что такое глубокое сверление
Несколько слов о глубоком сверлении
Этой небольшой заметкой мы хотели бы начать разговор о глубоком сверлении. Операция глубокого сверления является одной из наиболее сложных с точки зрения людей, не сталкивающихся с ней повседневно, и у некоторых вызывает даже некоторый страх. Мы попробуем показать, что при правильном подборе инструмента, оборудования и условий обработки глубокое сверление не так сложно, как кажется.
По общепринятой терминологии «глубокими» считаются отверстия глубиной больше 10xD, где D— диаметр отверстия. Упоминание о глубоком сверлении традиционно ассоциируется с необходимостью использования специализированного инструмента сверл для глубокого сверления (однолезвийных пушечных или эжекторных). Тем не менее, это не совсем так. Попробуем коротко, не вдаваясь в особенности конструкции, показать, какие еще инструменты могут быть использованы для обработки глубоких отверстий. В производственной программе фирм, производящих современный быстрорежущий инструмент (Fette, Guehring, Titex Plus) присутствуют сверла сверхдлинной серии с крутым углом подъема спирали стружечной канавки. Как правило, эти сверла выпускаются в диапазоне диаметров до 12 мм с цилиндрическим хвостовиком с возможной глубиной сверления до 25-30 диаметров. Сверла большего диаметра выпускаются с коническим хвостовиком, для глубин до 10-12 диаметров. Для удаления стружки подобные сверла используются в циклах глубокого сверления с выводом сверла из отверстия.
Кроме быстрорежущих сверл в последнее время появились цельные твердосплавные сверла, позволяющие вести обработку на глубину до 12 диаметров. Обычно это сверла с прямыми стружечными канавками и каналами внутреннего подвода СОЖ. Диапазон диаметров (как и для всех цельных твердосплавных сверл) ограничен рамками 3-20 мм. Такие сверла можно увидеть в программе фирм Fette, Biax, НАМ. Еще одним альтернативным вариантом являются сверла с пластинами. Здесь можно выделить конструкцию сверл KSEM фирмы Kennametal Hertel, позволяющую в диапазоне 16-32 мм сверлить на 10 диаметров, как сверлом из цельного твердого сплава. Ну, а для больших диаметров (до 300 мм) применяются системы со сменными многогранными пластинами и пилотными сверлами (например, HTS от Kennametal Hertel). Глубина сверления такими сверлами ограничена только технологическими условиями обработки. Есть еще и другие варианты обработки глубоких отверстий, но, тем не менее, основным технологическим приемом остается сверление с помощью сверл глубокого сверления.
Преимущества этого вида обработки проявляются в высокой точности, оптимальной прямолинейности и хорошем качестве поверхности. Лидерами по производству таких сверл на европейском рынке являются фирмы Botek, Guehering, Tiefbohrtechnik, Sandvik. Основные технические и конструктивные особенности продукции каждой из фирм подробно изложены в их каталогах. В этой статье будут изложены наиболее общие аспекты применения таких сверл.
Большинство применяемых сегодня сверл глубокого сверления конструктивно относится к двум группам:
Вот две основные предпосылки использования любых сверл для глубокого сверления:
Указанные особенности операции глубокого сверления привели к созданию специального типа оборудования станков для глубокого сверления. Такие станки обеспечивают подвод СОЖ под большим давлением и с большим расходом через инструмент, а также оснащены системой направляющих втулок и люнетов для направления сверла. Схема сверления на таком станке приведена на рисунке.
Появление на рынке обрабатывающих центров с эффективными системами подвода СОЖ через шпиндель и инструмент позволили реализовать сверление глубоких отверстий непосредственно в цикле полной обработки детали. Роль кондукторных втулок выполняет пилотное отверстие. Схема такой обработки показана на рисунке, а технология выглядит так:
Несколько графиков, приведенных в этой статье, призваны показать каких параметров мы можем добиться от сверл глубокого сверления. Разумеется, при соответствующем состоянии оборудования и, главное, при соблюдении всех технологических параметров обработки. Показанные графики описывают сверла одностороннего резания.
