6.2. Особенности конструкций других типов разверток

В ремонтном деле применяются цилиндрические ручные разверт­ки, регулируемые по диаметру. Одна из конструкций такой разверт­ки приведена на рис. 6.4, а. В корпусе 3 развертки, изготовленном из стали 9ХС, имеется отверстие, состоящее из конической и цилиндриче­ской частей, в которое помещается шарик 2, передвигаемый регулиро­вочным винтом 1 вдоль оси. Между зубьями по впадине сделаны про­дольные прорези. По мере перемещения шарика винтом за счет упругих деформаций стенок развертки увеличивается диаметр калибрующей части развертки. Величина Δ регулирования диаметра небольшая и берется в зависимости от диаметра развертки, например:

d,MM 10...20 20...30 30...50 Δ, мм 0,25 0,4 0,5

Машинные развертки, изготавливаемые насадными сборными (рис. 6.4, б), можно регулировать по диаметру за счет перестановки но­жей по рифлениям. Более тонкую регулировку можно осуществить путем перемещения ножей с рифлениями вдоль пазов, наклоненных под углом 5° к оси развертки. У таких инструментов ножи упираются торцами в регулировочную гайку с контргайкой, а их закрепление осуществляется специальными эксцентриковыми кулачками, боковые стороны которых прошлифованы по архимедовой спирали.

Есть и другие конструкции сборных разверток. При их эксплуатации следует иметь в виду, что после каждой регулировки необходимы шли­фовка и доводка развертки по диаметру, так как из-за жестких требо­ваний к точности разверток ее невозможно обеспечить только регули­ровкой.

Рис. 6.4. Развертки, регулируемые по диаметру:

а - ручная; б - машинная насадная сборная

Рис. 6.5. Развертки с кольцевой заточкой

Развертки с кольцевой заточкой нашли широкое применение в тяжелом машиностроении благодаря высокой производительности и на­дежности в работе.

Режущая часть таких разверток (рис. 6.5, а) не имеет заборного ко­нуса, а состоит из трех участков. В начале находится направляющий ко­нус длиной до 2 мм с углом φ = 45° и зубьями, заточенными с задним углом, равным α = 12°, снимающими припуск, как зенкер. Затем следуют второй и третий участки, выполненные в виде кольцевых поясков шири­ной b = 2...4 мм (в зависимости от размера развертки) и диаметром на 0,2...0,4 мм меньшим, чем диаметр калибрующей части. Главные режу­щие кромки, снимающие припуск, расположены на торцах уступов под углом φ = 90° к оси и имеют нулевой задний угол. Калибрующая часть – цилиндрическая, шлифуется по направляющим ленточкам шириной f без обратного конуса за одну установку. Число зубьев уменьшено, за счет чего увеличен объем стружечных канавок. В этом случае ориентировочно

z = 1,5d^1/2 с последующим округлением до ближайшего четного числа. Расположение зубьев по окружности равномерное. Стружечные канавки прямые, но для обработки прерывистых поверхностей применяют винто­вые канавки с направлением, обратным вращению развертки.

Благодаря тому, что главные режущие кромки расположены пер­пендикулярно к оси развертки (рис. 6.5, б), радиальная составляющая силы резания очень мала, а широкие кольцевые ленточки обеспечивают лучшее направление развертки в отверстии. При этом точность по диа­метру при обработке стали составляет JT8, шероховатость поверхности – Ra 1,25...0,63, а производительность по сравнению с обычными разверт­ками выше на 50 %. Благодаря простоте переточки по конусу и ленточ­кам такие развертки имеют большую стойкость, допуская от 10 до 20 пе­реточек.

Крепление разверток в шпинделе станка жесткое, а биение и несо­осность развертки с обрабатываемым отверстием должны быть не более 0,1 мм.

Развертки такой конструкции позволяют увеличить припуск под развертывание до 1 мм на сторону, причем их можно применять сразу после сверления, исключая операцию зенкерования.

Котельные развертки (рис. 6.6) применяют при подготовке отвер­стий под заклепки в двух или более соединяемых листах. Они получили широкое распространение в котло-, корабле- и авиастроении, а также при изготовлении мостовых конструкций.

