Лекція 15 Розгорнення та розгортання
Розгортання є процесом обробки отворів з метою отримання підвищеної чистоти і точності. Розгортка - це багатозубий інструмент, який подібно до свердла і зенкера в процесі обробки здійснює обертання навколо своєї осі (головний рух) і поступово переміщається вздовж осі, здійснюючи рух подачі.
Розгортання дозволяє отримати отвір 2-3-го класу точності та 7-8-го класу чистоти обробленої поверхні.
За формою отвору, що обробляється, розгортки можна розділити на циліндричні, застосовувані для обробки круглих циліндричних отворів, і конічні, що використовуються для обробки конічних отворів (рис. 71). За способом застосування розрізняють розгортки машинні та ручні. Ручні розгортки застосовуються для розгортання отворів вручну, а машинні використовуються різних верстатах (свердлильних, токарних, револьверних та інших.). Розгортки можуть бути хвостові та насадні, цілісні та збірні, постійного діаметра та регульовані. Розгортки відносно малого діаметра виготовляються з циліндричним або конічним хвостовиком, який служить для її закріплення на верстаті, або у комірці з квадратним отвором під час роботи вручну.
Насадні розгортки насаджуються на спеціальні оправки, які встановлюються у верстаті.
Цілісні розгортки є найбільш простими по конструкції, але не можуть регулюватися по діаметру. Тому знаходять застосування розтискні та збірні розгортки з швидкорізальними та твердосплавними вставними зубами, які після зносу та переточок можуть бути відрегульовані на необхідний розмір, що підвищує термін їх служби. Розтискні розгортки використовуються при ремонті машин (рис. 71, а). Вони дозволяють у межах регулювати розмір діаметра. Це дає можливістьзастосовувати одну і ту ж розгортку при обробці отвору різних діаметрів.
Мал. 71. Типи розгорток
Робоча частина розтискних розгорток забезпечена отвором, вісь якого збігається з віссю інструменту та поздовжніми прорізами. Регулювання діаметра розгорток здійснюється за допомогою кульки, яка вставляється в конічний отвір і підтискається регулювальним гвинтом. Такі розгортки виготовляються діаметром від 6 мм до 50 мм і дозволяють змінювати діаметр у межах 0,15-0,50 мм.
Для забезпечення можливості відновлення розміру діаметра в міру зношування застосовуються конструкції збірних розгорток, з кріпленням зубів у корпусі за допомогою рифлень, гвинтів тощо.
На рис. 71 б зображена розгортка, у якої вставні зубці з рифленнями закріплюються за допомогою клина. Ця конструкція допускає регулювання діаметром перестановкою зубів на рифленнях, з їх подальшим шліфуванням діаметром і заточуванням. Щоб уникнути осьового зсуву передбачаються завзяті кільця.
Для обробки конічних отворів застосовують конічні розгортки (рис. 71 в). При цьому отвір, попередньо оброблений, може бути циліндричним або конічним. Отвори з невеликим припуском розгортаються на конус за прохід. При обробці конічних отворів, коли потрібно знімати значний припуск, використовують комплект конічних розгорток.
Чорнова розгортка має сходи на зубах, розташовані по гвинтовій лінії. Торцевими кромками кожного ступеня розгортка зрізає вузькі стружки, що вільно розміщуються в канавках. Ця розгортка перетворює циліндричний отвір на ступінчасте. Друга розгортка знімає припуск менше, ніж чорнова розгортка. Ріжучі кромки проміжної розгортки забезпечені стружкорозділювальними канавками, якіутворюються нарізанням прямокутного різьблення. Чистова розгортка виконується без стружкорозділювальних канавок, і знімає стружку всією прямолінійною ріжучою кромкою, розташованою на конуса, що утворює.
Розгортка має зуби з плоскою передньою поверхнею, що збігається з осьовою площиною інструменту, тобто передній кут чистової розгортки береться рівним нулю.
Для розгортання отворів у металевих листах застосовують котельні розгортки (рис. 71, г). Вони мають гвинтові зубці, напрямок яких назад напрямку обертання. Це попереджає самозатягування та заїдання розгортки під час роботи.
