Рыбинский государственный авиационный технический
университет имени П. А. Соловьёва»
Кафедра «Технология авиационных двигателей и общего машиностроения»
РЕФЕРАТ
по учебной дисциплине:
«Приборы и оборудование для исследований»
На тему: «Методы обработки глубоких отверстий. Обеспечение требуемой точности»
Студент группы ТММ-12
Якунина Т.А.
Руководитель
Шарова Т.В.
- Рыбинск, 2012
- Содержание
- 1. Введение
- 2. Особенности обработки глубоких отверстий, современные способы и инструменты
- 3. Методы получения глубоких отверстий
- 3.1 Разновидности глубокого сверления, их характеристика и область применения
- 3.2 Разновидности глубокого растачивания, их характеристика и область применения
- 3.3 Зенкерование глубоких отверстий
- 3.4 Хонингование глубоких отверстий
- 3.5 Дефекты отверстия, образующиеся при глубоком сверлении и растачивании
- 4. Причины возникновения дефектов при обработке глубоких отверстий и пути их устранения
- 4.1 Виды вибраций, причины возникновения и пути снижения её интенсивности
- 4.2 Причины увода и непрямолинейности. Управление уводом при обработке глубоких отверстий малых диметров
- 4.3 Образование и пути уменьшения огранки поверхности отверстия при обработке глубоких отверстий
- Список использованных источников
1. Введение
глубокое сверление отверстие вибрация
В настоящее время наблюдается существенное увеличение объема работ по обработке глубоких отверстий, к которым часто предъявляются высокие требования по точности и качеству обработанной поверхности.
Обработка глубоких и точных отверстий весьма трудоёмка и требует, как правило, применения специальных станков и инструментов. Проблема обработки глубоких отверстий представляет большой интерес для многих отраслей машиностроения. Из них можно отметить производство гидроаппаратуры, пневмоаппаратуры, энергетическое машиностроение, двигателестроение, авиастроение.
Для решения проблем возникающих при обработке глубоких отверстий была создана международная ассоциация по сверлению и трепанированию (кольцевому сверлению) глубоких отверстий - БТА (BTA, Boring and Trepaning Association).
Обобщив мировой опыт обработки глубоких отверстий. БТА
проделала огромную работу по совершенствованию технологии и
разработке системы инструментов и специальных металлорежущих
станков для этих целей. При этом за основу был взят патент Байснера (Германия, 1942 г.) на сверлильную головку одностороннего резания с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки. Эти головки были в значительной мере усовершенствованы, и на их принципе разработан комплекс инструментов для сплошного и кольцевого сверления, рассверливания, расточки и развертывания, известных в настоящее время под названием инструментов БТА, а принципу подвода СОЖ и отвода стружки присвоено название «способ БТА».
Отличительными особенностями современных способов и инструментов для обработки глубоких отверстий являются: широкое использование принципа самобазирования инструментов в процессе резания с опорой на обработанную поверхность, оснащение режущих и направляющих частей инструментов твердым сплавом применение высоконапорной прокачки больших количеств СОТС через зону резания с целью эффективного отвода тепла и принудительного удаления стружки из отверстия.
Инструменты одностороннего резания (имеющие односторонне
направленную неуравновешенную радиальную силу), которым присущи эти особенности, осуществляют не только процесс резания, но и пластическое деформирование микронеровностей на поверхности отверстии, т. е. по сути дела являются комбинированными инструментами. Благодаря этому наряду с высокой точностью обработки (обеспечиваемой использованием принципа самобазирования) удалось значительно повысить производительность не только за счет повышения режимов резания, но и за счет сокращения числа операций при обработке глубоких точных отверстий с высокими требованиями по качеству поверхности.
Применение твердых сплавов стало возможным также благодаря использованию принципа самобазирования, обеспечившего более жесткое положение инструмента в процессе обработки и это в свою очередь дало возможность обрабатывать на достаточно высоких режимах резания не только обычные конструкционные материалы, но и труднообрабатываемые высоколегированные стали и сплавы, доля применения которых в современном машиностроении постоянно увеличивается. Применявшиеся ранее инструменты из быстрорежущих сталей имели очень низкую стойкость, а зачастую
просто не были пригодны для этих целей.
Достижения в области технологии обработки глубоких отверстии привели к тому, что эти способы и инструменты оказались экономически выгодными и при обработке неглубоких отверстий.
О высокой надежности этих инструментов и стабильности, достигаемых ими результатов свидетельствует факт применения их на современных станках-автоматах, станках с ЧПУ и в автоматических линиях.
Наряду с этим простые по своей конструкции инструменты оказались весьма чувствительными к условиям эксплуатации. Они могут обеспечивать получение наивысших показателей по точности и производительности только при оптимальных режимах резания и подачи СОТС. высокой точности, жесткости и достаточной мощности станков, использовании оптимальных по составу СОТС и при рациональной геометрии заточки, обеспечивающей получение транспортабельной стружки, высокую стойкость и прочность режущих кромок.
2. Особенности обработки глубоких отверстий, современные способы и инструменты
Термин «глубокие отверстия» в технической литературе не имеет четкого определения. Чаще всего к ним относят отверстия, глубина которых свыше семи диаметров (L>7D). В некоторых публикациях рекомендуется способы и инструменты для обработки глубоких отверстий использовать для отверстий, начиная с глубины L=4D. Объясняется это тем, что при сверлении спиральными сверлами уже с этой глубины возникают затруднения с удалением стружки и подводом СОТС в зону резания, вызывающие резкие скачки сил резания, вибрации и снижение стойкости сверл и точности отверстий.
Высокая эффективность инструментов для обработки глубоких
отверстий, несмотря на их большую стоимость, обусловливает экономическую целесообразность их применения, начиная с этой глубины и даже меньшей.
Трудности при обработке глубоких отверстий, особенно с повышенными требованиями по точности и шероховатости поверхности, связаны не только с ухудшением условий отвода стружки и подвода СОТС, но главным образом с малой жесткостью инструмента, которая прогрессивно снижается с ростом глубины и уменьшением диаметра отверстий. По этой причине возникают вибрации, снижающие стойкость инструмента, точность и качество поверхности отверстий.