Котельные развертки работают в тяжелых условиях, так как из-за неизбежных несовпадений осей отверстий в пакетах листов приходится удалять большой припуск – до 1...2 мм на сторону, т.е. почти как при зенкеровании. При этом обрабатываемые материалы, как правило, вязкие и пластичные.

Для лучшего направления разверток в отверстии, снижения осевых усилий и уменьшения шероховатости поверхности используются винто­вые зубья с углом ω = 25...30° с направлением, обратным вращению инструмента. Котельные развертки имеют малый угол заборного конуса, равный 2φ = 3...5°30' и, соответственно, большую длину режущей части, равную 1/3... 1/2 длины рабочей части инструмента. Число зубьев z = 4...6 при диаметре разверток d = 6...40 мм. Передний угол зубьев в сечении, перпендикулярном к винтовым канавкам, γ_N = 12... 15°, задний угол α = 10°. Зубья на калибрующей части имеют узкие направляющие ленточки шириной f = 0,2...0,3 мм с обратной конусностью 0,05...0,07 мм на 100 мм длины.

Рис. 6.6. Котельная развертка

Котельные развертки изготавливают как ручные с цилиндрическим хвостовиком, так и машинные с коническим хвостовиком, устанавливае­мые на радиально-сверлильных станках или на пневматических дрелях.

Дня лучшего направления разверток иногда впереди их рабочей час­ти предусматривают направляющие цапфы, как у зенковок. У разверток больших диаметров с целью обеспечения надежного дробления стружки на зубьях заборного конуса в шахматном порядке наносят стружкоделительные канавки.

Конические развертки применяют для получения точных кониче­ских отверстий под штифты (конусность 1:50), конусы Морзе и метриче­ские, посадочные отверстия насадных зенкеров и разверток (конусность 1:30) и др. Конические отверстия формируют либо из цилиндрических, полученных сверлением, либо из конических отверстий, полученных рас­точкой при обработке очень крутых конусов, например с конусностью 7:24.

Условия работы таких разверток очень тяжелые, так как у них длина режущих кромок, снимающих припуск, большая и равна длине образую­щей конуса, а толщина срезаемого слоя определяется перепадом диаметров.

Рис. 6.7. Комплект конических разверток:

а - черновая (№ 1); б - промежуточная (№ 2); в - чистовая (№ 3)

Требования к точности конических отверстий достаточно высоки, так как от нее часто зависят прочность и герметичность соединяемых деталей, величина передаваемого крутящего момента и др. При этом точность обработанных отверстий обеспечивается точностью изготовления разверток.

В отличие от цилиндрических, у конических разверток отсутствует разделение на режущую и калибрующую части, так как зубья, располо­женные на конической поверхности, являются одновременно и режущи­ми, и калибрующими.

При обработке отверстий с конусностью большей 1:20 приходится снимать припуск такой большой величины, что его можно удалить толь­ко с помощью комплекта разверток.

На рис. 6.7, а - в приведен комплект конических разверток из трех номеров, применяемый для обработки отверстий под конус Морзе.

Развертка № 1 – черновая, имеет ступенчатую форму зубьев, распо­ложенных по винтовой поверхности, которая совпадает по направлению с направлением вращения инструмента. Припуск снимается режущими кромками, расположенными на торцах зубьев, как при зенкеровании. По­сле прохода такой развертки цилиндрическое отверстие превращается в ступенчатое. У развертки № 1 стружечные канавки прямые, а их число равно 4...8 и зависит от диаметра конуса.

Развертка № 2 – промежуточная, имеет форму обрабатываемого от­верстия. Ее режущие кромки делятся на отдельные мелкие участки пря­моугольной резьбой, имеющей направление, обратное вращению инст­румента. Шаг резьбы Р = 1,5...3,0 мм, ширина канавок Р/2, а глубина h - 0,2Р. Эта развертка обеспечивает дробление снимаемого припуска на более мелкие ступени.

Развертка № 3 – чистовая, имеет прямые зубья по всей длине режу­щей части, а для более устойчивого положения развертки в отверстии на вершинах ее зубьев делаются ленточки шириной 0,05 мм. Эта развертка обеспечивает срезание остаточной части припуска и калибрует отверстие.