При обработке такими сверлами потребитель вправе рассчитывать на получение допуска IT7-IT9. Достаточно высокая точность достигается за счет того, что силы резания перераспределяются на боковые поверхности твердосплавной головки (в отличие от спиральных сверл, где нагрузка передается на ленточки). Боковые поверхности под воздействием этой силы полируют внутреннюю стенку отверстия, что позволяет получить очень хорошие результаты шероховатости. На конечную шероховатость оказывает влияние и качество СОЖ, выполняющей функции полироли.
Хорошие результаты показывают такие сверла и по таким параметрам, как прямолинейность отверстий и отклонение от оси. На прямолинейность могут оказать негативное влияние включения или изменения структуры материала (отбел, раковина и т. д.). С точки зрения отклонения от оси опять положительную роль играет перераспределение сил резания (разноперость спиральных сверл вызывает дисбаланс сил и, как следствие, увод сверла от оси отверстия).
При выборе конкретного типа сверла обязательно необходимо проверить достаточность для данного типа и диаметра давления и расхода СОЖ, обеспечиваемого станком. Примеры таких графиков (для сверл одностороннего резания) приведены ниже. Конечно же, каждая фирма-производитель дает уточненные данные, исходя из конструктивных особенностей своей продукции. При заказе сверл также обязательно надо правильно указать тип хвостовика для крепления инструмента. Ведущие фирмы выпускают продукцию как со специальными хвостовиками для сверл глубокого сверления, так и с хвостовиками по DIN1835, DIN6535 и по другим стандартам.
Длительной эксплуатации и хорошим результатам работы, естественно, способствует правильная переточка сверл глубокого сверления. Некоторые фирмы предлагают свои приспособления или небольшие станочки уже адаптированные именно для переточки таких сверл.
Александр Локтев
Журнал «Стружка», № 01, май 2002 г.
Сверление глубоких отверстий
Сверление глубоких отверстий достаточно сложная операция, особенно если вам необходимо просверлить не одно и даже не десять отверстий, а сотни и тысячи. Сложность заключается в том, что при такой операции очень легко сломать сверлоэ
В этой статье рассматриваются различные необходимые методы, в том числе ступенчатое сверление, сверление с параболической канавкой, основные циклы G-кода и так далее.
Большинство специалистов с ЧПУ знают, что сверление «Peck Drilling» или ступенчатое сверление помогает при обработке глубоких отверстий. Некоторые используют высокопроизводительную геометрию, например, сверла с параболической кромкой.
Но оказывается, что существует целый ряд известных методов, которые помогут вам добиться успеха при сверлении глубоких отверстий. Я собрал ряд методов, которые могут вам очень помочь при сверлении глубоких отверстий.
Как «глубина» влияет на выбор метода
Большинство производителей инструмента рассматривают любую глубину, которая более чем в 3–4 раза превышает диаметр спирального сверла, как глубокое отверстие. Существуют различные причудливые геометрические формы, такие как сверла с параболической канавкой, которые помогут вам погрузиться глубже, но они также имеют предел.
Вот график, который поможет вам выбрать наиболее подходящую технику для сверления глубоких отверстий:
Параболические канавки для более глубоких отверстий
При сверлении на глубину более 7 диаметров спиральные сверла с параболической канавкой полезны для удаления стружки. Вы можете пойти намного глубже с помощью сверла с параболической канавкой — 20 x диаметр против только 7 x диаметра.
Роль охлаждающей жидкости и стружкодробления
Самым большим препятствием при проделывании глубоких отверстий является стружка:
Выбор инструментов, метода сверления и подачи СОЖ имеет значение.
Определенные виды инструментов имеют неотъемлемые преимущества для глубоких отверстий. Спиральные сверла с параболической канавкой изменяют геометрию, чтобы оптимизировать удаление стружки из более глубоких отверстий. Пистолетные сверла и сверла BTA предназначены для обработки глубоких отверстий и особенно для удаления стружки.
Охлаждающая жидкость имеет решающее значение для удаления стружки. Наилучший подход — подача СОЖ с максимально возможным давлением на наконечник инструмента. Охлаждающая жидкость под высоким давлением прямо у наконечника создает значительную силу для выталкивания стружки вверх и из отверстия.
Охлаждающая жидкость через шпиндель подает охлаждающую жидкость под давлением через отверстия, просверленные по длине сверла. Это помогает удалять стружку из отверстия снизу и действительно облегчает сверление глубоких отверстий.
