Способы образования и обработки отверстий под болты и заклепки

В зависимости от требований к точности и другим характеристикам для образования и обработки отверстий применяют комбинации сверления, зенкерования, развертывания, протягивания, пробивки, раскатывания, дорнования. Качество подготовки отверстия является решающим фактором ресурса соединения. Трудоемкость подготовки отверстий составляет до 30% от общей трудоемкости выполнения соединений.

Сверление. Сверление применяется для образования предварительного размера отверстия. С помощью сверления в окончательный размер можно получит отверстия 12…14 квалитетов. Часто сверление совмещают с зенкованием гнезда под потайные головки заклепок и болтов.

Качество поверхности стенок отверстия после сверления определяется полученной шероховатостью и остаточными напряжениями в поверхностном слое. Шероховатость поверхности после сверления определяется геометрией сверла, кинематикой его перемещения, свойствами материалов и другими факторами. Для Д16АТ и подобных сплавов шероховатость не превышает Rz 20, для сталей – Rz 80. Зависимость сопротивления усталости от шероховатости поверхности обратная: чем больше шероховатость, тем меньше число циклов нагружения до разрушения. Точность просверленных отверстий зависит от жесткости элементов пакета, толщины пакета и жесткости приводного устройства.

Качество просверленных отверстий контролируется визуально с помощью калибров-пробок, по которым определяют диаметр просверленного отверстия (проходная, непроходная сторона) и перпендикулярность оси отверстия относительно поверхности детали.

Одним из показателей, характеризующих качество поверхности потайного клепаного шва, является наблюдаемое после клепки выступание или углубление головок потайных заклепок относительно поверхности листа. Величина выступания или углубления головок заклепок и зазоров между головкой и гнездом оказывают существенное влияние на прочность соединения, его коррозионную стойкость и герметичность шва.

Образование гнезд под головки потайных заклепок является очень ответственной операцией. Гнезда под головки потайных заклепок могут быть получены различными способами: зенкованием, штамповкой или комбинацией зенкования и штамповки.

Зенкование производится двумя способами: одновременно со сверлением или отдельной операцией. Зенкование с одновременным сверлением занимает меньше времени, и гнездо получается более высокого качества, чем при раздельном сверлении и зенковании.

Зенкерование. Зенкерование применяют для увеличения диаметра предварительно просверленного отверстия, поэтому усилие осевой подачи меньше, чем при сверлении. Точность отверстий после зенкерования примерно на один квалитет выше, а шероховатость примерно вдвое меньше.

При зенкеровании используются зенкеры. Зенкеры имеют три-четыре режущие кромки, поэтому процесс резания проходит более устойчиво, чем сверление. Зенкерование применяют для образования отверстий 10…11-го квалитетов.

Развертывание. Когда требуется получить отверстия точнее 10-го квалитета, применяется окончательная обработка развертыванием. Развертывание осуществляется, как правило, с малым припуском (0,02 – 0,2 мм) с небольшими подачами (0,1 – 0,5 мм/об) для обеспечения спокойных условий резания. Шероховатость поверхности в этом случае не высокая (0,04 – 5 мкм), точность отверстий может быть получена в пределах 7…8-го квалитетов.

Протягивание. Операция протягивания применяется для окончательной обработки отверстий с полем допуска 7…9 квалитетов в однородных и смешанных пакетах. Протягиванием обеспечивается обработка отверстий диаметром 5…24 мм в пакетах толщиной 5…70 мм.

Технологический процесс получения точных отверстий протягиванием представляет собой снятие режущим инструментом – протяжкой – определенного припуска металла с заранее подготовленного отверстия путем перемещения инструмента в продольном направлении с вращением или без него.

Главное достоинство протягивания во время сборочных работ – меньшая зависимость качества от квалификации исполнителя по сравнению с развертыванием.

Упрочнение отверстий методами пластической деформации. В целях увеличения ресурса соединений применяется раскатывание или дорнирование – пластическое деформирование поверхности отверстия. Стружка при этом не образуется и материал не удаляется.

Деформирование поверхностных слоев отверстия повышает жесткость соединения и его выносливость – ресурс работы при повторно статических и вибрационных нагрузках.

Раскатывание осуществляется за счет качения роликов между направляющей инструмента и поверхностью. При раскатке обеспечивается высокая точность обрабатываемого отверстия и зеркальная поверхность его стенок в смешанных пакета из титановых сплавов и алюминиевых сплавов, а также стальных деталей.

Значение оптимального натяга при раскатывании отверстий составляет 0,6—0,8%. После раскатывания с этим натягом отверстий в пластине из алюминиевого сплава ДI6Т величина остаточных напряжений на глубине около 0,3 мм достигает 160—200 МПа. Вблизи поверхности отверстия величина этих напряжений уменьшается в 2,5—4 раза. Применение раскатки отверстий под болты позволяет увеличить долговечность болтовых соединений в 2-3 раза. Достоинствами процесса раскатывания отверстий, кроме указанного обеспечения благоприятного НДС вблизи отверстия, являются: — снижение шероховатости поверхности отверстия в результате его раскатывания — отсутствие необходимости в применении специального механизированного инструмента. К недостаткам процесса раскатывания отверстий следует отнести — отклонения диаметров отверстий после раскатки, превышающие предельные отклонения по Н9; — сложность конструкции раскатников и, соответственно, их высокая стоимость; — невозможность создания надежной конструкции раскатников для обработки отверстий диаметром менее 8 мм; — необходимость периодической регулировки раскатников для обеспечения заданной точности обработки отверстий; — необходимость выдерживая в процессе раскатки осевой подачи в пределах 0,4—0,8 мм/об. Раскатывание с меньшей подачей приводит к многократному прокатыванию роликов по одному и тому же месту поверхности отверстия, что вызывает перенаклеп и шелушение поверхности.

Раскатыванию должно предшествовать зенкерование (для отверстий с точностью по 11-му квалитету) или развертывание (для отверстий по 7-му квалитету). Припуск под раскатывание определяется в зависимости от диаметра отверстия и материала в пределах до 0,05 мм.

В условиях агрегатной сборки раскатывание производится с применением ручного механизированного инструмента с частотой вращения не более 350 оборотов в минуту.

Дорнирование отверстий осуществляется путем протягивания через отверстие шариков или специального инструмента – дорна. Протягивание дорна в условиях агрегатно-сборочного производства обеспечивается ручными прессами, аналогичными используемым при протягивании.