У конических разверток стружечные канавки прямые, передний угол на режущих кромках γ = 0°, задние поверхности зубьев у разверток № 1 затылованы, а у разверток № 2 и 3 заточены под углом α = 5°.

При обработке отверстий под штифты с конусностью 1:50 достаточ­но одной чистовой развертки, а с конусностью 1:30 необходимо исполь­зовать две развертки.

Развертки твердосплавные. Условия резания при развертывании благоприятны для применения твердых сплавов, так как для этих инст­рументов характерны малые нагрузки на режущие зубья, устойчивое по­ложение в отверстии и высокая жесткость. Применение твердых сплавов благодаря их высокой износостойкости в несколько раз повышает стой­кость разверток, особенно при обработке отверстий в труднообрабаты­ваемых сталях и высокопрочных чугунах. Однако реализовать возмож­ность повышения скорости резания в несколько раз при использовании твердосплавных разверток не удается из-за возникновения вибраций, ухудшающих качество обработанной поверхности. Только в конструкци­ях разверток одностороннего резания с использованием внутреннего на­порного охлаждения и с работой хвостовика на растяжение удалось при об­работке конструкционных сталей достичь скоростей резания v = 120 м/мин.

Использование твердых сплавов при оснащении обычных машин­ных разверток возможно в трех вариантах:

1) изготовление рабочей части целиком из твердых сплавов, полученных методом прессования или из пластифицированных заготовок с последующим их спеканием;

2) пайка стандартных пластин непосредственно на корпус развертки или на ножи в сборных развертках;

3) механическое крепление пластин на корпусе развертки.

Развертки диаметром до 3 мм изготавливают целиком из твердого сплава в виде трех-, четырех- или пятигранника (рис. 6.8, а) с заборным конусом, без стружечных канавок с отрицательными передними углами на режущих кромках. В этом случае снимаемые припуски чрезвычайно малы, а процесс резания подобен шабрению.

На рис. 6.8, б приведена конструкция развертки с цельной твердо­сплавной рабочей частью и стальным хвостовиком, соединенным пайкой. Такие развертки изготавливают диаметрами 3... 12 мм.

На рис. 6.8, в показана концевая развертка с твердосплавными пла­стинками, напаянными на корпус, а на рис. 6.10, г - насадная развертка с пластинами, напаянными на ножи, закрепленные винтами на корпусе инструмента. Такие развертки диаметрами 150...300 мм можно регули­ровать по диаметру с помощью подкладок под ножи.

Учитывая, что при развертывании температура резания невелика, в последнее время вместо пайки стали использовать высокопрочные клеи, что значительно упрощает процесс изготовления разверток и обеспечива­ет повышение стойкости твердосплавных пластин за счет отсутствия термических напряжений.

Рис. 6.8. Твердосплавные развертки: а - гранная цельная; б - с цельной твердосплавной рабочей частью, припаянной к хвостовику; в - хвостовая с напайными твердосплавными пластинами; г - насадная сборная с ножами, оснащенными твердым сплавом

Рис. 6.9. Твердосплавная развертка одностороннего резания

Развертки одностороннего резания изготавливают с одним или несколькими ножами и опорными пластинами. Благодаря выглаживаю­щему действию опорных твердосплавных направляющих, восприни­мающих радиальную составляющую сил резания и трения, они обеспечи­вают высокую точность отверстий и низкую шероховатость их поверхно­стей. Такие развертки изготавливаются серийно, например фирмой «Mapal» (Германия) в диапазоне диаметров 8... 100 мм, и применяются для развертывания неглубоких отверстий. Режущие пластины у них мо­гут быть регулируемыми по диаметру с использованием разных способов механического крепления. Один из вариантов таких разверток показан на рис. 6.9. За счет применения внутреннего напорного охлаждения СОЖ на масляной основе удалось достичь при обработке сталей следующих режимов резания: v = 70...90mm, S = 0,1... 0,5 мм/об, t = 0,15мм.

