Способы получения отверстий сложного профиля

Рис. 15. Иллюстрация патента  №5429459 (США)

Рис. 16. Иллюстрация патента  № 5678962 (США)

Другим способом обработки фаски является ее зенкование специальным конструктивным элементом комбинированного инструмента в конце перехода сверления отверстия (см. рис. 10, 14). Достоинствами данного способа являются уменьшение нагрузки на сверлильную часть, что уменьшает износ; уменьшение основного времени и, как следствие, увеличение производительности; возможность выбора оптимальных геометрических параметров сверлильной и зенковочной частей для конкретных условий обработки и упрощение метода обработки ОСП. К недостаткам можно отнести то, что при сверлении глухого отверстия с фаской его глубина определена конструктивными параметрами инструмента, а также усложнение конструкции комбинированного инструмента при необходимости выполнения сложной формы торцового элемента ОСП.

Рис. 17. Иллюстрация патента  № 5733078 (США)

Обзор показал, что рабочая часть комбинированных  инструментов для изготовления ОСП  может быть изготовлена из различных  видов инструментальных материалов, а соединение режущих элементов  с корпусом инструмента может  быть как разъемным (см. рис. 17, 19, 20, 23, 24), так и неразъемным (см. рис. 15). В патентах также указывается, что  можно, варьируя направлениями движений при резьбофрезеровании, нарезать как правую, так и левую резьбу. 
Конструкция комбинированных инструментов может предусматривать известные ранее особенности универсальных инструментов. Среди них отверстия в корпусе инструмента для подачи СОЖ (см. рис. 14, 24, д), использование универсальных сменных многогранных пластин (см. рис. 23), использование инструмента с вырезанной ниткой резьбы (см. рис. 24, а, б, г -ж) и т.д. 
Таким образом, патентный обзор выявил новый класс комбинированных инструментов для обработки ОСП, которые обладают большими преимуществами и способностью к применению, чем инструменты на основе комбинации осевых инструментов с метчиком, применяемые до настоящего времени. 
Суммируя проведенный выше анализ конструкций комбинированных инструментов и методов изготовления ОСП с резьбой, основанных на методах сверления и резьбофрезерования, можно указать следующие их основные конструктивные и технологические достоинства: 
• возможность изготовления одним типоразмером инструмента ОСП с резьбой разного диаметра и одного шага (для однозубых инструментов возможно изготовление одним инструментом отверстий с резьбой разного диаметра и разного шага);

Рис. 18. Иллюстрация патента  № 3627798 (Германия)

Рис. 19. Иллюстрация патента  № 3737315 (Германия)

• получение  фаски произвольной формы на торце  ОСП; 
• изготовление одним инструментом ОСП с правой и левой, однозаходной и многозаходной резьбой (вывод основан на анализе технологических возможностей резьбовых фрез); 
• присущая процессу фрезерования мелкая стружка, легко отводимая из зоны резания, облегчает процесс изготовления ОСП; 
• возможность замены комплекта инструментов, необходимых для изготовления ОСП (как правило, сверло, зенкер и метчик); 
• получение резьбового отверстия за один технологический переход как в подготовленном отверстии, так и в сплошном материале. 
Существенным ограничением в применении комбинированных инструментов с элементами сверла и резьбовой фрезы в настоящее время может стать недостаточная оснащенность машиностроительных предприятий оборудованием, способным обеспечить обработку одновременно по трем координатам.

Рис. 20. Иллюстрация патента  № 3921734 (Германия)

Рис. 21. Иллюстрация патента  № 3922707 (Германия)

Рис. 22. Иллюстрация патента  № 4010075 (Германия)

Рис. 23. Иллюстрация патента  № 5944462 (США)

Рис. 24. Иллюстрация патента  № 6012882 (США)

Производственные  испытания образцов сверло-резьбофрез показали большую перспективность применения этих инструментов для изготовления ОСП с резьбой при замене традиционной схемы обработки таких отверстий сверлом, зенковкой и метчиком. 
 
 
 

ЛАЗЕРНАЯ  ТЕХНОЛОГИЯ

- совокупность  приёмов и способов обработки  материалов и изделий с использованием  лазеров. В Л. т. применяются твердотельные лазеры и газовые лазеры, работающие в импульсном, импульсно-периодическом и непрерывном режимах. Осн. операции связаны с тепловым действием лазерного излучения. Для управления световым потоком (повышения интенсивности и локализации воздействия) применяются оптич. системы. Преимущества Л. т.- высокая локальность, кратковременность воздействия, малая зона термич. влияния, возможность ведения технологич. процессов в любых прозрачных средах (в т. ч. в агрессивных) и внутри герметически закрытых объёмов. Лазеры используются для сверления отверстий, резки и скрайбирования (нанесение рис. на поверхность пластины полупроводника лазерным лучом), закалки, гравировки, изготовления и фигурной обработки тонких плёнок, динамич. балансировки вращающихся деталей, подстройки элементов схем и др.

