ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

В большинстве случаев определение термина «глубокое отверстие» основывается на отношении длины отверстия к его диаметру ?/d. При этом разделение отверстий на глубокие и обычные колеблется от трех до десяти [20]. В большинстве исследований, посвященных проблемам обработки глубоких отверстий [26, 90, 98], в качестве численной границы принимают Ш > 5.

В работе [92] отмечается, что к глубоким могут быть отнесены такие отверстия, изготовление которых связано с необходимостью применения специальных инструментов, оборудования и методов обработки и не может быть качественно осуществлено с помощью инструментов и способов обработки, применяемых для получения отверстий нормальной длины.

Для получения глубоких отверстий используются следующие методы:

• сплошного сверления, при котором весь материал, расположенный в

объеме будущего отверстия, измельчается в стружку;

• кольцевого сверления, при котором в стружку переходит только кольцевая полость.

Первый метод получил гораздо большее распространение на практике, так как. процесс кольцевого сверления отличается сравнительно низкой надежностью и высокой сложностью осуществления. Кроме того, метод кольцевого сверления применяется для сверления отверстий относительно большого диаметра, более 30 мм [101].

Задача повышения надежности процесса глубокого сверления особенно актуальна при использовании электроинструмента (машин сверлильных), имеющего ограничения по диаметру обработки (в стали, пластике, композитах, многослойных материалах - до 10... 16 мм). Необходимо отметить, что при заданной величине вылета инструмента прочность сверла резко снижается с уменьшением его диаметра. Необходимость поиска методов повышения надежности процесса сверления глубоких отверстий электроинструментом диктуется тем обстоятельством, что сам процесс обладает рядом особенностей, с которыми в значительной степени связаны трудности, возникающие в процессе обработки.

Сверление занимает особое место среди методов получения глубоких отверстий. Специфичность операции заключается в том, что инструмент должен прокладывать себе путь в сплошном материале, не имея заранее подготовленной опоры и жесткого направления. Процесс характеризуется значительной нестабильностью из-за неоднородности качества обрабатываемого материала. Стружкообразование протекает в сложных условиях несвободного резания, характеризующегося образованием сливной стружки и стружки скалывания.

Отмеченные особенности приводят к образованию стружки сложной формы, отвод которой в большинстве случаев вызывает значительные трудности. Условия работы сверла становятся тем тяжелее, чем больше глубина сверления, что обусловлено трудностью подачи свежей смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) в зону резания, большим временем соприкосновения стружки со стенками отверстия, значительным возрастанием температуры в зоне резания. Неоднородность физико-механических свойств обрабатываемого материала, периодическое образование нароста на режущих лезвиях сверла приводят к значительным колебаниям силовых факторов в процессе обработки. По мере заглубления имеет место накопление стружки в стружкоотводящих канавках, что приводит к возрастанию силовых параметров с увеличением глубины обработки. В отдельных случаях наблюдается пакетирование стружки, что приводит к резким колебаниям крутящего момента.

Все это в конечном итоге, снижает производительность сверлильного оборудования, реализующего жесткий цикл обработки, т.е. для обеспечения требуемой надежности и качества процесса приходится значительно снижать режимы обработки. Раскрытию особенностей процесса сверления глубоких отверстий, а также вопросам создания специализированного оборудования посвящены известные работы М.М. Тверского [89], В.Н. Подураева [68], В.Л. Заковоротного [23], В.А. Остафьева [64], И.Д. Румянцевой, В.А. Полетаева и других ученых.

В работах исследованы закономерности изменения силовых параметров при сверлении глубоких отверстий, температуры в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью, влияние условий протекания процесса на характер стружкообразования. Во всех случаях установлено, что одной из специфических особенностей операции является нарастание параметров нагрузки по мере заглубления сверла при выполнении каждого единичного заглубления.

Выполненный анализ процессов, протекающих при сверлении глубоких отверстий, в большей степени является качественным [98, 54, 34]. В упомянутых исследованиях недостаточно разработаны вопросы закономерностей изменения силовой нагруженности и стойкости инструмента при сверлении глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах, а также не учтены особенности возникновения параметрических отказов при использовании такого технологического оборудования как электроинструмент.

Как уже отмечено ранее, особенностью процесса глубокого сверления является сложность отвода образующейся стружки. Ее накопление в стружкоотводящих канавках оказывает существенное влияние на величину осевого усилия и крутящего момента. Важное значение имеет динамика движения стружки, которая зависит от свойств поверхности стружкоотводящих канавок, формы и угла их наклона, наличия и типа смазочноохлаждающей жидкости.

Указанные особенности приводят к тому, что при неизменных режимах сверления глубокого отверстия механические напряжения в инструменте достигают критических значений, что в свою очередь приводит к возникновению его деформаций и снижению точности обработки, а часто и к поломке сверла.

Дефекты, которые могут сопровождать операцию глубокого сверления, весьма разнообразны и имеют различную природу. Они могут возникать вследствие увода оси сверла от заданного направления, искривления заготовки, вибрационных колебаний стебля сверла в процессе обработки, особенно в момент врезания в заготовку и выхода из нее. На качество обработки существенное влияние оказывает степень износа направляющих (конусность) и режущих кромок сверл [90].

Вибрация инструмента приводит к образованию огранки на поверхности обрабатываемого отверстия, износ направляющих вызывает появление конусности [68]. Кроме того, по этой причине возникают поверхностные дефекты обработки: крупные царапины, повышенная шероховатость поверхности. На величину шероховатости также оказывает влияние качество применяемой СОТС и ее фильтрация.