Циклы сверления Peck — это ломка и удаление стружки. Каждый шаг обычно ломает стружку. Длинные волокнистые стружки цепляются за все, и их труднее удалить. Компактная стружка может более эффективно удаляться из более глубоких отверстий. Чем глубже отверстие, тем чаще спиральное сверло должно клевать, чтобы стружка оставалась компактной.
Кроме того, важна высота выхода из отверстия. Большая высота помогает вытягивать стружку из отверстия. Но это замедляет работу по мере того, как сверло заглубляется, и, кроме того, следует проявлять осторожность, чтобы не выходить из отверстия полностью. Открытое отверстие — это попадание стружки до самого дна, откуда ее необходимо удалить во второй раз.
Циклы глубоких отверстий используют пользовательский g-код для оптимизации стратегии, по мере того, как отверстие становится все глубже и глубже.
Введение в индивидуальные циклы сверления глубоких отверстий
К сожалению, стандартные циклы сверления часто имеют ограничения, когда дело доходит до сверления очень глубоких отверстий. Часто необходимо иметь, индивидуальный цикл сверления глубоких отверстий.
Чем индивидуальный цикл отличается от обычного стандартного цикла сверления?
Во-первых, это стратегия заглубления. Важно иметь возможность начать с небольшого шага и переходить к более крупным по мере того, как отверстие становится глубже. Выполнение полного выхода раньше, чем отверстие станет глубоким, — это бесполезное движение. В идеале вы должны опуститься, до пары диаметров или около того, а затем начать «клевать». Частота заглубления должна увеличиваться, чем глубже просверливается отверстие. Характер движения тоже должен меняться в зависимости от глубины отверстия. Мы начинаем с небольшого короткого шага — ровно такого, чтобы сломать стружку. Но по мере того, как мы становимся все глубже, необходимы более длинные и продолжительные отводы, поскольку нам нужно не только сломать стружку, но и облегчать ее извлечение. Наконец, мы хотим, чтобы спиральное сверло не выходило полностью из отверстия, чтобы стружка не смывалась обратно в отверстие.
Во-вторых, наши подачи и скорости. По мере того, как отверстие становится глубже, мы получаем преимущество за счет уменьшения скорости подачи и частоты вращения шпинделя. Нет необходимости делать это, пока отверстие не достигнет пороговой глубины, но когда мы находимся на этой глубине, это очень помогает.
Наконец, пока мы программируем индивидуальный цикл, мы хотим решить, использовать ли быстрые скорости или скорости подачи для клевки и отвода из отверстия. Это обратное движение, которое ничего не режет, и у нас есть потенциал для экономии времени по сравнению с постоянными циклами сверления, которые поддерживают все движения на скорости подачи.
Используя специальный g-код для реализации всех этих соображений, мы тратим как можно меньше времени на заглубление, гарантируя, что, когда дела станут тяжелыми, мы делаем достаточно, чтобы наш инструмент оставался целым. Хотя стандартные циклы различаются от контроллера к контроллеру, очень немногие из них предлагают гибкость для управления всеми этими переменными.
Формат цикла сверления G83 Peck
G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_;
XY — данные положения отверстия
Z — глубина Z (подача до глубины Z, начиная с плоскости R)
R — положение плоскости R
Q — глубина резания для каждой подачи резания (глубина каждого выступа)
F — скорость подачи резания
Второй формат цикла сверления глубоких отверстий Haas CNC G83 с откликом представлен ниже.
Формат постоянного цикла сверления G83 Peck — Опции IJK
Цикл сверления G83 Peck с опциями IJK
G83 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ R_ F_;
XY — данные положения отверстия
Z — глубина Z (подача на глубину Z, начиная с плоскости R)
R — положение плоскости R
I — размер первой глубины резания
J — величина уменьшения глубины резания при каждом проходе
K — минимальная глубина резания
F — Скорость подачи при резке Первый проход будет врезаться на I, каждый последующий проход будет уменьшаться на величину J, а минимальная глубина резания — K.
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Глубокое сверление
Но когда длина отверстия превышает диаметр в 10 раз, т.е. L/D>10, его необходимо обрабатывать методом глубокого сверления на специальном оборудовании и специальными сверлами.