Из-за малой жесткости консольно закрепляемых инструментов
имеют место следующие виды погрешностей обработки отверстий:
увод или искривление оси; разбивка по диаметру; некруглость в поперечном сечении, часто в виде овальности или огранки; нецилиндричность в продольном сечении в виде конусообразности, бочкообразности или седлообразности; большая высота микронеровностей поверхности, царапины, задиры.
Величина этих погрешностей зависит от многих факторов, главные из которых: жесткость инструмента и способ его базирования в начальный момент и в процессе обработки; принятая кинематика движения инструмента и заготовки; разнотвердость и физико-механические свойства материала заготовки; параметры режима обработки (подача, частота вращения); точность и жесткость станка,
наличие люнетов, виброгасителей и других устройств; износ режущих кромок и направляющих элементов инструмента.
Так как увеличение жесткости инструмента путем повышения моментов сопротивления кручению и изгибу его рабочей части ограничено диаметром и глубиной отверстия, наиболее эффективным способом, позволяющим свести до минимума изгиб его оси, оказался способ базирования инструмента с опорой на стенки отверстий. С этой целью в инструменте предусматривается такое расположение режущих ножей, когда заведомо создается радиальная неуравновешенная составляющая силы резания, прижимающая его корпус через направляющие элементы (планки) к поверхности отверстия, обработанной впереди идущими ножами.
Инструменты, работающие по такому принципу, называются в литературе инструментами одностороннего резания. Кроме повышения точности обработки отверстий они позволяют значительно уменьшить шероховатость поверхности за счет выглаживающего действия направляющих.
Большое влияние на увод оси отверстия оказывает отклонение
оси инструмента в начальный момент обработки. Так как инструменты одностороннего резания могут работать только с применением кондукторных втулок, опыт их эксплуатации показал, что зазор между инструментом и втулкой должен быть минимальным -- пределах 0,005- 0,010 мм. При соблюдении этого требования, а также соосности кондукторной втулки с осью вращения шпинделя пределах 0,005 мм удалось добиться чрезвычайно высокой точности по уводу оси и диаметру отверстий уже на первой операции сверлении, о чем свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные на рисунках 2.1 и 2.2.
Рисунок 2.1 - Увод оси отверстия в зависимости от глубины сверления.
Рисунок 2.2 - Точность отверстий по диаметру при сверлении сверлами одностороннего резания в зависимости от обрабатываемых материалов: I - значения, достигаемые при нормальных условиях; II - значения, достигаемые при наилучших условиях.
Кинематика движений инструмента и заготовки, даже в случае использования инструментов одностороннего резания, оказывает влияние на величину увода оси, особенно заметное при больших глубинах отверстий. Применяются три варианта схем обработки: I) деталь вращается, а инструменту задается только движение подачи; 2) деталь неподвижна, вращается инструмент; 3) деталь и инструмент вращаются в противоположных направлениях. Движение подачи во втором и третьем вариантах может быть придано либо детали, либо инструменту. Первый вариант является предпочтительным по точности обработки, но пригоден только для деталей типа тел вращения. При большой массе заготовок, особенно когда разница в диаметрах отверстия и заготовки велика и вращение последней с большой частотой вращения представляет серьезные затруднения, предпочтителен третий вариант, практически равноценный поточности первому.
Второй вариант применяется для обработки глубоких отверстий
несимметричных деталей. Увод и искривление оси отверстий в этом
случае значительно выше. Это видно, например, из данных рисунка 2.3, полученных при сплошном сверлении стали 45 сверлами одностороннего резания типа БТА. При расточке отверстий увод оси также примерно на порядок выше, но сравнению с первым вариантом.
Рисунок 2.3 - Увод оси отверстия в зависимости от схемы сверления: 1 - вращается деталь, сверло не вращается; 2 - деталь и сверло вращаются в противоположных направлениях; 3 - деталь неподвижна, вращается сверло.
В отношении параметров режима резания установлено, что с ростом подачи точность несколько снижается, а с увеличением скорости резания при отсутствии наростообразования -- увеличивается. При этом также уменьшается шероховатость поверхности.
При обработке особо глубоких отверстий необходима установка промежуточных опор для предотвращения изгиба стебля инструмента в виде люнетов и виброгасящих устройств для гашения крутильных и продольных колебаний.
На рисунке 2.4 приведена классификация глубоких отверстий по основным технологическим признакам: диаметру, глубине, требованиям по точности и шероховатости поверхности.
Рисунок 2.4 - Классификация глубоких отверстий
Хотя такое группирование отверстий в некоторой степени условно, оно соответствует сложившимся на практике способам их обработки, включающим определенный набор операций, оборудования и инструментов для их выполнения, описание которых приведено ниже. Технические требования к отверстиям, на основе которых производится разработка технологического процесса, определяется главным образом сочетанием этих четырех признаков. Кроме того, необходимо также учитывать свойства материала заготовки, конфигурацию детали, тип производства, размеры партии изделий.
От материала заготовки зависят уровень режимов резания и геометрия инструментов, а также достигаемый уровень точности и шероховатости поверхности. Особо следует отмстить влияние свойств обрабатываемых материалов на форму стружки, возможность удаления ее из отверстии. Без надежного стружколомания, например, инструменты с внутренним отводом стружки становятся неработоспособными. В случае если не удается получить желаемую форму стружки за счет изменения режимов резания и размеров стружколомающих уступов на режущих ножах, вынуждены прибегать к кинематическим способам стружколомания, например, путем наложения вибраций в направлении движения подачи, что значительно усложняет кинематику станка и условия работы инструмента. .
В зависимости от типа производства и размеров партии обрабатываемых деталей выбираются способы обработки, оборудование и инструменты, обеспечивающие не только выполнение технических требований на отверстия, но и наименьшую себестоимость изготовления изделий. Например, в условиях мелкосерийного производства при сверлении отверстий малых и средних диаметров глубиной до 15 диаметров при невысоких требованиях по точности и шероховатости экономически выгодно использовать универсальное оборудование и быстрорежущие спиральные сверла с внутренним охлаждением или шнековые сверла, а не твердосплавные сверла одностороннего резания. В каждом конкретном случае с учетом технических требований к отверстиям, возможностей тех или иных способов и инструментов, предполагаемых затрат на оборудование и оснастку необходимо путем технико-экономических расчетов выбирать экономически выгодные для производства технологические процессы.