Твердосплавные развертки имеют следующие основные отличия от быстрорежущих: а) меньше длина рабочей части (у разверток с напайны-ми пластинами она равна длине пластин); б) малая длина заборного ко­нуса, так как с целью уменьшения вибраций угол ф увеличен до 45°; в) на режущих кромках при нулевых передних углах затачивают узкие упроч­няющие фаски с отрицательным передним углом у_ф = -5°; г) обратный конус из-за малой длины калибрующей части обычно не делают, его за­меняют закруглением по радиусу.

ФРЕЗЫ

Фрезерование широко применяют в машиностроении и приборостроении для обработки различных поверхностей корпусных и призматических деталей, а также винтовых поверхностей деталей тел вращения. В машиностроении фрезерные станки составляют 10 – 20% общего парка металлорежущих станков.

Фреза – многолезвийный вращающийся режущий инструмент, зубья которого последовательно вступают в контакт с обрабатываемой поверхностью в процессе резания. Относительно медленная подача производится движением обрабатываемой детали, закрепленной на столе фрезерного станка. В зависимости от вида обрабатываемой поверхности равномерное движение подачи может быть прямолинейно-поступательным, вращательным или винтовым. Фрезерованием выполняют разнообразные операции, что обусловило значительное разнообразие типов, форм, конструкций и размеров фрез. Основные типы фрез: а – цилиндрическая; б – торцовая; в – концевые; г – дисковая; д – шлицевая; е – угловая; ж – дисковая фасонная; з – шпоночная; и – шпоночная сегментная; к – для Т-образных пазов.

Цилиндрические насадные фрезы ГОСТ 3752-71. Такие фрезы применяют для фрезерования плоскостей; их делают насадными цельными или же сборной конструкции. Насадные цельные фрезы выпускают с мелкими зубьями для чистовой обработки и с крупными зубьями для чернового фрезерования плоскостей. Как правило, такие фрезы имеют винтовые остроконечные зубья. Диаметр фрезы оказывает существенное влияние на процесс резания и режу­щие свойства инструмента. При конструировании цилиндрических фрез определяют наименьший диаметр с учетом обеспечения необходимых размеров элементов, т. е.:

, где

d – диаметр отверстия под оправку; h₁ – высота шпоночного паза; Т – толщина стенки фрезы; h – высота зуба или глубина канавки.

Для повышения жесткости расчетный диаметр оправки увеличивают в 1,25—1,3 раза. По диаметру оправки определяют высоту h₁. Толщина стенки принимается конструктивно в пределах 5 – 12 мм так, чтобы . Высота зуба h должна определяться из условия, чтобы объем канавки был достаточным для размещения стружки. Практически она также принимается конструктивно. Для насадных фрез диаметром до 200 мм D = (2,5—3)·d. Стандартные цилиндрические насадные цельные фрезы изготовляют диаметром 40 – 100мм, длиной до 160 мм; насадные сборные со вставными зубьями из быстрорежущей стали – диаметром 100 – 250 мм, насадные, оснащенные винтовыми пластинками из твердого сплава – диаметром 63 – 125 мм, длиной 45 – 100 мм. Цилиндрические фрезы сборной конструкции с зубьями из быстрорежущей стали бывают одинарные и составные. Одинарные фрезы выпускают длиной 40, 50, 65мм. Длина составных фрез определяется числом фрез в комплекте.

Число зубьев должно быть по возможности наибольшим. Чем больше число зубьев, тем при прочих равных условиях большее число зубьев находится в контакте с заготовкой в процессе резания, тем больше суммарная длина режущих кромок, одновременно участвующих в работе, тем выше производительность и плавность процесса или же при неизменной производительности уменьшается подача на каждый зуб. Вследствие этого уменьшается шероховатость обработанной поверхности. Фрезы цилиндрические с мелким зубом служат для чистовой обработки плоскостей. Они работают с небольшими подачами, срезают сравнительно тонкие слои. Размер зубьев и объем стружечных канавок для этих целей требуются небольшие. Поэтому зубьев на дайне окружности данного диаметра фрезы разместится больше, чем у фрез с крупным зубом того же диаметра, которые используют для черновой обработки. Фрезы сборной конструкции со вставными ножами из быстрорежущей стали и с напаянными твердосплавными пластинками имеют меньшее число зубьев, чем цельные насадные фрезы, потому что элементы и условия крепления ножей требуют дополнительного пространства для их размещения, что неизбежно ведет к увеличению окружного шага между зубьями. Для уменьшения возможности возникновения вибраций при черновой обработке с большой глубиной резания насадные цельные фрезы с крупным зубом рекомендуется делать с неравномерным окружным шагом зубьев.