Это достаточно специфическая операция, но имеющая широкое применение в различных отраслях, особенно в таких, как нефтегазовой, аэрокосмической, металлургической промышленности.
Основными сложностями глубокого сверления являются увод сверла, непрямолинейность оси, получаемого отверстия, разностенность, некруглость отверстия, сложность вывода стружки, и доставки СОЖ в зону резания и т.д.
В глубоком сверлении необходимо обеспечить дробление стружки, чтобы она не пакетировалась и не портила обрабатываемую поверхность.
Инструменты для глубокого сверления
Для глубокого сверления применяются специальные сверла, выделяют 3 типа таких сверл или систем сверления. У данных систем существенно отличается организация подвода СОЖ.
1. Эжекторная система (двуштанговая)
В такой системе требуется меньшее давление СОЖ, чем в STS системе. Эжекторная система может применяться на универсальных станках и в основном применяется для средних партий.
Это первый выбор для высокопроизводительной обработки и крупносерийного производства
Ружейные сверла могут применяться на обрабатывающих центрах, необходимым условием является наличие достаточного давления внутренней подачи СОЖ.
Кольцевые сверла, трепанирование
Производительность глубокого сверления
Глубокое сверление, особенно скоростное, в большинстве случаев превосходит по производительности и качеству все другие технологические способы обработки отверстий.
Если взять даже простые спиральные сверла, которые успешно применяются только для неглубоких отверстий (L/D
Глубокое сверление
Глубокое сверление применяется, главным образом, при обработке шпинделей металлообрабатывающих станков для. сверления центрального сквозного отверстия, концентричного по отношению наружной поверхности и предназначенного для, облегчения веса конструкции, контроля внутренней части шпинделя от возможных раковин и других дефектов и для выполнения работ из прутка на револьверных «ганках и автоматах, в которых отверстие служит для пропуска шлифованной штанги, приводящей в движение цангу с прутком.
В револьверных станках и автоматах это отверстие выполняется более тщательно, чем в токарных станках.
Глубокое сверление производится или на токарных станках (короткие отверстия), или на станках типа 2953 и 268, специально предназначенных для глубокого сверления (фиг. 105).
Фиг. 105. Станок для глубокого сверления.
Станок типа 2953 двухшпиндельный, предназначен для сверления отверстий диаметром от 20 до 40 мм, длиной до 1000 мм; число оборотов шпинделя от 335 до 9350 в 1 мин.; мощность мотора — 15,6 Квт.
Станок типа 268 может производить сверление на глубину 2600 мм 1: до 3700 мм.
Числа оборотов шпинделя от 15 до 172,
Мощность трёх моторов 11,6 Квт.
Преимущества специальных станков:
1) осуществление механической подачи сверла, закрепляемого в задней бабке;
2) подвод охлаждающей жидкости к режущей кромке с давлением 5—6 aтм и более, что обеспечивает удаление стружки из глубокого отверстия.
Применяемый для глубокого сверления инструмент — сверло ( фиг. 106) — состоит из штанги 2 длиной L — 1,5—2 м (в зависимости от длины шпинделя), имеющей две канавки для отвода стружки и две канавки для трубок, подводящих охлаждение.
Фиг. 106. Сверло для глубокого сверления.
На конце штанги закрепляется клином с винтами специальная режущая пластина из быстрорежущей стали, имеющая на режущей грани канавки для разламывания и размельчения стружки; эти канавки облегчают удаление стружки охлаждающей жидкостью.
Такие свёрла применяются для диаметров от 28 до 145 мм.
Для меньшего увода оси отверстия рекомендуется сверлить шпиндели с двух сторон. Обычно применяются следующие режимы: скорость резания 18 — 22 м/мин, подача 0,12 — 0,20 мм/об шпинделя.
Для изготовления небольших отверстий можно применять токарные и револьверные станки со спиральными свёрлами, по с подводом охлаждения (фиг. 107);
Фиг. 107. Спиральное сверло с охлаждением.
однако работать спиральным сверлом при глубоких отверстиях трудно, так как его приходится часто извлекать для удаления застрявшей стружки и, кроме того, оно недостаточно прочно и не обеспечивает соблюдения направления отверстия.
Вместо спиральных свёрл лучше применять пушечные свёрла (фиг. 108), которые не имеют центральной перемычки, что облегчает резание. Вершина сверла смещена на 1/4 диаметра, благодаря чему образуется конус, направляющий сверло.