Современная технология обработки глубоких отверстий располагает следующими способами: сверление сплошное, сверление кольцевое (трепанирование); рассверливание (зенкерование); расточка; развертывание; хонингование; раскатывание; алмазное выглаживание.
Перечисленные способы обработки осуществляются с использованием большой номенклатуры инструментов различных конструкций, которые можно разделить по признаку базирования на три группы: I) инструменты одностороннего резания с определенностью базирования в отверстии; 2) инструменты самоустанавливающиеся; 3) инструменты без жесткого базирования в отверстии.
3. Методы получения глубоких отверстий
3.1 Разновидности глубокого сверления, их характеристика и область применения
Рассмотрим разновидности в зависимости от признаков, их определяющих.
В зависимости от схемы удаления припуска (от того, какая часть высверливаемого материала удаляется в виде стружки) различают две разновидности глубокого сверления: сплошное и кольцевое.
Сплошное глубокое сверление (рисунок 3.1.1, а) отличается тем, что весь высверливаемый материал удаляется в виде стружки; глубина резания t=d0 /2.
Кольцевое глубокое сверление (рисунок 3.1.1, б)- сверление при
котором в стружку превращается лишь часть высверливаемого материала, находящаяся в высверливаемой кольцевой полости, а остальная часть удаляется в виде оставляемого стержня диаметром dс, глубина резания t меньше, чем при сплошном сверлении, и равна ширине кольцевой полости В.
Рисунок 3.1.1 - Образование отверстия при сплошном (а) и кольцевом (б) сверлении
При сплошном сверлении вблизи оси сверла возникают неблагоприятные условия резания, связанные с тем, что скорость резания снижается до нуля на оси сверла, а задний угол в процессе резания принимает отрицательное значение. У оси сверла, по существу, нет резания, а происходит лишь смятие металла, сопровождающееся возрастанием осевой составляющей силы резания и повышенным изнашиванием инструмента. Эти недостатки можно устранить понижением режущего лезвия вблизи оси (рисунок 3.1.2 а, б), что приводит к образованию так называемого «нулевого стержня». Разновидность такого сверления называют сплошным глубоким сверлением с нулевым стержнем. Более технологичным является способ понижения лезвия, приведенный на рисунке 3.1.2, б. Смещение составляет 0,1-- 0,2 мм, что соответствует образованию стержня диаметром 0,2--0,4 мм.
Рисунок 3.1.2 - Способы понижении режущего лезвия вблизи оси инструмента в целях образования «нулевого стержня»
При кольцевом сверлении стержень образуется иначе (рисунок 3.1.2, б). Здесь лезвие имеет две калибрующие вершины А и Б. Лезвие А Б вырезает кольцевую полость, а вершины А и Б образуют соответственно отверстие и стержень Кольцевое сверление имеет ряд преимуществ по сравнению со сплошным сверлением - меньшие затраты энергии на резание; меньшую нагрузку на режущие и направляющие элементы инструмента; возможность экономии металла за счет использования вырезанного стержня. Кольцевое сверление имеет и некоторые недостатки. По мере сверления стержень вследствие перераспределения остаточных напряжений деформируется, оказывает давление на стенки инструмента и при вращении заготовки совершает поперечные колебания, которые вызывают поперечные колебания инструмента с частотой вращения заготовки. Для уменьшения отрицательного влияния стержня на его конце устанавливают специальную опору, которой он базируется на поверхность отверстия в инструменте. Однако при использовании опоры затрачивается время на обработку отверстия на конце стержня под установку ее, кроме того, опора затрудняет проход стружки при ее внутреннем отводе, поэтому необходимость установки опоры должна быть строго обоснованна.
Области рационального применения сплошного и кольцевого сверления четко не разграничены. В отечественной практике сплошное сверление применяется при сверлении отверстий диаметром не более 90-100 мм. За рубежом (если судить по каталогам ВТА) сплошное сверление применяется шире.
В каталогах ВТА представлен инструмент для сплошного сверления с механическим креплением многогранных пластин для отверстии диаметром
450 мм. Кольцевое сверление в отечественной практике успешно применяется в условиях крупносерийного производства при сверлении отверстий диаметром 60 и 80 мм глубиной 6000 мм с производительностью не ниже, чем при сплошном сверлении. Выбор способа сверления в каждом случае должен производиться с учетом ряда факторов: диаметра и глубины сверления, объема выпуска изделий, затрат на инструмент и другую технологическую оснастку, а также с учетом преимуществ и недостатков сравниваемых способов.
В зависимости от способа отвода стружки различают следующие разновидности глубокого сверления: глубокое сверление с внутренним отводом стружки -- сверление, при котором используют наружный подвод СОТС и внутренний отвод стружки (см. рисунок 3.1.3, а); глубокое сверление с наружным отводом стружки -- сверление, при котором используют внутренний подвод СОТС и наружный отвод стружки (см. рисунок 3.1.3, б); эжекторное глубокое сверление -- сверление, при котором применяется внутренний отвод стружки с использованием эжектора (см. рисунок 3.1.3, в).
Рисунок 3.1.3 - Способы подвода СОТС и отвода стружки при сверлении
Особенности и область применения этих разновидностей сверления определяются преимуществами и недостатками применяемого способа подвода СОТС и отвода стружки. Отметим ряд преимуществ сверления с внутренним отводом стружки: во-первых, можно создать инструмент с более высокой жесткостью, т. е. с большим наружным диаметром, так как для подвода СОТС требуется канал меньшего сечения, чем для отвода стружки; во-вторых, этот вид сверления обеспечивает более высокое качество поверхности, так как стружка отводится вовнутрь и не воздействует на обработанную поверхность. Недостатками являются необходимость применения маслоприемника, который сложнее стружкоприемника, а также существенные затраты времени, связанные с переналадкой станка и сменой маслоприемника при переходе на другой диаметр.