Сверление отверстий. Л. т. упрощает операцию получения отверстий в твёрдых, хрупких, тугоплавких, радиоакт. материалах. Она эффективна при изготовлении алмазных фильер для волочения проволоки, стальных и керамич. фильер для производства искусств. волокна; при сверлении рубиновых часовых камней, ферритовых пластин для устройств памяти, керамич. изоляторов, изделий из сверхтвёрдых сплавов. Для сверления обычно используются импульсные лазеры на неодимовом стекле, иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ), СО ₂. Типичные параметры лазеров: энергия от десятых долей до десятков Дж, длительность импульса 0,1 - 1 мс, плотность потока энергии до 10 МВт/см ². Недостаток лазерного метода сверления в одноимпульсном режиме - невысокая точность и плохая воспроизводимость, связанные с флуктуациями интенсивности излучения. Этот недостаток частично устраняют, переходя к многоимпульсной методике. В этом случае обработка ведётся серией импульсов с энергией в импульсе 0,1-0,5 Дж. При этом удаётся получать отверстия сложного профиля с отношением глубины к диаметру 1-20 при точности обработки 1 мкм.

Станок  модели 5КШС

Станок модели 5КШС, разработанный ОКБ Ленсовнархоза, предназначен для окончательного точного шлифования круглых отверстий и отверстий сложного профиля в деталях штампов, пресс-форм, форм для литья под давлением и тому подобных деталях. Станок позволяет обрабатывать отверстия, профиль которых составлен из дуг окружностей и прямых линий, обеспечивает точные геометрические размеры профиля и координатные размеры между осями отверстий. Станок работает без применения копиров и контурных чертежей.

Обработка круглых  и конических отверстий производится по принципу работы внутришлифовальиых станков, а обработка плоскостей  -  плоскошлифовальных и внутришлифовальиых станков. Метод обработки отверстий сложного профиля основан на поэлементном шлифовании отдельных участков, контур которых представляет собой часть дуги окружности или прямую линию. Обработка группы отверстий, взаимосвязанных координатными размерами, так же как и .отверстий сложного контура, производится путем перемещения кареток координатного стола.

Указанные универсальные  возможности станка обеспечиваются его кинематикой и конструкцией.

Обрабатываемая  деталь закрепляется на горизонтально  расположенной поворотной планшайбе 4, смонтированной на крестовом столе. Этот стол в свою очередь расположен на поворотном круге, имеющем угловой лимб 3 диаметром 500 мм. Лимб в сочетании с нониусом позволяет производить поворот планшайбы с каретками с точностью до 2′. Координатные каретки крестового стола смонтированы па шариковых направляющих, обеспечивающих перемещение без люфтов, и снабжены ходовыми винтами, линейками и площадками для установки концевых мер с индикаторными упорами. Круглый стол с расположенным на нем крестовым столом может вращаться при помощи механического привода или маховичком вручную.

Координатношлифовальный станок модели 5КШС

Поворотный круг можно закреплять неподвижно в любом  угловом положении с помощью  рукоятки стопора 10. При вращении круглого стола вручную можно ограничить центральный угол его поворота, для  чего стол снабжен двумя сухарями, закрепленными в кольцевом пазу, и выдвижным упором 2, смонтированным на столе станка.

Основной стол 1, на котором расположена координатная система кареток, установлен на опорах качения па станине станка и перемещается в продольном направлении как  вручную, так и механически.

Ручное перемещение  стола может быть ускоренным (при  помощи шестерни и ходовой рейки) и замедленным (при помощи ходового винта). Механическое возвратно-поступательное движение стола осуществляется с  помощью гидропривода. Кроме того, стол может быть закреплен неподвижно с помощью стопорного приспособления в любом положении в пределах своего хода, Сзади стола в правой части станка установлена массивная  стойка, имеющая в верхней консольно  выдвинутой вперед части призматические направляющие, по которым перпендикулярно  ходу стола перемещается суппорт 8.

На суппорте расположена каретка с гнездом  для электрошпинделя. С помощью ходового винта 5 и маховичка каретка с электрошпинделем может устанавливаться в требуемом по высоте положении; независимо от этого каретка с помощью электродвигателя имеет возвратно-поступательное перемещение в вертикальном направлении с длиной хода 0 – 70 мм. Регулирование длины хода может производиться на ходу с помощью специального устройства. Кроме того, каретку с электродвигателем можно повернуть вместе с направляющими на угол ± 30°, при этом возвратно-поступательное движение будет происходить под углом к вертикали, что необходимо для обработки конусных отверстий и поверхностей, расположенных под углом. Для установки каретки суппорта под нужным углом поворотный круг снабжен угловым лимбом.