Сверлению пушечным сверлом предшествует предварительное засверливание на некоторую глубину спиральным или перовым сверлом, что должно быть выполнено как можно тщательнее во избежание увода сверла в сторону.
Режимы резания при работе пушечными свёрлами:
скорость 30 — 40 м/мин, подачи 0,01—0,02 мм/об; при таком режиме получается мелкая стружка, которая легко удаляется охлаждающей жидкостью.
Существенный недостаток пушечных свёрл — это малая производительность.
Фиг. 108. Пушечное сверло.
Сверление глубоких отверстий
Глубокие отверстия — это углубления в детали более 10 см. Их высверливают в:
Уровень сложности сверления отверстий пропорционален увеличению их глубины. Ее определяют по соотношению L/Dо, где L — длина, Do — диаметр отверстия. При помощи стандартных инструментов и обычных способов становится возможным сверление неглубоких отверстий — до L/Dо = 5. В случае превышения этого показателя речь идет о создании глубокого отверстия. Для реализации этой задачи используется специализированное оборудование и способы сверления глубоких отверстий:
Независимо от выбранного способа сверления важно организовать подачу смазочных жидкостей для охлаждения детали и сверла. Также это позволяет уменьшить силу трения, обеспечить естественный отвод излишков тепла, в результате чего отмечается эффективное устранение стружки. Чтобы глубокое сверление происходило максимально качественно, следует правильно определиться со скоростью резанья и вращения сверлильной части.
Разновидности сверления глубоких отверстий
Сверление отверстий классифицируется по нескольким параметрам. С учетом схемы высверливаемой стружки этот процесс подразделяют на:
Можно создавать различные глубокие отверстия несколькими способами резания:
Кроме перечисленных разновидностей, также выделяют сверление глубоких отверстий в зависимости от уровня автоматизации процесса — один или несколько параметров режима могут изменяться автоматически (к примеру, регулировка скорости вращения или подача смазочного материала во время сверления).
Особенности сверления глубоких отверстий
Глубокое сверление окажется эффективным, если следовать основным принципам:
Для подачи масла используют устройства, перекачивающие вязкие вещества. При выборе мощности системы для глубокого сверления учитывают предстоящий расход жидкости и необходимую величину давления для эффективной подачи смазывающего средства.
Разновидности инструментов, используемых для глубокого сверления
Сверление чистых, точных и прямолинейных отверстий происходит с использованием специальных инструментов, которые подразделяются на несколько видов.
Пушечные
Режущая часть, стебель и хвостик таких изделий производятся из нескольких видов металла. Такие сверла оснащены полукруглым стержнем, на торце которого создается перпендикулярно оси режущая кромка. Пушечные инструменты используют, когда нужно создать отверстия в металле, тяжело поддающемся обработке.
Ружейные
Представляют собой однорезцовые режущие инструменты для создания глубоких отверстий малого/большого диаметра. За счет ружейной установки удается лучше направить режущую часть. В отличие от предыдущего типа сверл эта модель оснащена внутренним каналом для подвода СОЖ и прямой канавкой, позволяющей удобно выводить стружку с жидкостью.
Перовые
Материалом изготовления служит пруток, который путем ковки или фрезерования преобразуют в пластину. Ее затачивают, образуя пару главных и пару вспомогательных кромок. Перовые сверла отличаются простой конструкцией. Их можно легко изготовить нужного диаметра, длины. Такие инструменты применяют для шпиндельного глубокого сверления. Их главным недостатком считают сложное выведение стружки, а также склонность к вибрациям во время сверления, что связано с недостаточной жесткостью режущей части.
Спиральные с подводом СОЖ
Стандартные инструменты с удлиненной рабочей частью, оснащенной круглыми отверстиями. Изготовленные на базе проката с винтовыми отверстиями или заготовок, подготовленных путем радикальной ковки. Они подходят для сверления больших партий изделий, характеризуются высоким расходом твердого сплава и максимальной производительностью (в 8 раз больше в сравнении с ружейными).
Заказать сверление глубоких отверстий предлагает завод «ЧЗМК». Мы выполним любой объем работы в сжатые сроки. У нас всегда в наличии популярные марки металла для обработки.