В отечественной практике сверление с наружным отводом стружки применяется при сплошном сверлении отверстий диаметром до 30 мм и кольцевом -- свыше 150 мм; с внутренним отводом стружки -- при сплошном сверлении отверстий диаметром 8--100 мм и кольцевом -- до 150 мм. При сверлении отверстий с l/d0>100 диаметром 8--30 мм предпочтение отдается сверлению с внутренним отводом, при котором достигаются большая производительность и прямолинейность оси вследствие большей жесткости инструмента. При небольших объемах выпуска кольцевое сверление отверстий диаметром меньше 150 мм производится с наружным отводом стружки, так как оно осуществляется при меньших затратах на оснастку и переналадку станка.
Эжекторное сверление применяется лишь как сплошное сверление отверстий диаметром 20--60 мм глубиной до 1000 мм. Эти границы определяются указанными выше особенностями эжекторного способа отвода стружки и СОТС. Широкое распространение этого способа сверления за рубежом объясняется его преимуществами, возможностью применения его на станках общего назначения и хорошей организацией снабжения потребителей эжекторным инструментом.
В зависимости от кинематической схемы сверления различают три разновидности сверления:
1) заготовка 1 вращается с частотой nз, а инструмент 2 имеет только поступательное движение подачи s (рисунок 3.1.4, а).
2) заготовка 1 вращается с частотой nз, а инструменту 2 одновременно
сообщается вращение (встречное) с частотой nи и поступательное движение подачи s (рисунок 3.1.4, б);
3) заготовка I неподвижна, а инструменту 2 одновременно сообщается вращение с частотой nи, и поступательное движение подачи s (рисунок 3.1.4, в).
Рисунок 3.1.4 - разновидности глубокого сверления в зависимости oт кинематической схемы сверления
Из трех приведенных схем наиболее предпочтительной является 1-я
схема, так как при сверлении по 2-й схеме вращающийся инструмент является источником дополнительных погрешностей (в частности, создаются более благоприятные условия для образования огранки); при сверлении по 3-й схеме возникают значительно большие уводы оси отверстия, чем при сверлении по первым двум схемам.
Область применения каждого из этих видов сверления определяется формой заготовки и наличием дисбаланса при ее вращении. Если при сверлении заготовку вращать невозможно, то применяют З-ю схему сверления. В тех случаях, когда из-за большой массы или дисбаланса заготовку нельзя вращать с частотой, достаточной для получения необходимой скорости резания только за счет вращения заготовки, то применяют 2-ю схему и за счет встречного вращения заготовки и инструмента получают требуемую скорость резания .
В зависимости от характера подачи также различают несколько видов сверления. Глубокое сверление обычно производится с равномерной подачей инструмента, при которой толщина срезаемого слон остается неизменной При сверлении отверстий малых диаметров в труднообрабатываемых вязких материалах образуется гонкая сливная стружка, которую трудно отвозить из отверстии в этих случаях применяют способы дробления стружки по длине
за счет применения переменной по величине подачи, при которой толщина срезаемого слоя также будет переменной. Разработка так называемого вибрационного сверления обеспечивает кинематическое дробление стружки
Вибрационное сверление - глубокое сверление, при котором на обычное осевое движение подачи накладывается дополнительное осциллирующее движение. Применяют его при сверлении отверстий малого диаметра в труднообрабатываемых вязких материалах (причем, начиная с диаметра 8 мм, следует применять не вибрационное сверление, а сверление с внутренним отводом стружки и равномерной подачей, так как этот способ не требует применения вибратора, а отвод стружки обеспечивается надежно).
В зависимости от степени автоматизации управления процессом сверления различают адаптивное глубокое сверление, при котором осуществляется автоматическое изменение одного или нескольких элементов режима резания (скорость, резания, подача) в целях сохранения на оптимальном уровне выбранного параметра процесса (Мк; Р0 и т. д.). При адаптивном сверлении отверстий диаметром до 20 мм повышаются производительность и качество обработки.
В зависимости от схемы сверления различают одностороннее и двустороннее сверление. Сверление сквозных отверстий обычно производится с одной стороны напроход. Лишь при длине отверстия более 9000--10000 мм применяют двустороннее сверление.
Увод оси отверстия при сверлении обычно увеличивается с удалением от начала сверления и достигает максимального значения на выходе. При двустороннем сверлении увод в середине длины отверстия в два раза меньше, чем на выходе при сквозном сверлении. Благодаря этому на последующих операциях требуется оставлять меньший припуск на обработку. В зависимости от наличия оборудования двустороннее сверление производят с поворотом заготовки, либо одновременно с двух сторон, что сокращает затраты машинного времени почти в 2 раза.
Возникающие при одно- и двустороннем сверлении дефекты отверстия, связанные с уводом его оси, показаны на рисунке 3.1.5.
Рисунок 3.1.5 - Дефекты отверстия при одно- и двустороннем сверлении: а -- увод оси при одностороннем сверлении; б -- излом оси вследствие ее увода при двустороннем сверлении: в -- уступ вследствие увода оси при двустороннем сверлении (А и Б -- базовые шейки заготовки; О - пластическая ось заготовки;
О1 - действительная ось отверстия, полученного в результате сверления)
3.2 Разновидности глубокого растачивания, их характеристика и область применения
В зависимости от назначения различают три разновидности глубокого растачивания:
черновое -- растачивание, при котором обеспечиваются требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности;
чистовое -- растачивание, при котором обеспечиваются требования точности диаметральных размеров и шероховатости поверхности;
комбинированное -- растачивание, при котором за один рабочий ход достигается выполнение функций чернового и чистового растачивания.
Операцию чернового растачивания применяют в тех случаях, когда не удается обеспечить требования по расположению оси отверстия и ее прямолинейности при сверлении. Иногда приходится применять два черновых растачивания (1-е и 2-е), между которыми выполняют операцию но наружной обработке заготовки, если она представляет собой тело вращения. Операцию чистового растачивания при обработке отверстии малого диаметра часто заменяют глубоким развертыванием. Черновое и чистовое растачивание выполняется высокопроизводительным инструментом, оснащенным твердыми сплавами.
Комбинированное глубокое растачивание широко применялось до внедрения в производство твердых сплавов для сокращения числа рабочих ходов. Недостатки его связаны с особенностями инструмента, состоящего из разных по характеру работы и режимам резания элементов -- проходных резцов и плавающей пластины. Для комбинированного инструмента невозможно выбрать режим работы, оптимальный для каждого его режущего элемента.
