Сверление отверстий малого диаметра в тонкостенных изделиях из труднообрабатываемых материалов в условиях ограниченного доступа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



УДК 621.953

Сверление отверстий малого диаметра в тонкостенных изделиях из труднообрабатываемых материалов в условиях ограниченного доступа

А. В. Никитин

Рассмотрены технологические особенности выполнения отверстий в труднодоступных местах при монтаже и сборке крупногабаритных металлоконструкций с применением сверлильно-фрезерных станков на магнитном основании.

Ключевые слова: обработка резанием, стружкообразование, типы стружек.

При изготовлении и сборке крупных карьерных машин, сборных металлоконструкций, энергоагрегатов и других изделий существуют трудности в выполнении присоединительных и технологических точных отверстий в зонах ограниченного доступа сочленяемых элементов. Они связаны с невозможностью применения традиционных станков с функцией сверле-

Рис. 1. Сверлильно-фрезерный станок на магнитном основании МАВ 800КТ с продольно-поперечным столом для точного позиционирования

ния, особенно на объектах, где непосредственно собираются такие изделия. Эффективное решение данной проблемы достигается применением переносных сверлильно-фрезерных станков на магнитном основании с возможностью точного позиционирования для выполнения отверстий.

Типичным представителем таких станков является сверлильно-фрезерный станок на магнитном основании МАВ 800КТ с продольно-поперечным столом для точного позиционирования (рис. 1). Он предназначен для фрезерования небольших участков поверхности, разделки корня сварного шва, сверления отверстий спиральными и корончатыми сверлами, зенке-рования и нарезания внутренней резьбы.

Схематизация технологической системы (рис. 2) является важным этапом разработки технологического процесса изготовления изделий.

Для схематизации принят следующий набор базовых признаков:

• обрабатываемый материал;

• толщина детали;

• форма поверхности;

• угол наклона поверхности;

• операция.

• режущий инструмент;

• вспомогательный инструмент;

• средства технологического оснащения.

Рис. 2. Схематизация элементов технологической системы и их параметров

Вид обрабатываемого материала имеет принципиальное значение для станков на магнитном основании. В принятой схематизации рассматривается четыре вида обрабатываемых материалов:

• ферромагнитные сплавы;

• коррозионно-стойкие стали;

• титановые сплавы;

• алюминиевые сплавы.

Определяющим признаком материала применительно к рассматриваемому виду оборудования являются его магнитные свойства.

Из приведенного списка магнитными свойствами обладают ферромагнитные сплавы (конструкционные стали обыкновенного качества, качественные и др.), также коррозионно-стойкие стали ферромагнитного класса. Их достоинством является то, что станок может устанавливаться непосредственно на рабочую поверхность детали, если она плоская. Коррозионно-стойкие стали аустенитного класса, титановые и алюминиевые сплавы не обладают магнитными свойствами. Поэтому при установке станка для обработки из данной группы

МЕШПООБРАБОТК|»

материалов применяют специальную оснастку в виде хомутов, столов, штативов и др.), что накладывает дополнительные требования при разработке технологических процессов изготовления деталей.

Толщина детали является важным признаком, ограничивающим возможность установки станка на рабочую поверхность детали. Она разделяется на три группы:

• к < 3 мм;

• к < 6 мм;

• к > 6 мм.

При толщине более 6 мм никаких ограничений по установке станка на рабочую поверхность детали нет. При толщине от 3 до 6 мм листовую деталь устанавливают на плоское основание и закрепляют к нему прижимами или другим способом. Если толщина детали менее 3 мм, необходимо использовать дополнительные средства технологического оснащения.

По форме поверхности разделены:

• на плоскую;

• на выпуклую;

• на вогнутую.

Для плоской поверхности детали из ферромагнитного сплава средства технологического оснащения не нужны. Станок можно устанавливать непосредственно на рабочую поверхность. При сверлении отверстий в выпуклой и вогнутой деталях необходима дополнительная технологическая оснастка.

Угол наклона поверхности у по отношению к плоскости основания станка имеет следующую градацию:

• у < 10 °;

• у < 30°;

• у > 30°.

