Зенкование и развертывание отверстий: когда и где применяются

Развертывание и зенкование отверстий – операции, применяемые на этапе постобработки деталей и заготовок. Их задача – довести параметры отверстия до заданных в чертежах: увеличить/уменьшить шероховатость, изменить диаметр, создать потай и т. д.

Существуют как ручные, так и машинные инструменты, которые отличаются конструкционно. Для разных операций используют разные типы разверток и зенковок. К тому же зенкование часто путают с зенкерованием из-за схожести в названии, но это разные операции. Больше о технологиях вы узнаете из нашего материала. 

Суть развертывания отверстий

Форма, размеры, шероховатость отверстий заготовок должны соответствовать заданным чертежами и параметрам технического задания. Это достигается за счет технологических операций сверления отверстий, их зенкования и развертывания.

Операции выполняются как вручную, так и с использованием сверлильного оборудования. В обоих случаях применяется специальный инструмент – развертка.

Ручные и машинные приспособления для выполнения зенкования и развертывания отверстий отличаются друг от друга по конструкции.

У ручного инструмента более длинные режущие кромки рабочей части и квадратный хвостовик, благодаря которому развертку можно установить в воротке. Машинная развертка позволяет выполнять глубокие отверстия за счет более короткой рабочей части и более длинной шейки.

Технические параметры развертывания отверстий

Выбирая инструмент для обработки отверстий, сверления, зенкования, зенкерования и развертывания, необходимо ориентироваться на его технические характеристики:

• тип инструмента (при помощи разверток выполняют черновую или чистовую обработку, вручную или автоматизировано/полуавтоматизировано);
• диаметр (его выбор зависит от того, какие геометрические требования предъявляются к отверстиям будущего изделия).

Для выполнения чернового развертывания и зенкования отверстий требуется припуск 0,1–0,15 мм, чистового – 0,05–0,1 мм.

Рассмотрим, как выполняют развертывание на конкретном примере. Для получения отверстия диаметром 30 мм:

• первоначально пользуются сверлом диаметром 15 мм;
• после этого берут сверло большего диаметра, чтобы получить отверстие размером 29,8 мм;
• следующий этап заключается в применении черновой развертки диаметром 29,95 мм;
• заключительный этап – чистовая обработка разверткой 30 мм, позволяющей убрать припуск в 0,05 мм.

Точность отверстия и степень шероховатости его поверхности зависит как от геометрических параметров развертки, так и от используемой в процессе работы смазочно-охлаждающей жидкости.

Конструкция разверток

Развертки делятся на цельнометаллические и регулируемые. Конструктивно и те, и другие состоят из трех основных элементов:

• рабочей части, формирующей отверстия нужного профиля и геометрической конфигурации;
• шейки;
• хвостовика (ручного или механического), передающего вращательное усилие.

Рабочая часть инструмента оснащена четным числом прямых или спиральных лезвий (от 6 до 16), разделенных между собой канавками. Рабочий элемент развертки состоит из: 

• заборной (режущей) части с конусным уклоном;
• калибрующей части с обратным конусом.

Дальше расположена шейка, выводящая инструмент по окончании обработки отверстия. На конце хвостовика ручной развертки находится квадратная головка для крепления воротка. Механический хвостовик имеет цилиндрическую или конусовидную форму. 

В механических инструментах для зенкования, развертывания отверстий рабочие элементы короче, чем в ручных, поскольку последние требуют приложения большего усилия при обработке заготовок.

В связи с этим, для производства изделий в больших объемах прибегают к помощи сборных регулируемых инструментов. Затупившиеся твердосплавные пластины заменяют новыми, параметры устанавливают за счет регулируемого корпуса или резьбового механизма пластин. 

Основные виды разверток

Инструменты для зенкования, развертывания отверстий относят к той или иной группе в зависимости от конструктивных, технологических и функциональных признаков. Их можно классифицировать следующим образом:

• в соответствии с конструктивными характеристиками они бывают цельнометаллическими, сборными, регулируемыми и т. п.;
• в соответствии с типом обработки делятся на конические и цилиндрические инструменты;
• в зависимости от способа приложения усилий могут быть ручными и механическими;
• в соответствии со способом обработки делятся на инструменты, предназначенные для черновых и чистовых работ;
• в зависимости от формы режущего элемента выделяют цилиндрические и конические инструменты.

Помимо основных перечисленных, выпускают также специальные цельные или регулируемые развертки, с помощью которых выполняются определенные технологические операции (ступенчатые, котельные и пр.).

Пользуются спросом сборные модульные системы для машинного развертывания, зенкования отверстий. В них используются разные державки, соединяющиеся и с цельными, и с регулируемыми рабочими элементами. Такие системы классифицируют в зависимости от способа применения.

Ручные приспособления

У ручного инструмента для развертывания отверстий лезвия неравномерно распределяются по окружности. Зубцы располагают ассиметрично, чтобы при каждом повороте развертки режущие элементы попадали на разные места, не образуя волнистой поверхности.

Уклон заборной части инструмента составляет не более 2°, что позволяет прилагать меньше усилий при обработке. Для регулировки длины используют набор удлинителей, имеющих квадратный выступ для крепления воротка.

Основное назначение ручных регулируемых инструментов для зенкования, развертывания отверстий – проведение ремонтных работ в местах размещения оборудования. Регулируют развертки двумя основными способами:

• меняют диаметр корпуса, разжимая его; 
• перемещают режущие кромки. 

Разжимная развертка оснащена прорезями вдоль лезвий и конусным отверстием с шариком в корпусе. Для увеличения диаметра шарик с помощью настроечного винта перемещают вдоль оси корпуса. Если в инструменте используют сменные пластины, то размер регулируют за счет приподнимания режущей кромки над поверхностью корпуса.

