14.7. Зенкерование и развертывание

14.7.1. Элементы и геометрические параметры зенкера и развертки

Элементы зенкера. На рис. 14.22 показаны элементы и части цилиндрического зенкера. По форме режущей части зенкер напоминает спиральное сверло, но в отличие от сверла он имеет не две, а три или четыре главные режущие кромки, расположенные на режущей части; кроме того, зенкер не имеет поперечной кромки.

Цилиндрический зенкер имеет следующие части: 1) режущая (заборная) часть, несущая режущие кромки, расположенные под углом в плане φ = 45…60°; она выполняет основную работу резания; 2) калибрующая (направляющая) часть, имеющая узкие фаски и служащая для направления зенкера в отверстии в процессе резания; 3) хвостовик, служащий для закрепления зенкера.

Рис. 14.22. Элементы и части цилиндрического зенкера

Геометрические параметры зенкера показаны на рис. 14.23. Передний уголγ измеряется в главной секущей плоскости P_τ – P_τ, перпендикулярной к проекции режущей кромки на основную плоскость; в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала и материала зенкера γ назначается от 0 до 15°. Задний угол α измеряется также в плоскости P_τ – P_τ и делается в пределах 8…10°. Угол наклона винтовой канавки ω принимают в пределах 10…30°. Зенкер имеет обратный конус под углом φ₁ = 1…2,0°.

Рис. 14.23. Геометрические параметры зенкера

Элементы развертки. Развертка (рис. 14.24) внешне похожа на зенкер, но отличается от него большим числом режущих кромок (от 6 до 12) и более пологой режущей (заборной) частью; нагрузка, приходящаяся на режущие кромки развертки, значительно меньше, чем у зенкера. Все это влияет на повышение точности и уменьшение шероховатости стенок отверстия после развертывания.

Развертка, как и зенкер, состоит из рабочей части, шейки и хвостовика.

Рис. 14.24. Элементы цилиндрической развертки

Рабочая часть развертки состоит из трех элементов: режущей части, цилиндрической (калибрующей) части и обратного конуса; в длину рабочей части входит и направляющий конус, имеющий угол при вершине 90°. Режущая часть является главным элементом рабочей части зуба; она производит основную работу развертывания с помощью главных режущих кромок, наклоненных к оси под углом в плане φ и образующих угол заборного конуса 2φ. У ручных разверток φ = 0,5…1,5°, а у машинных при обработке сквозных отверстий в стальных заготовках φ = 15° и в чугунных заготовках φ = 5°. Для твердосплавных разверток φ = 30…45°.

Цилиндрическая часть служит для калибрования отверстия и направления развертки в отверстии. Обратный конус делают для уменьшения трения рабочей части развертки о стенки отверстия.

Режущие зубья развертки должны иметь правильно подобранные углы – передний γ и задний . Эти углы измеряют в плоскости P_τ – P_τ, перпендикулярной к режущей кромке; выбирают их в зависимости от обрабатываемого материала и назначения развертки.

Для разверток из инструментальных сталей при черновой обработке вязких металлов передний угол γ выбирают в пределах 5…10°, а при чистовой обработке γ = 0°. Для разверток, оснащенных пластинками из твердого сплава, оптимальным передним углом, является γ = 0…15°. Задний угол на режущей части измеряют также в плоскости P_τ – P_τ; выбирают этот угол в зависимости от обрабатываемого материала: от 10 до 12° для алюминия и его сплавов и от 6 до 10° для углеродистой и легированной сталей с σ_в > 500 МПа.

Углы на калибрующей части развертки измеряют в плоскости N–N.

14.7.2. Элементы режима резания, силы, износ и стойкость при зенкеровании и развертывании

Глубина резания, мм, равна полуразности диаметров отверстия до и после обработки (рис. 14.25), т.е.

.

Подача при зенкеровании или развертывании выражается в миллиметрах за один оборот инструмента (мм/об). Если обозначить подачу зенкера или развертки через s, а число зубьев через z, то подача на один зуб, мм/зуб (режущую кромку)

.

Толщина среза, мм, снимаемая каждым зубом зенкера (развертки),

.

Ширина среза, мм,

.

а) б)

Рис. 14.25. Схема работы зенкера (а) и развертки (б)

Площадь поперечного сечения среза, мм², приходящаяся на одну режущую кромку зенкера (развертки),

.

Общая площадь поперечного сечения среза, мм²,

.

Скорость резания, м/мин, при зенкеровании (развертывании) определяется по той же формуле, что и при сверлении, т.е.