Производительность инструмента ограничивается режимом работы
проходных резцов. Применять этот способ следует лишь в единичном и мелкосерийном производстве, где вследствие простоты инструмента и сокращения числа рабочих ходов этот способ может оказаться экономичнее двух операций (скоростного чернового и чистового растачивания).
В зависимости от схемы растачивания различают глубокое растачивание на сжатие и глубокое растачивание на растяжение. По 1-й схеме (рисунок 3.2.1, а) растачивание начинают с торца Б заготовки 5, расположенного ближе к подающей каретке 4. При этом осевая составляющая силы резания Рх создает в стебле 3 напряжения сжатия. По 2-й схеме (рисунок 3.2.1, б) растачивание начинают с противоположного торца А заготовки 5. Осевая составляющая силы резания Рх вызывает в стебле напряжения растяжения.
Рисунок 3.2.1 - Глубокое растачивание на сжатие (а) и растяжение (б)
Оба вида растачивания используют как при черновом, так и чистовом растачивании. Для координации и направления инструмента в начале растачивания обычно используется кондукторная втулка 2, которая устанавливается в направляющей стойке 1. В 1-й схеме (рисунок 3.2.1, а) кондукторная втулка 2 является принадлежностью маслоприемника, стружкоприемника или направляющего устройства специальной конструкции, размещаемых в направляющей стойке 1. В обеих схемах расточная головка базируется в кондукторной втулке своими направляющими элементами. При растачивании на растяжение наружный диаметр стебля приходится выбирать исходя из диаметра просверленного отверстия, а не из диаметра расточенного отверстия, как при растачивании на сжатие. Следовательно, стебель при растачивании на растяжение обладает меньшей жесткостью, чем при растачивании на сжатие. Несмотря на это, конечные результаты по точности расположения оси при черновом растачивании на растяжение получаются лучше, чем при растачивании на сжатие, так как при этой схеме стебель работает в более благоприятных условиях и, как следствие этого, погрешности к концу растачивания уменьшаются.
При черновом растачивании на растяжение непрямолинейность оси отверстия получается меньше, чем при растачивании на сжатие. Однако на практике растачивание на растяжение (особенно чернового) вызывает трудности, а именно: на некоторых типах станков невозможно установить направляющее устройство с кондукторной втулкой у торца А заготовки. Но и в тех случаях, когда установка направляющего устройства возможна, оно мешает установке заглушки при подводе СОТС по схеме, показанной на
рисунке 3.2.2, б, и затрудняет вместе с заглушкой работу оператора при установке расточной головки на стебель.
В зависимости от способа отвода стружки различают три разновидности растачивания:
с внутренним отводом стружки (рисунок 3.2.2, а. б);
с наружным отводом стружки в направлении подачи инструмента (рисунок 3.2.2, г);
с наружным или комбинированным (рисунок 3.2.2, в) отводом стружки
в направлении, противоположном подаче инструмента.
Преимущества и недостатки этих способов растачивания определяются применяемыми способами отвода стружки. При растачивании с наружным отводом стружки в отличие от сверления для отвода стружки часто используют отверстие в заготовке, полученное на предшествующих операциях (рисунок 3.2.2, г), что позволяет устранить ряд недостатков наружного отвода стружки. Так,
в случае, показанном на рисунке 3.2.2, г, стружка отводится в направлении подачи инструмента (вперед), не попадает под направляющие элементы и поэтому не может повредить обработанную поверхность. Благодаря этому способ широко применяется при растачивании. На рисунке 3.2.2, б стружка отводится в направлении, противоположном подаче инструмента, и, следовательно, соприкасается с поверхностью обработанного отверстия, что, естественно, является недостатком этого способа. Вместе с тем применение на начальном участке внутреннего отвода стружки позволило устранить попадание ее под направляющие элементы инструмента.
Следовательно, благодаря комбинированному отводу стружки, при котором сочетаются внутренний и наружный отводы стружки (см. рисунок 3.2.2, в) в направлении, противоположном подаче инструмента, можно устранить недостатки, свойственные наружному отводу стружки. Отметин, что и случаях, показанных на рисунок 3.2.2, б, в, на корпусе инструмента необходимо устанавливать уплотнение 3, преграждающее проход СОТС в зазор.
Рисунок 3.2.2 - Способы подвода СОТС и отвода стружки при растачивании
3.3 Зенкерование глубоких отверстий
При обработке отверстий диаметром 7--50 мм в отечественном производстве находит применение зенкерование, выполняемое обычно по схеме на растяжение с передним или задним направлением зенкера, а иногда одновременно и с передним, и с задним направлением с наружным отводом стружки назад в сторону, противоположную подаче Естественно, что зенкерование не исправляет положение оси исходного отверстия и применяется лишь с целью удаления погрешностей формы отверстия в поперечном и продольном сечении, выполняя эту функцию производительно, так как применяется многолезвийный инструмент с делением толщины среза.
На операцию зенкерования глубоких отверстий могут поступать заготовки в виде горяче - и холоднокатаных труб или труб после операции глубокого сверления. Зенкерование повышает диаметральную точность отверстия до Н7 -Н9, параметр шероховатости и поверхности Ra - (12,5-0,4) мкм. В зависимости от требований, предъявляемых к отверстию, эта операция является либо финишной, либо подготовительной для последующего хонингования.
3.4 Хонингование глубоких отверстий
Процесс хонингования является одним из наиболее производительных и надежных способов финишной обработки глубоких отверстий, позволяющий обеспечить высокую точность диаметра (Н6) и малую шероховатость поверхности (Ra = 0,32-0,08 мкм). Такие параметры отверстий и высокая производительность процесса обеспечиваются благодаря особенностям процесса: кинематике движения хонинговальных брусков, правильному выбору зернистости брусков и большой площади контакта брусков с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, хонингование не отличается от других видов финишной обработки незначительным давлением брусков на поверхность отверстия. Хонингование, как правило, выделяют в отдельную операцию и проводят на специальных хонинговальных станках. И только в тех случаях, когда таких станков нет, хонингование осуществляют на глубокосверлильных станках.