а)

б)

а)

б)

в)

141

г)

О

Рис. 3. Основные типы сверл, применяемых на станках с магнитным штативом: а — спиральное; б — корончатое из быстрорежущей стали; в — корончатое с твердосплавными пластинами; г — ступенчатое

Рис. 4. Сопоставление эффективности применения спиральных (а) и корончатых (б) сверл

Данная градация определяет применимость режущего инструмента. Предпочтительным всегда является применение корончатых сверл (рис. 3) при условии, что диаметр отверстия находится в диапазоне ё = 12 150 мм. Данное предпочтение связано с тем, что спиральное сверло имеет 2 (в редких случаях 3) режущие кромки, а корончатое сверло имеет от 4 до 16 режущих зубьев. При этом ширина среза в 4-5 раз меньше, чем у спиральных сверл (рис. 4).

Однако применение корончатых сверл имеет очень важное ограничение. Они применяются только для сверления сквозных отверстий (рис. 4). При этом угол наклона рабочей поверхности не должен превышать 30°. При данном наклоне допускается применение ступенчатых сверл (рис. 3). Спиральные сверла применяются при отсутствии наклона рабочей поверхности. Допускается наклон до 10°, но при этом перед сверлением отверстие необходимо центровать. При наклоне рабочей поверхности более 30°, а для спиральных сверл более 10° необходимо применять специальные технологические решения с использованием концевых фрез, зенковок и центровочных сверл.

Операция является обобщающим признаком, включающим:

• сверление;

• рассверливание;

• зенкерование;

• центрование;

• фрезерование.

Для каждой выбранной операции и их совокупности применительно к предыдущим рассмотренным признакам совместно формируются следующие признаки:

• режущий инструмент (сверло корончатое, сверло спиральное, фреза концевая, зенкер, центровочный инструмент);

• вспомогательный инструмент (патрон цанговый, патрон специализированный, удлинитель, конус Морзе);

• средства технологического оснащения (поверхность детали, рядом с деталью, поворотный стол, штатив, специальная оснастка).

Дальнейшая детализация технологических параметров не целесообразна, так как существует множество альтернативных решений, приводящих к совокупности идентичных ре-

зультатов. При этом достигнутого уровня формализации достаточно для построения моделей формообразования. Приведенная схематизация технологических признаков является основой параметризации указанных моделей.

Управление логикой построения и параметризации моделей формообразования (рис. 5) осуществляется на основе четырех технологических признаков:

• вид отверстия (сквозное, глухое);

• диаметр отверстия й;

• угол наклона рабочей поверхности у;

• магнитные свойства обрабатываемого материала.

Они определяют выбор характеристик режущего инструмента и необходимую последовательность операций обработки. Схематизация средств технологического оснащения определяется всей совокупностью признаков (см. рис. 2).

Логика построения типовой модели формообразования

Рассмотрим особенности конструктива свер-лильно-фрезерного станка на магнитном основании наиболее представительного класса на примере станка МАВ 800КТ1000 с электромеханическим приводом МАВ 8004Е [1]. Механическая структура конструктива станка включает (см. рис. 1) станину с установленными на ней снизу магнитным основанием и сбоку вертикальными направляющими скольжения типа ласточкин хвост. На направляющих установлен вертикальный суппорт. Перемещение суппорта по направляющим осуществляется электромеханическим приводом подач посредством зубчатой реечной передачи. На суппорте в вертикальном положении установлен электромеханический привод МАВ 8004Е. В приводе реализован ступенчатый механизм переключения скоростей вращения шпинделя. Он имеет два каскада переключения:

• двухступенчатый зубчатый редуктор, обеспечивающий установку четырех передач (рис. 6);

• электронная система управления, обеспечивающая установку пяти уровней в диапазоне каждой передачи.

Кинематическая схема двухступенчатого зубчатого редуктора (рис. 6) имеет развитую струк-

Таблица 1

Частоты вращения шпинделя станка при двухкаскадном переключении передач, мин-1

Б1 Б3 у Б5

Установочное положение Передачи

1 2 3 4

1 40 65 140 220

2 50 80 165 265

3 65 100 210 330

4 80 135 270 450

5 110 175 370 600

Рис. 6. Развернутая кинематическая схема зубчатого редуктора электромеханического привода МАВ 8004Е:

1—12 — зубчатые колеса; А1, А2 — радиальные шариковые подшипники; Б1—Б6 — игольчатые подшипники; В1, В2 — радиально-упорные шариковые подшипники; Д — неподвижно установленное на валу зубчатое колесо; Е — подвижный блок зубчатых колес

туру в виде двух переключаемых блоков зубчатых колес 5-6 и 9-10. В сочетании с электронной системой управления такая двухкаскад-ная система переключения позволяет в широком диапазоне варьировать частоту вращения шпинделя (табл. 1).