Конструктивні елементи циліндричних розгорток
Циліндрична розгортка складається з робочої частини, шийки та хвостовика (рис.72). Призначення шийки та хвостовика у розгорток таке ж як у свердлів та зенкерів.
Робоча частина включає ріжучу та калібруючу частини та напрямний конус, який служить для запобігання пошкодженням та полегшенню попадання розгортки в отвір.
Мал. 72. Елементи циліндричної розгортки
Ріжуча (забірна) частина розгортки є конусом, на поверхні якого утворені зуби.
Калібруюча частина складається з циліндричної ділянки та ділянки зі зворотною конусністю. Передні та задні поверхні зубів розгортки як на ріжучій частині, так і на частині, що калібрує, виконуються плоскими.
Передній кут ГАММА розгорток зазвичай приймається рівним нулю, оскільки розгортка працює в зоні малих товщин шару, що зрізається, характер протікання процесу різання залежить головним чином не від переднього кута, а від радіуса закруглення ріжучої кромки. На чорнових розгортках і обробці в'язких матеріалів передній кут дорівнює 5—10°. Задні кути у розгорток коливаються не більше 4—8°.
Для чистових розгорток кут вибирається менше, ніж для чорнових.
Заточування зубів на різальній частині проводиться «доостра», а на частині, що калібрує — з залишенням циліндричної стрічки шириною 0,05—0,3 мм. При обробці в'язких металів, щоб уникнути налипання частинок металу, ширина стрічки зменшується до 0,05— 0,10 мм. Стрічка служить для спрямування розгортки в отворі, сприяє калібруванню отвору та полегшує контроль розгортки по діаметру.
Великий вплив на роботу розгортки надає кут в плані ф, між віссю розгортки і ріжучою кромкою, яка при передньому куті, що дорівнює нулю, йде утворює конуса ріжучої частини.
Зі зміною кута в плані ф змінюється співвідношення між шириною і товщиною зрізу, що становлять зусилля різання, інтенсивність і характер зносу інструменту. Зі збільшенням кута паркану конуса зростає осьове зусилля, утруднюється просування розгортки. Тому у ручних розгорток кут у плані приймається невеликим, що сприяє також плавному входу та виходу розгортки з отвору. На основі експериментальних даних для ручних розгорток під час обробки наскрізних отворів ф = 1 -:- 2°.
Машинні розгортки при роботі направляються краще за ручні, тому довжина їх різальної частини може бути меншою, а кут у плані більшим. При обробці чавуну ф = 4-:-5 °, а при обробці сталі ф = 12 -: - 15 °. Для глухих отворів як у ручних, так і у машинних розгорток ф = 45 - 60°.
Для забезпечення входу в отвір малий діаметр різальної частини виконується менше діаметра обробленого отвору на 13-14 припуску на розгортання.
Діаметр розгортки в кінці ріжучої частини та на циліндричній ділянці калібруючої частини вибирається в залежності від розбивання отвору при обробці, допуску на виготовлення отвору тапрагнення забезпечити максимально можливий запас на зношування розгортки по діаметру. Схема розташування полік допусків на діаметр розгортки наведена на рис. 73. Схема зображена для випадку, коли в процесі розгортання відбувається збільшення діаметра отвору, порівняно з фактичними розмірами розгортки. Тому, щоб отримати отвір у межах поля допуску, максимальний діаметр розгортки приймається рівним максимальному діаметру отвору мінус величина максимального розбивання. Допуск на діаметр розгортки необхідно вибирати так, щоб його забезпечення на шліфувальних та довідкових верстатах не представляло особливих труднощів.
Мал. 73. Схема розташування полів допусків на діаметр розгортки
Розмір розбивки отвору залежить від розмірів оброблюваної заготовки, режимів різання, точності виготовлення розгортки і точності її установки на верстаті і т.п.
У деяких випадках, особливо при обробці зношеними розгортками тонкостінних деталей, виготовлених з матеріалів з підвищеною пластичністю та в'язкістю, може спостерігатися негативне розбивання отвору. При конструюванні розгорток орієнтовно максимальна величина розбивання отвору приймається рівною 1/3 допуску на отвір. Уточнені значення величини розбивання отвору визначаються дослідним шляхом.