Для обработки  режущих граней матриц вырубных штампов, имеющих малый уклон (30 – 45), поворотный круг каретки снабжен синусным упором, расположенным на плече 100 мм от оси поворота. Это позволяет с помощью концевых мер установить каретку на малый угол. Суппорт со всеми расположенными на нем устройствами может перемещаться по направляющим с помощью ходового винта на врезание.

Для осуществления  перемещения суппорта ходовой винт снабжен большим маховиком 9 и лимбом с ценой деления 0,01 мм. Кроме того, подача суппорта на врезание может производиться дискретно с помощью специального устройства. При нажатии до упора на рычаг 7 этого устройства суппорт перемещается по направляющим на 0,01  мм, что отмечается лимбом.

Рычаг 7 имеет малый угол поворота и отжимается и исходное положение пружиной.

Это устройство гарантирует от слишком большой  подачи и при работе шлифовальными  кругами малого диаметра предохраняет тонкие оправки от искривления. Оба  способа перемещения суппорта независимы друг от друга, и при переходе от одного способа перемещения к  другому не требуется каких-либо переключений. 

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ  ОТВЕРСТИЙ

Комбинированные инструменты для  обработки отверстий

 
Для совмещения операций или переходов  при обработке ступенчатых отверстий  применяются всевозможные комбинированные  инструменты. Наиболее распространенными  комбинированными инструментами для  обработки отверстий являются ступенчатые  сверла, зенкеры и развертки. Эти  инструменты применяются на сверлильных, револьверных, агрегатных стайках и  токарных полуавтоматах, обеспечивая  высокую производительность и простое  обслуживание. 
 
Комбинированные сверла (рис. 75) и зенкеры (рис. 76) при малом перепаде диаметров ступеней, изготавливаются перешлифовкой обычных инструментов (рис. 75, а и 76, а).  
 
 
Рис. 75. Комбинированные сверла 
 
 
Рис 76. Комбинированные зенкеры с винтовыми и прямыми канавками 
 
Такие инструменты допускают сравнительно небольшое количество переточек, ограниченное длиной ступени малого диаметра. Поэтому находят применение сверла и зенкеры с чередующимися зубьями (рис. 78, б и 79, б). У этих инструментов для каждой режущей кромки создается прямая или винтовая канавка и соответствующая ей ленточка. Такие инструменты допускают значительное число переточек, так как калибрующий участок каждой ступени проходит по всей длине рабочей части. 
 
Конструируя инструменты с чередующимися зубьями, варьируя глубиной, толщиной зубьев, угловым шагом, подбирают по возможности одинаковые углы впадин для того, чтобы при фрезеровании канавок меньшее число раз менять угловые фрезы. У рассматриваемых инструментов с чередующимися зубьями только калибрующая часть ступени наибольшего диаметра имеет цилиндрическую ленточку и обратную конусность. Ленточки калибрующих частей других ступеней шириной 0,5—0,6 мм не имеют обратной конусности и затачиваются по всей длине под вспомогательным задним углом, равным 5—6*. Для улучшения направления такие инструменты могут иметь специальную цилиндрическую направляющую часть. 
 
Для обработки сложных отверстий большого диаметра применяются комбинированные инструменты со вставными зубьями. Эти зубья имеют фасонный профиль, соответствующий профилю детали (рис. 77).  
 
 
Рис. 77. Многоступенчатый зенкер 
 
Используются инструменты с чередующимися зубьями, у которых каждый участок профиля детали обрабатывается соответствующими зубьями относительно простой формы. На рис. 78 показан такой насадной комбинированный зенкер со вставными зубьями, предназначенный для одновременной подрезки торца большого диаметра и зенкерования конических углублений. 
 
 
Рис. 78. Комбинированный зенкер со вставными чередующимися зубьями 
 
При обработке отверстий используется также составные комбинированные инструменты, которые представляют собой наборы простых инструментов, закрепленных на общей оправке. Преимущества этих инструментов заключаются в простоте их изготовления и заточки, а также в возможности легкой замены отдельных частей при их износе или поломке. Составной зенкер для обработки торца и ступенчатого отверстия состоит из трех инструментов закрепленных с помощью гайки на одной оправке (рис. 79).  
 
 
Рис. 79. Набор зенкеров 
 
Крутящий момент различным инструментам набора передается поводковой частью оправки с помощью торцовых шпонок и крестообразного поводка, размещенного на оправке между зенкерами. 
 
С целью улучшения направления инструмента при обработке передняя направляющая часть снабжена двумя регулируемыми гайками, что позволяет обеспечивать продольный ход инструмента в заданных пределах. Для закрепления в шпинделе сверлильного или расточного станка предусмотрен конический хвостовик с отверстием под клин. 
 