3.5 Дефекты отверстия, образующиеся при глубоком сверлении и растачивании
На операциях глубокого сверления и чернового растачивания образуются характерные дефекты, существенно проявляющиеся лишь при обработке глубоких отверстии. К ним относятся увод и непрямолинейность оси глубокого отверстия, огранка глубокого отверстия и волнистость профиля продольного сечения.
Теоретическая ось заготовки -- прямая, проходящая через центры поперечных сечений базовых шеек, расположенных по концам заготовки. Установленная на станке жесткая заготовка, не подверженная возможным деформациям при се закреплении и прогибам от собственного веса, будет вращаться во время обработки относительно своей теоретической оси.
Теоретическая ось глубокого отверстия -- прямая, проходящая через центры поперечных сечении глубокого отверстия, проведенных на его концах.
Действительная ось глубокого отверстия -- геометрическое место центров поперечных сечении глубокого отверстия по всей его длине. За центры поперечных сечений принимаются центры прилегающих окружностей (ГОСТ 24642--83).
Рисунок 3.5.1 - Варианты расположения увода и непрямолинейности оси глубокого отверстия
Непрямолинейность оси глубокого отверстия (непрямолинейность оси) ?н-- наибольшее расстояние от действительной оси до теоретической оси глубокого отверстия.
Увод оси глубокого отверстия (увод оси) ?у - отклонение
действительной оси глубокого отверстия от оси вращения заготовки. Увод оси рассматривается и определяется применительно к конкретному поперечному сечению по длине глубокого отверстия. Поперечные сечения, в которых надлежит замерить увод оси, оговариваются технологическим процессом, либо планом исследований. Так как действительная ось глубокого отверстии представляет собой пространственную кривую, то при измерении увода оси в ряде случаев требуется определять и его расположение в рассматриваемом сечении относительно выбранной системы координат. Увод оси может определяться непосредственно на станке после окончания операции сверления или чернового растачивания без раскрепления заготовки или вне станка.
На рисунке 3.5.1 графически представлены увод и непрямолинейность оси для случая, когда действительная ось, отверстии представляет собой плоскую кривую, а заготовка обладает большой жесткостью. Ось, проходящая через центры базовых шеек А и Б, представляет собой теоретическую ось заготовки. Так как заготовка обладает большой жесткостью, то во время обработки она будет вращаться относительно своей теоретической оси. Тогда увод оси в сечении I-I будет равен ?у, I, а в сечении II - II на торце заготовки - ?уII-II.
Непрямолинейность же оси, определяемая максимальным расстоянием на длине отверстия между действительной и теоретической осями отверстия, в данном случае будет ?н. Местонахождение этого сечения по длине заготовки определяется местонахождением максимального значения ?н. Процесс образования увода и непрямолинейности оси весьма сложен, зависит от большого числа факторов, природа которых разнообразна.
Согласно исследованиям, наибольшее влияние на образование увода и непрямолинейности оси оказывает биение поверхности обработанной части отверстия, а также биение кондукторной втулки маслоприемника, если она вращается. Биение отверстия в свою очередь может вызываться рядом причин: собственно уводом оси, короблением заготовки вследствие перераспределения остаточных напряжений в процессе обработки отверстия, деформаций заготовки при закреплении на станке и др. Поэтому как на практике, так и а дальнейшем изложении особое внимание уделяется устранению причин, приводящих к биению поверхности обработанного отверстия.
Огранка глубокого отверстия -- отклонение от круглости, при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру с числом граней, иногда изменяющимся по длине отверстия, а вершины многогранника при этом часто располагаются по винтовой линии. Процесс образования огранки весьма сложен и протекает при воздействии ряда факторов. Огранка образуется лишь при поперечных колебаниях инструмента с частотой, близкой к частоте относительного вращении заготовки и инструмента. При этом на образование огранки влияют частота собственных колебаний инструмента, которая в свою очередь изменяется по мере обработки отверстия, так как изменяется схема закрепления инструмента (изменяется взаимное расположение опор по длине инструмента); конструктивные параметры инструмента; погрешности настройки технологической системы на операцию; кинематическая схема обработки (вращается или не вращается инструмент) и др.
Волнистость профиля продольного сечения -- отклонение профиля продольного сечения, при котором образующие имеют регулярную волнистость, приводящую к ступенчатости отверстия с незначительными перепадами диаметра. Этот дефект образуется при несовпадении диаметра инструмента, вступающего в работу, с диаметром отверстия, на поверхность которого он опирается своими направляющими элементами.
Для уменьшения волнистости необходимо добиваться равенства диаметров инструмента и заправочного отверстия и отверстия в кондукторной втулке, а также того, чтобы все инструменты, используемые при смене на протяжении рабочего хода, имели одинаковый диаметр. Кроме рассмотренных выше дефектов формы отверстия и расположения его оси, при обработке глубоких отверстии возникают дефекты, влияющие на качество поверхности: надиры, крупные царапины и повышенная шероховатость поверхности. Надиры и царапины часто возникают вследствие попадания стружки под направляющие элементы, а также при разрыве пленки СОТС под направляющими.
4. Причины возникновения дефектов при обработке глубоких отверстий и пути их устранения
4.1 Виды вибраций, причины возникновения и пути снижения её интенсивности
На операциях сверления и растачивания в колебательной системе СПИД возникают колебания обеих групп -- вынужденные и автоколебания Возникновению колебаний наиболее подвержен инструмент, как наименее жесткое звено технологической системы СПИД. Инструмент совершает продольные, поперечные и крутильные колебания. Наиболее полно изучены поперечные и крутильные колебания, существенно влияющие на процесс обработки и его результаты
Поперечные колебания инструмента. Для рассматриваемых операций характерны как вынужденные поперечные колебания инструмента, так и автоколебания. Вынужденные колебания возбуждаются внешними воздействиями, так или иначе связанными с вращением заготовки. Среди внешних возбудителей можно отметить следующие:
- изменение сил резания за 1 оборот заготовки вследствие возможной разнотвердости материала заготовки, а при растачивании еще и вследствие неравномерности снимаемого по окружности припуска, вызванной кривизной оси исходного отверстия;
- воздействие на инструмент при кольцевом сверлении стержня, искривленного вследствие перераспределения внутренних напряжений;
- биение поверхности обработанного отверстия, на которую базируется инструмент своими направляющими элементами.