,

где D – диаметр зенкера (развертки), мм; п – число оборотов в мин.

Основное машинное время, мин, при зенкеровании (развертывании) определяется по формуле

,

где L – полная длина пути, проходимая зенкером (разверткой) в направлении движения подачи, мм; l – глубина зенкерования (развертывания), мм; у – путь врезания, мм, определяемый по формуле

,

здесь φ – главный угол в плане; l₁ – перебег инструмента, равный 1…3 мм.

Силы резания. Равнодействующую сил сопротивления резанию при зенкеровании (развертывании) можно разложить так же, как и при сверлении, на составляющие силы P_z, P_y и Р_х, действующие в трех направлениях.

Касательные силы, действующие в плоскости вращения зенкера (развертки), создают момент сопротивления резанию М, преодолеваемый механизмом главного движения станка. Силы, действующие вдоль оси, преодолеваются приложением в механизме подачи соответствующей осевой силы Р₀. Силы P_y, противоположные по направлению, взаимно уравновешиваются.

Момент, Нм, и силу подачи, Н, при зенкеровании (развертывании) можно определить по формулам

;

,

где С_м и С_р – коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал и условия резания; D – диаметр зенкера (развертки), мм; s – подача, мм/об; t – глубина резания (припуск на обработку), мм; x_м, y_м, u_м, x_p, y_p и u_p – показатели степеней.

Значения коэффициентов и показателей степеней приведены в соответствующих справочниках.

При зенкеровании стальных заготовок, имеющих σ_в = 750 Н/мм², зенкером, оснащенным пластинками из сплава Т15К6, С_м = 943; х_м = 0,75; y_м = 0,95; u_м = 0,8.

Эффективную мощность, кВт, затрачиваемую на зенкерова-ние (развертывание), определяют по формуле

.

Износ зенкеров. Зенкеры обычно изнашиваются по задней поверхности, по передней поверхности (с образованием небольшой лунки), по уголкам и по ленточке (рис. 14.26). За критерий затупления зенкеров из быстрорежущей стали принимают:

а) при обработке конструкционных углеродистых и легированных сталей с охлаждением – износ по задней поверхности h_з = = 1,2…1,5 мм;

б) при обработке жаропрочной стали Х18Н9Т с охлаждением – износ по задней поверхности h_з = 0,4 мм;

в) для зенкеров, оснащенных пластинками из твердого сплава, за критерий затупления принимают износ по задней поверхности у ленточки; величина допустимого износа приведена в промышленных нормативах.

Например, при обработке хромокремниемарганцовистой стали, имеющей σ_в =1150…1700 МПа с охлаждением, допустимый износ h_з = 0,6 мм.

а) б)

Рис. 14.26. Износ зенкеров: а) быстрорежущего;

б) оснащенного пластинками из твердых сплавов

Рис. 14.27. Износ зубьев развертки

Износ разверток. Развертки, срезающие очень тонкие слои металла, изнашиваются в основном по задней поверхности и уголку в месте перехода режущей части в цилиндрическую (калибрующую) часть (рис. 14.27). При этом вследствие изменения размеров развертки увеличивается шероховатость обработанной поверхности и уменьшается точность размеров отверстия. Поэтому за критерий затупления развертки принимают такую величину износа, при которой обработанное разверткой отверстие перестает удовлетворять техническим условиям, т.е. выходит за пределы допуска и перестает удовлетворять требованиям шероховатости. Это так называемый технологический критерий износа инструмента.

Максимально допустимыми величинами износа разверток из быстрорежущей стали являются h_з = 0,6…0,8 мм при обработке углеродистых и легированных машиноподелочных сталей с ох-лаждением и h_з = 0,25…0,3 мм при обработке жаропрочной стали Х18Н10Т с охлаждением.

За критерий затупления твердосплавных разверток принимают:

а) при обработке незакаленных машиноподелочных сталей износ по задней поверхности h_з = 0,4…0,7 мм;

б) при обработке закаленной стали с σ_в = 1800 Н/мм² h_з = = 0,4…0,35 мм.

Скорость резания при зенкеровании и развертывании зависит от обрабатываемого материала и материала инструмента, диаметра инструмента D, периода стойкости Т, глубины резания t, подачи s и других факторов.

Скорость резания, м/мин, допускаемая режущими свойствами зенкеров и разверток, определяется по формуле

.

Значения коэффициентов, показателей степеней и рекомендуемой стойкости приводятся в справочниках по режимам резания.