Машинные развертки

Механические развертки оснащаются четным числом лезвий (регулируемые инструменты для развертывания отверстий – четным числом сменных пластин), которые распределяются по периметру корпуса.

Количество лезвий (пластин) влияет на степень обработки: чем их больше, тем выше точность отверстий и меньше шероховатость. Заборная часть короткая, углы передних кромок достигают 45°. 

Большинство машинных инструментов для зенкования, развертывания отверстий оснащается коническим хвостовиком, что позволяет совмещать их с посадочными конусами шпинделей станков и стандартных оправок. Диаметр регулируется так же, как в ручных моделях.

Благодаря своей универсальности развертки можно использовать на токарном, сверлильном и фрезерном оборудовании.

Отличия зенкования отверстий от зенкерования

Развертывание, зенкование и зенкерование отверстий сходно по звучанию, но различается по сути. Операции выполняются с помощью различных инструментов.

При зенковании и развертывании отверстий срезают больший слой материала, чтобы придать отверстию коническую или цилиндрическую форму, в которой будет размещен скрытый крепеж.

Выполняют операцию при помощи зенковок, которые могут быть:

• цилиндрическими (с их помощью создают цилиндрические выемки в верхней части отверстий, в которых прячут головки винтов или гаек);
• коническими (предназначенными для создания конусовидных углублений в нижней части отверстия, снятия фасок и формирования крепежных выемок);
• торцевыми или цековками (помогающими зачищать выемки перед размещением крепежа).

Конструкция зенковки включает в себя рабочую головку и хвостовик с направляющей цапфой, которая используется для обеспечения соосности выемок.

Инструмент для зенкования, развертывания отверстий обычно используют вместе со сверлильным оборудованием, реже – с токарным станком. Зенковки не рекомендуют вставлять в дрели или другие ручные инструменты, так в этом случае не обеспечивается соответствующая точность и соосность.

Конструкция и виды зенковок

Резцы зенковок могут быть:

• Конической формы. В этом случае ножи расходятся из центра под углом от 30° до 120° к телу зенковки. Шаг составляет 30°. Различается также диаметр инструмента.
• С режущими кромками, расположенными на окружности цилиндра. С помощью подобного инструмента для зенкования отверстий получают ровные цилиндрические углубления.
• С элементами для торцевания.

В зависимости от диаметра резцов зенковки делятся на:

• простые, с диаметром 1,5–0,5 мм;
• с предохранительным конусом диаметром 6–0,5 мм или без;
• с хвостовиком диаметром 8–12 мм.

С помощью зенковок выполняют следующие виды технологических операций:

• обрабатывают отверстия для образования в его начале конусного углубления;
• получают углубления в отверстии при необходимости создания опорной плоскости;
• удаляют фаски на торце канала отверстия;
• создают углубления для использования потайных шляпок метизов.

Конические зенковки состоят из:

• хвостовика, необходимого для закрепления инструмента в сверлильном или токарном оборудовании;
• рабочего элемента, включающего в себя 6–12 режущих кромок большей толщины, чем у сверла.

Конус имеет угол развертки 60–120°. На количество кромок влияет диаметр инструмента для зенкования, развертывания отверстий (чем больше диаметр, тем больше кромок).

По форме и конструкции цилиндрический инструмент для зенкования отверстий похож на сверло, но с большим количеством режущих кромок. Поскольку зенковка предназначена для создания неглубоких выемок, длина кромок меньше, чем у сверла.

Для крепления в патроне зенковка оснащается направляющей цапфой. Глубина погружения инструмента в заготовку ограничивается съемным или несъемным пояском, размещаемыми выше режущих элементов.

Тип и размер инструмента для зенкования, развертывания отверстий указывается в пояснении к чертежам будущей деталей.

Правила зенкования отверстий

Зенковки используются совместно с токарным или сверлильным оборудованием. Перед началом работы необходимо проверить исправность патрона, поскольку точное углубление не получится в случае биения резца.

При работе с инструментом для зенкования, развертывания отверстий следует придерживаться нижеперечисленных правил:

• Использовать соответствующий режущий элемент (конусы с заглублением выполняют с помощью зенковки с продолговатым телом и направляющей цапфой, небольшие углубления – с конусными зенковками, при работе с заготовками из твердых сплавов применяют инструменты с твердосплавными напайками).
• Следить за соответствием диаметров режущего элемента и углубления. В противном случае угол конуса, точность глубины и центровка углубления относительно отверстия будут нарушены.
• Выбирать рекомендованную производителем скорость вращения резца. Нарушение этого правила приведет к перегреву рабочей части и износу кромок.
• Отводить тепло из рабочей области специальными эмульсиями при выполнении отверстий в чугунных заготовках или деталях из твердых сплавов.
• Четко центровать инструмент для зенкования относительно середины отверстия.

При создании рабочих чертежей для изготовления деталей в них указывают, какой должен быть использован режим работы оборудования и прочие существенные нюансы.

Если не соблюдать их, а также нарушать общую технологию развертывания и зенкования отверстий, то с большой долей вероятности можно получить детали с производственным браком.

Все чаще вместо механического развертывания, зенкерования и зенкования отверстий выбирают высокотехнологичные лазерные и термические технологии. На смену традиционным вариантам резки приходят также гидроабразивные способы, востребованность которых растет за счет высокой скорости и точности раскроя.

Однако полностью отказаться от развертывания и зенкования отверстий нельзя. Они позволяют работать вручную, без применения сложного дорогостоящего оборудования. При таком варианте обработки не нужны дополнительные расходные материалы.

Следовательно, к достоинствам технологии можно отнести экономичность, а к недостаткам – скорость процесса и качество результата.