При наличии 20 установочных ступеней привод обеспечивает регулирование частоты вра-

Режимы резания для сверл СогоБгШ БеНа-С К840 и К850

Таблица 2

Код 180 Марка материала Скорость резания, V, м/мин Диаметр сверления, мм

3-6 6-10 10-14

Подача мм/об

N Д16 120-230 0,15-0,35 0,20-0,50 0,30-0,60

АЛ3 120-230 0,15-0,35 0,20-0,50 0,30-0,60

8 1псопе1 718 10-25 0,06-0,12 0,08-0,15 0,08-0,15

ХН60МВТЮ 10-25 0,06-0,12 0,08-0,15 0,08-0,15

Вт. 4 20-60 0,06-0,12 0,08-0,15 0,14-0,28

М 09Х16Н4Б 40-80 0,08-0,14 0,08-0,15 0,12-0,22

ЕТАПЛООБРАБОТК]

Таблица 3

Режимы резания для сверл JETBROACH 35Ь. Диаметр сверления 14—20 мм

Код КО Марка материала Скорость резания V, м/мин Подача мм/об

N Д16 30-25 0,20-0,45

АЛ3 30-25 0,20-0,45

Б 1псопе1 718 15-20 0,16-0,30

ХН60МВТЮ 15-20 0,16-0,30

М 09Х16Н4Б 20-25 0,12-0,28

щения шпинделя в широком диапазоне: п = = 40 600 мин-1. Станок имеет очень важную опцию двухкоординатного точного позиционирования инструмента. Она представляет собой двухкоординатный стол (см. рис. 1), устанавливаемый между основанием станины и верхней плоскостью магнитного основания. Рассмотренные сверлильно-фрезерные станки имеют широкие технологические возможности, что позволяет эффективно применять их в производстве.

Отдельные результаты по определению режимов резания для сверления отверстий на сверлильно-фрезерных станках спиральными сверлами СогоБгШ БеКа-С И840 и И850 [2] приведены в табл. 2, корончатыми сверлами ^ТБИОАСИ 35Ь — в табл. 3.

Представленные в табл. 2 и 3 результаты получены на основе эмпирических моделей формообразования при сверлении [3].

Выводы

1. Ряд моделей сверлильно-фрезерных станков на магнитном основании имеют широкие технологические возможности для выполнения

отверстий, в том числе точных, в условиях ограниченного доступа в зону обработки. При монтаже и сборке изделий на удаленных объектах данным станкам нет альтернативы.

2. Специфические особенности сверлильно-фрезерных станков требуют разработки технологических процессов и соответствующего комплектования режущего, вспомогательного инструмента и технологической оснастки в зависимости от требуемого набора признаков технологической системы.

3. Рациональный выбор режимов резания при обработке на сверлильно-фрезерных станках имеет принципиальное значение в связи с особенностями их установки на обрабатываемой детали или сборочной единице с помощью магнитного основания и дополнительной установочной оснастки. Режимы резания определяются, как правило, на основе эмпирических моделей формообразования.

4. К сверлильно-фрезерным станкам предъявляются повышенные требования надежности, так как они являются переносными и отказы могут привести к травматизму. Поэтому они нуждаются в периодической функциональной диагностике. Данный материал выходит за рамки статьи и будет изложен дополнительно.

Литература

1. Металлообрабатывающее оборудование. Барнаул: СПИК, 2006. 32 с.

2. Новые инструменты от 8ап<^1к Согошап". АБ Бап^к СогошапЬ, 2004. 144 с.

3. Никитин А. В. Определение режимов резания при сверлении отверстий малого диаметра в тонкостенных изделиях из труднообрабатываемых материалов // Металлообработка, 2011. № 5 (65). С. 15-19.