Комбинированные инструменты для обработки отверстий могут быть также разнотипными: сверла-зенкеры, зенкеры-развертки, сверла-метчики и др. Комбинированный двузубый зенкер 4 со сверлом снабжен двумя зубьями с винтовой задней поверхностью, на которой в шахматном порядке выполнены стружкоразделительные канавки (рис. 80).  
 
 
Рис. 80. Двузубый зенкер со сверлом 
 
В процессе эксплуатации зенкер перетачивается только по плоской передней поверхности. Зенкер закрепляется на оправке 1 и центрируется втулкой 3. Передача крутящего момента производится двумя штифтами 2, запрессованными в оправке. Инструмент снабжается вставкой в виде короткого сверла 5 с цилиндрическим хвостом, заканчивающимся резьбой. Комбинированное зенкер-сверло обеспечивает обработку отверстий 5-го класса точности, диаметром до 100 мм и длиной 2000 мм в сплошном материале. 
 
Широкие перспективы для совершенствования инструментов открываются при комбинировании различных способов обработки, так как появляется возможность одновременного использования преимуществ, свойственных различным технологическим процессам и инструментам. Примером такого инструмента может служить сверло с уплотняющими ленточками (рис. 81). 
 
 
Рис. 81. Сверло с уплотняющими ленточками 
 
Рассматриваемое сверло имеет две уплотняющие ленточки, диаметр которых больше диаметра вспомогательных режущих кромок. В результате при обработке отверстия наряду со сверлением происходит заглаживание поверхности, что приводит к повышению качества обработанной поверхности и стойкости инструмента. 
 
Комбинированные инструменты могут также проектироваться для того, чтобы сообщать режущим элементам дополнительные вращательные или прямолинейно-поступательные перемещения, не предусмотренные кинематикой станка, что расширяет технологические возможности станков. Так на рис. 82 показан подобный инструмент для прорезки кольцевых канавок в глухих отверстиях.  
 
 
Рис. 82. Инструмент для прорезки канавок в глухих отверстиях 
 
В тот момент, когда упор коснется дна отверстия, скользящая втулка 4 с резцедержателем 9 остановится, а перемещающийся в направлении оси корпус 6 оправки, действуя на клин 8, вызовет поперечную подачу резцедержателя 9 с резцом и начнется прорезание канавки. При обратном перемещении корпуса 6 пружины 2 и 3 возвращают механизм в исходное положение. Глубина прорезаемой канавки регулируется гайками 5 и 7. 
 
Для растачивания вогнутой сферической поверхности можно применять инструмент, изображенный на рис. 83. 
 
 
Рис. 83. Инструмент для растачивания вогнутой сферической поверхности 
 
При движении инструмента по направлению к детали торец втулки 5 упирается в торец детали 3, в то время как стержень 11 продолжает двигаться. Передний конец стержня имеет форму вилки, на внутренней поверхности которой имеется наклонный паз 8. Резцедержатель 1 с укрепленным резцом 4 может поворачиваться вокруг цапфы 2, смон¬тированной на втулке 9. При движении стержня относительно втулки ролик 7, укрепленный на рычаге 6, будет перемещаться по наклонному пазу 8 и поворачивать резцедержатель вокруг цапфы. В результате резец будет обрабатывать сферическую поверхность. 
 
После окончания обработки под действием пружины 10 резцедержатель отводится в первоначальное положение и инструмент выводится из детали. 
 
Комбинированные инструменты в большинстве случаев являются специальными и применяются для обработки только определенных деталей. Они применяются, главным образом, в серийном или массовом производстве. Число ступеней комбинированного инструмента для обработки фасонных отверстий может доходить до шести. Ими могут обрабатываться соосные отверстия, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, а также многоступенчатые отверстия сложного профиля. 
 
При конструировании комбинированных инструментов важно обеспечить надежный отвод стружки, так как иначе может произойти поломка инструмента при работе из-за закетирования стружки в канавках. Улучшить отвод стружки; от зовы резания можно увеличением объема стружечных канавок, уменьшением числа зубьев, увеличением угла наклона винтовых канавок, дроблением стружки, вымыванием стружки смазывающе-охлаждающей жидкостью, подаваемой под давлением в зону резания. На пути движения стружки нельзя предусматривать в конструкции инструмента различные преграды в форме уступов, кольцевых углублений и т. п., так как они могут вызывать забивание канавок стружкой. 
 
Линейные размеры комбинированных инструментов зависят от длины его ступеней, что определяется конфигурацией обрабатываемого отверстия и принятой технологической схемой его обработки. Для направления в работе комбинированные инструменты снабжаются специальной направляющей частью, что позволяет повысить точность обработки. 
 
Комбинированные инструменты имеют большую площадь контакта с обрабатываемой заготовкой. При их применении, в результате больших суммарных сечений среза, возникают значительные силы резания. Все это необходимо учитывать при конструировании таких инструментов и их эксплуатации.