Лекция 14 Зенкеры и развертки

1. Классификация.

2. Геометрические и конструктивные элементы.

Зенкеры

Получили распространение в массовом и крупносерийном производстве.

Предназначаются для:

1. Увеличения диаметров цилиндрических отверстий, полученных после сверления, отливки или штамповки.

2. Цилиндрических углублений (для головки винтов, шейки винтов и др.).

3. Конических углублений (для центровых отверстий под головки винтов, гнезд под клапаны и др.).

4. Для обработки фасонных и торцевых поверхностей.

Применяется для окончательной обработки отверстий или для предварительной (промежуточной) перед развертыванием.

Обеспечивают получение поверхностей 8 … 11 квалитетов точности, а в отдельных случаях и точнее, и шероховатости с параметром от R_a = 5 мкм до R_a = 0,63 мкм.

Процесс зенкерования по сравнению с обработкой отверстий расточными резцами и сверлом имеет ряд преимуществ:

1. Отпадает необходимость выставлять инструмент для врезания (т.е. “на размер”), что дает возможность сократить время обработки детали, повысить производительность и использовать рабочих более низкой квалификации.

2. Зенкер имеет большее число зубьев, благодаря чему обеспечивается более высокая производительность, зенкер медленнее теряет размер по диаметру, оказывает меньшее изгибающее усилие на шпиндель станка, чем расточные резцы.

3. Зенкер не нуждается в специальном оформлении перемычки. Условия резания улучшены.

Классификация зенкеров

1. По методу крепления:

   • хвостовые;

   • насадные.

2. По виду обрабатываемого отверстия:

• для обработки цилиндрических отверстий;

• для обработки конических отверстий;

• для подторцовки (под головки винтов и болтов);

• фасонные.

3. По конструкции:

• цельные;

• сварные;

• сборочные (со вставными зубьями).

4. По способу регулирования:

• регулируемые;

• нерегулируемые.

5. По характеру обработки:

• предварительные (зенкер №1);

• окончательные (зенкер №2).

Основные типы зенкеров стандартизованы.

Конструктивные элементы зенкеров включают (см. рис. 99, 100):

Рис. 99. Основные геометрические и конструктивные элементы хвостового зенкера

1. Диаметр зенкера d.

2. Число канавок (зубьев) и их профиль.

3. Геометрия режущей части:

• длина режущей части l₁;

• главный угол в плане φ;

• дополнительный угол в плане φ₁;

• задний угол α;

• дополнительный задний угол α₁;

• передний угол γ;

• ширина фаски (ленточки) f₁;

• угол наклона главной режущей кромки λ.

4. Геометрия калибрующей части:

• угол наклона канавок ω;

• геометрия ленточек;

• обратная конусность.

5. Длина рабочей части l.

6. Размеры шейки (для хвостового зенкера).

7. Форма и геометрия зажимной части.

Рабочая часть зенкера состоит из режущей и калибрующей частей.

Режущая (заборная) часть наклонена к оси под углом в плане φ , и выполняет основную работу.

Калибрующая часть служит для направления инструмента при работе, для калибрования отверстия и сохранения размера инструмента после его переточки.

Рис. 100. Общий вид насадного зенкера

Расчет зенкера

1. Диаметр зенкера, предназначенного для предварительной обработки отверстия под развертыванием (зенкер №1) выбирается меньше номинального диаметра отверстия на величину припуска под развертывание. Допуск на изготовление ориентировочно можно назначить равным 1/3 …1/4 от величины допуска на диаметр обрабатываемого отверстия.

Если зенкер предназначен для окончательной обработки (зенкер №2), то его диаметр рассчитывают с учетом допуска на диаметр отверстия, величины разбивки отверстия, запаса на износ инструмента.

2. При выборе числа зубьев следует обеспечить:

• достаточное пространство для размещения и отвода стружки – для этого целесообразнее брать меньшее число зубьев;

• малую шероховатость и высокую точность отверстия – для этого вы­бирают большее число зубьев;

• лучшее направление зенкера (малый увод оси) – для этого рекомендуется выбрать большее число зубьев.

Стандартами предусматриваются 2- и 3-канавочные зенкеры для d = 10 … 50 мм, 4-канавочные для d = 32 … 80 мм, 6-канавочные для диаметра зенкера более-58 мм. Форма профиля канавок требует проектирования специальных фрез. Наиболее применяемые формы профиля зуба и стружечной канавки (см. рис. 101) отличаются наличием или отсутствием ленточки и формой спинки зуба.

Рис. 101. Форма зуба и стружечной канавки

3. Геометрия режущей части (см. рис.108)

Режущая часть предназначена на удаления всего припуска на обработку.

Длина режущей части l₁ определяется как , где

t – глубина резания;

а – дополнительная величина для облегчения вхождения зенкера в отверстие, равная ;

φ – главный угол в плане.

φ = 60º – для обработки стали;

φ = 45 – 60º – для чугуна;

φ = 60 – 75º – для зенкеров с пластинами твердого сплава.

При обработке стали рекомендуется выполнять переходную кромку под углом шириной 0,3 … 1,0 мм. Зуб затачивается доостра с оставлением небольшой ленточки для контроля биения, равной (0,1 … 0,05)d (cм. рис. 102).