В свою очередь биение поверхности обработанного отверстия может быть вызвано рядом причин:
- уводом оси обработанного на данной операции отверстия;
- поперечными колебаниями заготовки вследствие ее динамической неуравновешенности, короблений в процессе обработки из-за
перераспределения внутренних напряжений, а также ее деформаций при закреплении в условиях расположения опор с погрешностью относительно ТОТС или при использовании несовершенных приспособлений; овальностью базовых шеек, которыми заготовка опирается на кулачки простых люнетов, и биением роликов этих люнетов.
Все перечисленные выше внешние факторы возбуждают вынужденные поперечные колебания инструмента с частотой, равной или кратной частоте вращения заготовки. Поперечные колебания инструмента в условиях его базирования на поверхность отверстия заготовки вызывают угловые колебания оси головки. Таким колебаниям подвержены головки с любым типом направляющих элементов, включая и головки с определенностью базирования. Однако головки с направляющими с натягом начинают совершать угловые колебания лишь после того, как опрокидывающий момент, возникающий при поперечных колебаниях инструмента, станет больше того значении, на которое рассчитывался натяг направляющих.
Наряду с вынужденными имеют место и поперечные автоколебания инструмента. Имеется ряд причин, вызывающих автоколебания: во-первых, скорость резания обычно находится в зоне, отвечающей падающему участку зависимости силы резания от скорости; во-вторых, колебания толщины срезаемого слоя приводят к изменению сил резания, которые изменяются с запаздыванием по отношению к изменению толщины среза и возбуждают или усиливают автоколебания.
Поперечные колебания инструмента являются одной из основных причин возникновения увода оси и образования огранки, а также других погрешностей формы поперечного сечения отверстия.
Крутильные колебания инструмента. Возникновение крутильных автоколебаний может происходить под влиянием тех же факторов, что и возникновение поперечных автоколебаний (падающая зависимость силы резания от скорости, работа по следу -- изменение силы резания от толщины среза с запаздыванием). Кроме этого, здесь может оказывать влияние и трение между направляющими и поверхностью отверстия. При обработке высокопрочных материалов, когда особенно часто возникают интенсивные
установившиеся крутильные автоколебания значительной частоты (вибрации), вследствие высоких давлений от сил резания на направляющих может прорываться масляная пленка СОТС и иметь место сухое трение, при котором наиболее легко возникают и усиливаются автоколебания.
Крутильные колебания инструмента повышают динамические нагрузки на режущую часть инструмента, что вызывает ее преждевременный износ, поломку и ухудшает шероховатость поверхности. Производительность процесса, по существу, определяется интенсивностью крутильных колебаний, так как увеличение режимов резания ограничивается предельно допустимыми вибрациями.
Особо опасным является возникновение крутильных колебаний при обработке отверстий малых диаметров и большой относительной длины. Это связано с тем, что пониженной жесткостью на кручение обладает применяемый при сверлении инструмент.
Применяется инструмент одностороннего резания с повышенными нагрузками на направляющие элементы, а с увеличением удельных давлений на направляющих интенсивность крутильных колебаний резко возрастает.
Отверстия малых диаметров обрабатываются часто в уже заранее закаленных заготовках, что также значительно повышает интенсивность крутильных колебаний инструмента.
Основным параметром крутильных автоколебаний инструмента, определяющим устойчивость процесса обработки, является амплитуда колебаний.
Снижать интенсивность вибраций можно за счет назначения оптимальных параметров инструмента и процесса сверления. Можно рекомендовать следующие пути снижения вибрации при сверлении глубоких отверстий малого диаметра:
- с учетом совокупности факторов следует назначать такую площадь сечения стебля инструмента, при которой он обладает максимально возможной для данных условий жесткостью;
- назначать оптимальные значения геометрических параметров заточки, в частности для сверлильных головок одностороннего резания назначать угол в плане наружной кромки ???=25° при обработке высоколегированных тёрмообработанных сталей;
- не допускать изнашивания инструмента сверх предельного по вибрациям значения;
- при выборе режимов резания предпочтительнее работать с меньшими подачами S, и более высокой скоростью резания;
- применять наиболее удовлетворяющую данным условиям СОТС.
Интенсивность вибраций можно снижать и за счет применения
для стеблей материала с повышенными демпфирующими свойствами.
Также можно снижать интенсивность вибраций, за счет применения специальных виброгасителей.
4.2 Причины увода и непрямолинейности. Управление уводом при обработке глубоких отверстий малых диметров
Среди основных причин увода следует назвать следующие:
- копирование сверлильным (расточным) инструментом погрешности расположения оси отверстия, имеющейся в месте контакта направляющих с поверхностью просверленного (расточенного) отверстия;
- нагиб стебля из-за поперечных колебаний инструмента с частотой вращения заготовки (для обработки невращающимся инструментом); эти колебания возникают (при сверлении и растачивании) вследствие базирования инструмента на поверхность отверстия, имеющего радиальное биение (кинематическое возмущение инструмента) и из-за разнообрабатываемости материала по сечению заготовки, а также неравномерности снимаемого припуска при растачивании (силовое возмущение инструмента);
- поперечные колебания заготовки из-за ее деформации при
установке и обработке;
- изгиб стебля под действием силы его веса, неравномерности снимаемого припуска и разнотвердости материала заготовки при
обработке вращающимся инструментом в не вращающейся заготовке.
Вызываемый этими причинами увод может ослабляться или усиливаться под воздействием значительного числа факторов, связанных с конкретными условиями обработки. К ним относится построение технологического процесса, наличие термообработки и ее место в технологическом процессе изготовления детали, наличие вращения инструмента или заготовки; длина обработки, погрешности в первоначальном направлении инструмента; взаимное расположение опор стебля и другие.
Уводом можно управлять путем изменения угла наклона касательной ?° в системе координат, связанной с заготовкой. Возможны, по крайней мере, два способа управления уводом за счет изменения ?°:
1) наложением на инструмент вынужденных поперечных колебаний с частотой вращения заготовки;
2) наложением на заготовку вынужденных поперечных колебаний с частотой вращения заготовки.