Направление и угол наклона зубьев. Цилиндрические фрезы для обработки плоскостей изготовляют с винтовыми и ко­сыми зубьями. При фрезеровании возникает осевая составляющая силы резания. Для одинарных фрез исключить ее невозможно. Для повышения устойчивости процесса резания желательно, чтобы осевая сила была направлена на шпиндель станка. Это возможно тогда, когда праворежущая фреза имеет левозаходное направление зубьев, и наоборот. Угол наклона зубьев к оси фрезы ω оказывает существенное влияние на равномерность процесса фрезерования. Наиболее благоприятные условия резания получаются при таком угле наклона зубьев, при котором процесс фрезерования становится равномерным. Под равномерным фрезерованием понимают такой процесс, при котором сила резания постоянна. Это происходит тогда, когда суммарная площадь сечения срезаемого слоя всеми зубьями, одновременно участвующими в работе – величина постоянная. Для цилиндрических фрез с винтовыми зубьями равномерное фрезерование может быть выполнено при определенных условиях, несмотря на то, что каждым зубом в данный момент времени срезаются слои разной толщины и в разные моменты времени – разной площади сечения.

Форма и геометрия зубьев. Цилиндрические фрезы имеют остроконечную трапециевидную форму зубьев или же параболическую – выпуклую. Причем для мелкозубых фрез форма зуба трапециевидная одноугловая с шириной лен­точки с = 0,6 – 0,8 мм, образующей задний угол α. Для крупнозубых фрез форма зуба усиленная двуугловая с шири­ной ленточки с = 1,2 – 1,5 мм. По прочности она приближается к параболической форме зуба, но более технологична. Параболическая форма зуба обеспечивает высокую прочность зуба, но она сложнее в изготовлении. Применяется для тяжелонагруженных крупнозубых цилиндрических фрез при черновом фрезеровании.

Фрезы сборной конструкции изготовляют сравнительно больших диаметров и оснащают ножами из быстрорежущей стали или твердого сплава. Фрезы с быстрорежущими ножами выпускают диаметром 100 – 250 мм. Фрезы с винтовыми твердосплавными зубьями по ГОСТ 8721—69 изготовляют диаметром 63 – 125 мм. Ножи из быстрорежущей стали делают прямыми и располагают в корпусе наклонно к оси фрезы. Такие фрезы называются косозубыми. Они бывают одинарные и составные. Одинарные могут быть длинными и короткими. Длинные имеют длину до 150 мм с углом наклона зубьев к оси ω = 15—20°. С увеличением длины фрезы угол наклона уменьшается. Это вызывается косым расположением паза и зуба в корпусе фрезы. Короткие одинарные фрезы имеют длину 40, 50 и 65 мм, угол наклона зубьев ω = 45⁰, число зубьев z = 8 – 12. Составные цилиндрические фрезы с зубьями из быстрорежущей стали представляют собой комплект, состоящий из нескольких коротких одинарных фрез, насаженных на одну оправку. В зависимости от ширины фрезерования число фрез в комплекте от 2 до 6. Фрезы имеют разное направление ножей для взаимной компенсации осевой составляющей силы резания. Цилиндрические фрезы можно изготовлять с прямыми твердосплавными пластинками, напаянными на вставные зубья. Пластинки выпускаются небольшой длины, поэтому на каждый зуб цилиндрической фрезы их напаивается несколько штук. Стыки пластинок на смежных зубьях располагают в шахматном порядке, и они выполняют роль стружколомателей. Они делаются радиусными или лучше в виде призмы под углом 120⁰ шириной 2 – 2,5 мм, глубиной 0,5 – 0,7 мм и затачиваются на необходимый задний угол. В нормальном сечении к винтовому зубу передний угол γ = -5 ÷ +5⁰, задний угол α = 16 – 20⁰.