Углы резания, т.е. задний угол α и передний угол γ на рабочих чертежах принято указывать в плоскости а-а, проходящей через данную точку нормально к проекции режущей кромки на основную плоскость. Принято , . α₁ – для зенкеров со вставными зубьями, а также для твердосплавных зенкеров. Ленточку f оставляют с целью облегчения контроля биения зубьев на режущей части (рис. 102, б).

Величина биения, измеренная по нормали к режущей кромке, не должна превышать 0,05 … 0,06 мм.

Передний угол γ выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Для зенкеров, изготовленных в централизованном порядке, γ = 20º – для быстрорежущих зенкеров, γ = 8º – для твердосплавных. В общем случае γ = 0 … 30º.

Угол наклона режущего лезвия λ имеет большое значение для повыше­ния прочности зенкера и направления схода стружки (рис. 103). Обычно этот угол указывают на виде с торца как угол λ₁:

.

– чаще всего при нормальных условиях обработки сталей, чу­гуна, бронзы;

λ = 3 … 5° – для лучшего отвода стружки;

λ = 12 … 20° – для твердосплавных зен­керов с целью повышения прочности режущего лезвия;

λ₁= (–15 … –25°) – для обработки сквозных отверстий. В этом случае канавки на калибрующей части становятся бесполез­ными и их можно не выполнять, так как стружка будет сходить в сторону подачи, т.е. в сторону еще не обработанного отверстия.

Для уменьшения трения и изнашивания зубьев на калибрующей части диаметр калибрующей части уменьшают к хвостовику. Величина уменьшения 0,04...0,10 мм на 100 мм длины.

4. Геометрия калибрующей части.

Зенкеры изготовляют с прямыми, наклонными и винтовыми канавками. Прямозубые зенкеры обладают большей технологичностью в изготовлении и применяются для обработки твердых сталей, включая закаленные. Обычно прямозубые зенкеры оснащены твердым сплавом.

Угол наклона канавок ω зависит от свойств обрабатываемого материала. В общем случае ω = 10 … 25º. Для обработки сталей средней твердости и мягкой ω = 10º с плавным увеличением его к хвостовику до 20º.

Ширина ленточки f₁ = 0,8 … 2,0 мм. Основное назначение – для направления зенкера в процессе резания.

Обратная конусность предназначена для облегчения процесса резания и избежания возможного защемления зенкера в отверстии:

• диаметр до 18 мм: 0,04 … 0,08 мм на каждые 100 мм длины;

• свыше 18 мм: 0,05 … 0,10 мм на каждые 100 мм длины.

При утрате утонения необходимо зенкер подвергнуть дополнительному шлифованию по цилиндру и затачиванию зубьев.

У обычных зенкеров с углом φ = 60º при небольшой ленточке и достаточном утонении могут возникнуть во время работы большие вибрации. В этом случае целесообразно вместо увеличения ширины ленточки, (что приводит к большому налипанию стружки на ленточку), выполнить дополнительную переходную кромку (фаску) в 2…3º. Это устраняет вибрации.

Материал режущей части зенкеров:

Быстрорежущие: Р18; Р18Ф2К5; 9ХС.

Твердый сплав: Т15К6; Т30К4; ВК2; ВК6; ВК6М; ВК8; Т14К8. В этом случае часто вводится фаска f₁ = 0,2…0,3 с углом фаски γ_f = –10º.

Заточка зенкеров производится обычно на универсально-заточном станке.

Заточка передней поверхности имеет целью снять окалину и обезуглероженный слой, придать передней поверхности необходимые геометрические параметры и чистоту. При переточке передняя поверхность подвергается обработке только в случае ее износа или повреждения. Затачивается кругом тарельчатой формы. Прямые зубья — торцовой стороны круга. Винтовые — конической стороной.

Для получения нужного диаметра и достижения требуемого параметра шероховатости ( ) мкм ленточка f₁ на калибрующей части доводится чугунным притиром (из серого пористого чугуна) с использованием паст ГОИ (для быстрорежущей стали) или алмазной пасты (для твердосплавных зенкеров).

Разбивка диаметра отверстия может быть чаще всего у насадных зенкеров – за счет зазоров между оправкой и зенкером, из-за явления нароста на зубьях.

Разбивка отверстия может быть как положительная (когда диаметр полученного отверстия получается больше номинального диаметра зенкера) так и отрицательная (когда диаметр отверстия получается меньше номинального диаметра зенкера). Последний случай возможен при обработке тонкостенных заготовок, при увеличенных упругих деформациях обрабатываемого материала, при малых углах φ.

Причины разбивки отверстия еще недостаточно изучены. На величину разбивки влияет большое число факторов, например: конструктивные и геометрические параметры инструмента; диаметр отверстия; обрабатываемый материал; скорость резания и подача; вид охлаждающей жидкости; метод крепления инструмента; величина припуска; состояние оборудования и др.

На рис.104 схематически показана конструкция алмазного зенкера. Такие зенкеры позволяют получить точность обработанного отверстия 7 … 8 кв. стандартов СЭВ, шероховатость поверхности R_z = 8 … 12 мкм. Используют хонинговальные бруски с характеристикой АРК 400/312 100% МК2. Работают с охлаждением.