4.3 Образование и пути уменьшения огранки поверхности отверстия при обработке глубоких отверстий
Образование огранки на поверхности глубоких отверстий, получаемых сверлением или растачиванием при обработке инструментами, как с определенностью, так и без определенности базирования. Установка на корпусе головки дополнительных жестких направляющих с зазором либо одной упругой (подпружиненной) направляющей не исключает образования огранки. Огранку могут вызывать дефекты поверхности отверстия, обработанного при заправке инструмента. Развитие огранки в отверстии происходит постепенно, но по форме и шагу она быстро стабилизируется, возрастая в дальнейшем лишь на значение А перепада радиуса по впадинам и выступам. Огранка часто образуется при наличии «разбивки» заправочного отверстия, причем, чем больше «разбивка», тем раньше появляется огранка и тем большую величину она имеет. В большинстве случаев грани располагаются по винтовой линии, но могут быть расположены и параллельно оси отверстия. В зависимости от условий обработки число граней может быть как четным, так и нечетным, и колеблется в широких пределах (от 3 до 23).
При кольцевом сверлении огранка наблюдается на поверхностях отверстия и стержня. В том случае, когда калибрующие вершины, образующие поверхности отверстия и стержня, располагаются на одном лезвии, впадины в отверстии совпадают с выступами на стержне. на одном лезвии, впадины в отверстии совпадают с выступами на стержне. При этом образцы стержня можно использовать для изучения огранки.
Огранка встречается при работе по всем трем кинематическим схемам (см. рисунок 3.1.4), но особенно больших значений достигает при обработке по схеме с вращением заготовки и инструмента.
Наряду с диаметром и глубиной отверстия, кинематической схемой и режимом резания на параметры огранки (значение ?,?число граней и угол их наклона) существенно влияют угловое расположение и размеры направляющих, а также размеры калибрующей ленточки лезвия и вылет вершины относительно передних концов направляющих. Огранка на поверхности отверстия вызывает преждевременный выход из строя инструмента вследствие выкрашивания твердосплавных направляющих элементов, а в ряде случаев и поломки режущего элемента. В связи с этим огранка нежелательна, а часто вообще недопустима не только как дефект поверхности отверстия, но и как фактор, существенно снижающий стойкость инструмента.
Образование огранки происходит и две стадии. На 1-й стадии образуется первичная огранка, а на 2-й -- огранка, вызываемая взаимодействием направляющих головки с поверхностью отверстия, имеющей первичную огранку. При сверлении глубоких отверстий инструментом одностороннего резания с двумя жесткими направляющими без зазора головка базируется на поверхность отверстия их передними участками, что обусловлено изгибом стебля силой резания, имеющей плечо приложения относительно передних концов направляющих. При таком базировании вследствие малой площади контакта направляющих с поверхностью отверстия опора головки на его поверхность является, по существу, шарнирно-подвижной и не препятствует угловым колебаниям оси головки, обусловленным переменностью силы резания, что приводит к радиальным перемещениям калибрующей вершины относительно оси вращения заготовки. Известно, что для образования первичной огранки необходимо, чтобы частота указанных колебаний головки была, по крайней мере, в 2,5 раза больше частоты вращения заготовки или инструмента либо суммарной частоты их вращения.
Подобные документы
Геологическая характеристика месторождения, состояние горных работ. Режим работы рудника, механизация процессов очистной выемки. Расчет и обоснование разных вариантов системы разработки глубоких горизонтов. Вычисление закладки выработанного пространства.
курсовая работа [141,9 K], добавлен 16.01.2013Сущность и особенности определения истечения жидкости из резервуара через отверстия и насадки. Понятие и виды степени сжатия струи. Основные характеристики насадков при турбулентных режимах течения. Описание экспериментальной установки напорного бака.
реферат [747,1 K], добавлен 18.05.2010Классификация самоходных станков и колонковых установок для бурения глубоких взрывных скважин. Подземные буровые станки с перфораторами. Колонковые бурильные установки. Машины с погружными пневмоударниками. Самоходные буровые станки с пневмоударниками.
реферат [2,5 M], добавлен 25.08.2013Гидравлический расчет приборов для измерения давления в жидкости. Определение силы и центра давления на плоские затворы. Расчет коротких трубопроводов при установившемся движении без учета вязкости жидкости. Истечение из отверстий при переменном напоре.
курсовая работа [613,6 K], добавлен 27.12.2012Понятие и история разработки Тенгизского месторождения как одного из самых крупных и глубоких в мире из ныне разрабатываемых нефтяных месторождений. Причины аварии 1985-1986 годов, оценка негативных экологических последствий. Способы утилизации нефти.
презентация [316,9 K], добавлен 21.02.2015Понятие вибраций и источники их возникновения. Факторы, влияющие на колебания бурильной колонны. Признаки, последствия и контроль осевых, радиальных, вращательных и торсионных вибраций. Методика вычисления критической скорости вращения установки.
презентация [2,7 M], добавлен 15.09.2015Причины ледниковых эпох. Гипотезы возникновения крупных оледенений, их общая характеристика. Причины зональной дифференциации земного шара. Методы истории изучения оледенений. Последствия выбросов в атмосферу загрязнений антропогенного происхождения.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 31.03.2016Схема установки для бурения глубоких скважин. Устройство бурового станка для разведки и разработки месторождений нефтепродуктов. Применение гидравлических и электрических забойных двигателей. Ремонт автоматизированной групповой замерной установки.
отчет по практике [1,1 M], добавлен 16.10.2012План ограждения и озеленения территории вокруг родника. Родники - источники жизни. Растения, которые растут на горе. Отсутствие растительности на поверхности земли как основная причина возникновения эрозионных процессов. Состав почв изучаемой территории.
презентация [6,6 M], добавлен 10.04.2013Земля как объект исследования геологии. Демонстрация Кольской скважины в 1984 г. Пучеж-Катункская астроблема. Теплофизические измерения в глубоких и сверхглубоких скважинах. Самые глубокие скважины мира. Перспективы дальнейшего развития научного бурения.
курсовая работа [877,1 K], добавлен 02.07.2012