Діаметр в кінці калібрує береться менше діаметра розгортки. В результаті виходить зворотний конус. Вважають, що зворотний конус на розгортках служить зменшення тертя розгортки про оброблений отвір, полегшення виведення розгортки і запобігання розбивки отвори.
Для ручних розгорток зменшення діаметра до хвостовика становить 0,010 – 0,015 мм. Через таку малу величину потонання циліндричну ділянку у ручнихрозгорток часто не робиться і зворотний конус починається відразу після різальної частини.
Для машинних розгорток величина утонення коливається від 0,04-0,10 мм, при довжині частини, що калібрує, рівної 0,25-0,30 діаметра розгортки.
На базі проведених досліджень і виробничого досвіду в останні роки були розроблені розгортки з різко укороченою довжиною зворотного конуса до величини 3-5 мм і зменшенням діаметра на задньому торці на 0,5 - 0,7 мм, які забезпечують необхідну точність і високу частоту поверхні. для обробки коротких отворів.
Число зубів розгортки вибирається в залежності від оброблюваного матеріалу, діаметра та конструкції розгорток. Зі збільшенням числа зубів чистота обробки отворів підвищується, проте зменшується поперечний переріз стружкових канавок і вони можуть виявитися недостатніми для вільного розміщення та відведення стружки. При великій кількості зубів і невеликій глибині канавок перешліфовування розгорток на менші розміри не може. Незважаючи на зняття невеликих шарів металу, розгортки мають відносно невелику кількість зубів (від 6 до 14) для машинних і ручних розгорток діаметром 3—50 мм.
Розгортки збірної конструкції робляться з меншою кількістю зубів, так як елементи кріплення вставних зубів вимагають відповідного простору для їх розміщення.
Розгортки зазвичай мають парне число зубів. Це полегшує вимір їхнього діаметра. Позитивний вплив на роботу розгортки робить нерівномірний розподіл зубів по колу, що сприяє гасіння вібрацій, що виникають при роботі, особливо на підвищених режимах різання в умовах недостатньої жорсткості системи СНІД, та підвищення чистоти обробленої поверхні. Наприклад, у розгортка з числом зубів z = 8 кутовий крок приймаєтьсярівним ОМЕГА1 = 42 °, ОМЕГА2 = 44 °, ОМЕГА3 = 46 °, ОМЕГА4 = 48 °, ОМЕГА5 = 42 °, ОМЕГА6 = 44 °, ОМЕГА7 = 46 ° і ОМЕГА8 = 48 °, при середньому його значенні ОМЕГА = 45 °. При такому розподілі кроку кожна пара протилежних зубів лежить на одному діаметрі, що спрощує виготовлення та контроль розгортки.
Обробка стружкових канавок розгорток проводиться однокутовими (рис. 74, а) або двокутовими (рис. 74 б) фрезами з кутом профілю ТЕТА = 65 -:- 110°. Для середніх і великих розмірів застосовується профіль з контуром стінки зуба по радіусу, що полегшує розміщення стружки в канавках (рис. 74 в).
Мал. 74. Профілі канавок розгорток
Отримання при фрезеруванні нерівномірного кроку за однакової ширини зуба забезпечується зміною глибини канавки відповідною установкою фрези.
Зазвичай канавки у розгорток робляться прямі, що полегшує їх виготовлення та контроль.
Для обробки отворів, що перериваються по довжині або мають поздовжні канавки, незамінні розгортки з гвинтовими зубами. Гвинтові канавки також забезпечують розгортки для обробки легких сплавів. Кут нахилу гвинтових зубів у розгорток може сягати 30—45°. Напрямок гвинтових канавок стає зворотним напрямом обертання розгортки з метою усунення самозатягування та заїдання розгортки в отворі. Використання розгорток із великим кутом нахилу гвинтової канавки забезпечує отримання хорошої чистоти обробленої поверхні, але при цьому виникають значні зусилля подачі.