Избыточная радиальная сила, действующая на режущие кромки сверла перпендикулярно его оси, вызывает появление бочкообразного отверстия, при этом сверло теряет опору в отверстии, а увеличение диаметра в ряде случаев приводит к неисправимому браку. Задиры на поверхности отверстия возникают из-за выкрашивания режущих кромок и направляющих, а также при заклинивании вымываемой стружки между поверхностью отверстия и направляющими сверла.

Для выявления путей дальнейшего решения задачи повышения надежности обработки глубоких отверстий целесообразно провести анализ работ на основании метода, который позволил бы рассмотреть допущения и предпосылки, принимаемые различными авторами, а также сравнить между собой различные схемы и пути решения. Подобный анализ проведен с помощью таблиц анализа [100].

Параметры А1, А2, ..., AN определяют выбор решения, а А1.1, А 1.2, ..., A1.N - значения этих параметров. Множество А = {А 1, А2, ..., AN} представляет собой множество существующих решений (область отправления), множество В возможных решений (область прибытия) записывается в виде:

В = {В1, В2, ..., ВМ},

где В1, В2, ВМ - значения отдельных решений, М-число решений.

Строки таблицы заполняются знаком «+», если некоторое решение В существует для параметра А.

В качестве исходных показателей выбраны следующие:

А1 - методы повышения качества и надежности:

  • 1 - оптимизация геометрии режущего инструмента;
  • 2 - оптимизация технологического оборудования;
  • 3 - многопроходное сверление;
  • 4 - адаптивное сверление;
  • 5 - вибрационное сверление;
  • 6 - глубокое сверление.

А2 - глубина отверстия:

  • 1 - обычные отверстия Ш < 5;
  • 2 - глубокие отверстия Ш > 5.

АЗ - регулируемые параметры:

  • 1 - крутящий момент;
  • 2 - осевая сила;
  • 3 - жесткость инструмента.

А4 - управляющие воздействия:

  • 1 - осевая подача инструмента;
  • 2 - частота вращения шпинделя;
  • 3 - дополнительные воздействия.

А5- предохранительные устройства:

  • 1 - от поломок сверла;
  • 2 - от увода оси отверстия;
  • 3 - от «раскручивания» сверла;

4 - от перегрузок привода (по крутящему моменту, осевой силе, мощности, давлению СОТС).

А6- оборудование для сверления:

  • 1 - сверлильный станок;
  • 2 - сверлильная головка;
  • 3 - электроинструмент;
  • 4 - глубокосверлильный станок.

А7-вид обработки:

  • 1 - сплошное сверление;
  • 2 - кольцевое сверление;
  • 3 - глубокое сверление;
  • 4 - кольцевое глубокое сверление;
  • 5 - вибрационное глубокое сверление;
  • 6 - эжекторное глубокое сверление.

А8 - характеристики инструмента:

  • 1 - спиральные сверла;
  • 2 - шнековые сверла;
  • 3 - трубчато-лопаточные сверла (ружейные);
  • 4 - лопаточные сверла (пушечные);
  • 5 - сверла одностороннего резания;
  • 6 - сверла двустороннего резания;
  • 7 - кольцевые сверла.

А9- метод исследования:

  • 1 - теоретический;
  • 2 - экспериментальный;
  • 3 - экспериментально-теоретический.

А10 - показатели качества исследуемой поверхности:

  • 1 - точность размеров;
  • 2 - точность формы в продольном сечении;
  • 3 - точность формы в поперечном сечении.

АН - учет деформации тел:

  • 1 - экспериментально;
  • 2 - по теории балок, плит и пластин.

А12 - учет износа инструмента:

  • 1 - экспериментальный;
  • 2 - теоретический.

А13- методы контроля:

  • 1 - непосредственное измерения параметров;
  • 2 - косвенный контроль параметров.

В Приложении А указана часть обследованных показателей, характеризующих проблему повышения надежности обработки отверстий. Конкретные значения показателей пронумерованы числами 1, 2, М в порядке записи. Источники публикаций обозначены по фамилии первого автора и номером, соответствующим позиции публикации в списке используемых источников.

Как следует из табл. А. 1 (приложение А), одни из показателей разработаны более детально, чем другие. Анализ показывает, что публикации по вопросам повышения качества обработки отверстий и надежности процесса сверления глубоких отверстий охватывают различные технологические методы и различные виды оборудования для сверления, но в то же время вопросы оптимизации технологического оборудования, в частности системы электроинструмента, вопросы моделирования процесса формирования параметрических отказов по точности размеров и формы отверстия в продольном и поперечном сечениях, вопросы предохранения сверла от поломок, от увода оси отверстия, от раскручивания рабочей части и от перегрузок привода представлены недостаточно полно либо вообще отсутствуют.

Опыт предыдущих исследований показывает, что, несмотря на большое количество разработок, связанных с усовершенствованием конструкции режущего инструмента, улучшением СОТО, оптимизацией режимов резания, не удается устранить принципиальное свойство процесса сверления глубоких отверстий - изменение силовой нагрузки на инструмент в процессе заглубления, приводящее к раскручиванию сверла, уводу оси отверстия и поломке инструмента.

Указанные обстоятельства обусловливают необходимость разработки методов повышения надежности процесса сверления глубоких отверстий, в частности, при использовании электроинструмента - сверлильных машин.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >