Термин ²глубокое отверстие² имеет различное толкование и базируется в основном на разграничении отверстий на глубокие и обычные по отношению длины отверстия к его диаметру
l / d , причем это условное разграничение колеблется от трех до десяти диаметров. Отечественный и зарубежный опыт сверления показывает, что к глубоким следует относить отверстия глубиной более 5*d ,поскольку без использования специальных сверл, подточек невозможно получить отверстие без вывода инструмента для удаления стружки. Существует мнение , что к глубоким должны быть отнесены такие отверстия , изготовление которых связано с необходимостью применения специальных инструментов, оборудования и методов обработки и не может быть рационально осуществлено или вообще осуществлено с помощью инструментов и методов, применяемых для изготовления отверстий нормальной длины.
Для операции глубокого сверления широко используются станки специального назначения ( ОС-401, ОС-402А, ОС-98 и др.), а также универсальные сверлильные , револьверные и токарные станки , модернизированные для сверления глубоких отверстий. Глубокое сверление отверстий диаметром до 20 мм осуществляется на универсальном и специальном оборудовании по различным кинематическим схемам ружейными и спиральными сверлами со специальной заточкой, с различными углами наклона винтовой канавки , а также спиральными сверлами, имеющими разделение рабочей части на режущую и транспортирующую.
В нашем случае деталь( хвостовик ) имеет три глубоких отверстия : 2 отв. Æ10´167 и одно отверстие Æ20´177. Сверление производим по циклу глубокого сверления стандартными спиральными сверлами, т. е. вывод сверла осуществляется после врезания на глубину 3*d, затем — после врезания на глубину 2*d, а потом через каждое значение d. Данная схема обработки решает проблему удаления стружки из зоны резания и подачи СОЖ, однако применение специальных ( например, шнековых ) сверел значительно повысило бы производительность операции глубокого сверления из-за отсутствия необходимости вывода сверла из отверстий .
Итак, основным требованием , предъявляемым к технологическому процессу , является обеспечение высокого качества продукции при высокой производительности труда. При этом наиболее сложным вопросом является обеспечение заданной точности обработки ,зависящей от правильного выбора оборудования, инструмента, режимов резания и других условий.
Понятие точности глубоких отверстий, полученных сверлением , включает : точности диаметрального размера, геометрической формы отверстия в поперечном и продольном сечениях, положения и отклонения оси просверленного отверстия; шероховатость поверхности. Характер и степень влияния многочисленных факторов на точность обработки глубоких отверстий неодинаковы.
Отклонение диаметра отверстия.
Величина разбивки отверстия зависит от большого количества факторов. Основными из них являются биение и износ инструмента, состояние материала, глубина сверления. Значительное влияние оказывает также величина зазора между сверлом и кондукторной втулкой. Для повышения точности диаметрального размера рекомендуется уменьшать зазор между сверлом и втулкой и увеличивать ее высоту. Одной из причин разбивки отверстия является несоосность рабочей части сверла и ее хвостовика, приводящая к биению. с увеличением глубины сверления разбивка возрастает, т.к. из-за увеличивающейся длины консоли снижается радиальная жесткость системы сверло — шпиндель.
Динамические погрешности станка также оказывают влияние на разбивку отверстия. Одна из причин возникновения динамических погрешностей — это результирующая радиальных составляющих усилия резания DPy , возникающая из-за наличия эксцентриситета и дефектов заточки, когда j1¹j2 и длины режущих кромок не равны. Это усилие, приложенное к уголкам режущих лезвий сверла , вызывает разбивку, дефект поверхности и повышенный износ сверла.
Увеличение неравномерности заточки углов в плане сверла с 0,5 до 3 0 ведет к разбивке отверстия более чем на 1 мм. Зависимость разбивки отверстия от неравенства режущих кромок по высоте записывается как :
DD = H*tg( j / 2 ),
где H — разность режущих кромок по высоте ;
j — угол при вершине сверла.
Так как на разбивку влияет обратная конусность, увеличивающая зазор между кондукторской втулкой и сверлом, предлагается изготавливать сверла без нее. Разбивка также зависит от режимов резания. С увеличением скоростей резания и подачи разбивка возрастает , причем в большей степени влияет подача. На отклонение диаметра отверстия сказывается также и износ сверла.
Погрешность формы отверстия.
При сверлении отверстий возникают погрешности формы в поперечном и продольном сечениях. Значительное влияние на них оказывает несимметричная заточка режущих лезвий сверла. Основной слой металла при этом снимается одной режущей кромкой , воспринимающей почти всю нагрузку. Зазор между стенкой отверстия и малонагруженной ленточкой сверла возрастает и забивается стружкой, которая смещает сверло. Кроме того , с увеличением глубины сверления ухудшаются условия транспортировки стружки : она пакетируется , создает неуравновешенную радиальную силу. В результате этого возникают вибрации и разбивка отверстия, которая возрастает по мере увеличения глубины сверления.
Погрешности формы возрастают с увеличением диаметра сверления, причем у входа в отверстие обычно наблюдается овальность, в средней его части — неравномерное отклонение от округлости, у выхода — равномерное отклонение от округлости. При глубоком сверлении погрешности формы в поперечном сечении овальные, в продольном — конусообразные.
Погрешность формы отверстия возрастает с увеличением вылета сверла, так как жесткость последнего уменьшается и оно работает в условиях продольного изгиба. При сверлении возможно возникновение трехгранной огранки, связанной с наличием двух режущих лезвий, участвующих в образовании контура отверстия. На погрешности формы отверстия в поперечном сечении влияют также погрешности формы шейки шпинделя станка и опорных подшипников, зазор между опорными шейками шпинделя и подшипниками.
Увод оси отверстия.
Величина увода оси отверстия зависит от статических и динамических погрешностей станка, конструкции и геометрии режущего инструмента, параметров кондукторных втулок, режимов резания и др.
Неперпендикулярность опорной поверхности стола к оси шпинделя приводит к погрешности базировки детали или приспособления относительно вертикальной оси шпинделя. Увод оси отверстия вызывается непараллельностью оси шпинделя направлению перемещения гильзы. Под влиянием осевого усилия возможны деформации узлов станка, нарушающие перпендикулярность оси шпинделя к рабочей поверхности стола, что также вызывает увод оси отверстия.
Большое влияние на величину увода оси отверстия оказывает схема сверления. Увод оси отверстия уменьшается, когда заготовка имеет главное движение( эффект самоцентрирования сверла ). ( Т.е. в нашем случае увод оси отверстия меньше при сверлении на токарном станке).
Увеличение глубины сверления приводит к возрастанию увода, т.к. увеличивается вылет сверла и уменьшается его жесткость. Жесткость сверла понижается также с уменьшением его диаметра. Если относительная длина сверла l/d и осевое усилие больше критических значений, определяемых из условий продольного изгиба, деформации оси сверла неизбежно вызовут его увод. Кроме того, биение рабочей части сверла относительно хвостовика приведет к тому, что осевое усилие приложенное эксцентрично по отношению к оси сверла , вызовет изгиб, а следовательно, увеличится и увод оси отверстия.
Таким образом, при работе сверлом с большим вылетом одним из факторов, определяющих первоначальное направление оси отверстия , является поворот вершины сверла под влиянием продольного изгиба.
К числу причин , вызывающих увод оси отверстия при глубоком сверлении , относятся также погрешности заточки сверл и , в первую очередь, неодинаковые величины углов между осью сверла и главными режущими кромками. Неравенство этих углов влечет за собой появление резко выраженной разницы в сечениях среза каждой режущей кромки, что приводит к появлению больших неуравновешенных радиальных сил, изгибающих сверло и вызывающих его увод. Однако считается, появление неуравновешенных радиальных сил вызывает только разбивку и не влияет на увод оси, т.к. вектор, определяющий величину и направление радиальной силы, описывает полную окружность за время одного оборота сверла и поэтому не может служить причиной одностороннего увода.
Режимы резания также влияют на величину увода оси отверстия. С увеличением подачи возрастает усилие резания, а следовательно, продольный изгиб сверла и связанный с ним увод оси . По этой же причине увод возрастает и при износе сверла.
Относительно влияния скорости резания на величину увода оси отверстия нет единого мнения. Повышение скорости резания способствует некоторому увеличению динамической жесткости инструмента, снижению сил резания, способствующих уменьшению увода оси отверстия. Уменьшению увода оси отверстий способствует применение кондукторных втулок, важное значение при этом имеет правильный выбор их параметров. В этом вопросе также имеются разногласия. Для уменьшения увода рекомендуется уменьшать зазор между втулкой и сверлом и применять удлиненные втулки. В то же время утверждается , что высота втулки не влияет на увод оси отверстия. В ряде исследований советуют устанавливать втулки вплотную к торцу детали, а в других — на расстоянии (1,5¸ 2 )*d от торца детали с целью обеспечения нормального выхода стружки.
Шероховатость поверхности.
Микронеровности на стенках просверленного отверстия зависят от совокупности рада факторов: физико-механических свойств обрабатываемого материала , режимов резания, смазывающе- охлаждающей жидкости, геометрии и микрогеометрии режущего инструмента и др. Микронеровности при сверлении возникают вследствие нароста, образующегося на режущих лезвиях в местах пересечения заборного конуса сверла с его цилиндрической частью, шероховатости лезвий, защемления обломков сходящей стружки между сверлом и изделием, царапания обработанной поверхности при выводе сверла из отверстия.