Растачивание отверстий: технология, инструменты, возможный брак

Что это такое? Растачивание отверстий – востребованная операция для обеспечения необходимых размеров, направления и класса чистоты. Данная операция часто выполняется на токарных станках специальными резцами и применяется на деталях, полученных литьем или методом ковки.

Отличия от других видов. Отчасти растачивание похоже на сверление, но отличается от него в худшую сторону по производительности, но в лучшую – по доступным для обработки диаметрам и точности готового отверстия. Однако и тут возможен брак.

Суть технологии растачивания

Растачивание отверстий производят для того, чтобы увеличить их диаметр, снимая при помощи расточных резцов поверхностные слои металла. Эта операция позволяет восстановить правильное расположение оси отверстия относительно плоскости детали, добиться соосности отверстий или подогнать их диаметр под требуемое значение. Растачивание часто бывает единственным способом для исправления неправильно просверленных или поврежденных отверстий.

Чистовое растачивание отверстий позволяет получать точность, соответствующую квалитетам от 8 до 10; шероховатость поверхности Rа – от 12,5 до 50 мкм для стальных деталей. Для изделий из цветного металла показатели точности будут в пределах 6-7 квалитета; шероховатость Ra – от 0,32 до 12,5 мкм при использовании твердосплавных резцов.

Факторы, влияющие на выбор оборудования и метода растачивания отверстий

Ниже рассмотрим, от каких условий зависит выбор режущего инструмента при растачивании отверстий на станках и каковы способы их применения. Важно упомянуть, что от правильно выбранного типа операции и резца зависит конечный результат работы с отверстиями.

Основные требования относительно размеров отверстия и качества обработки касаются:

• растачиваемого диаметра;
• глубины отверстия;
• точности.

Различают следующие типы отверстий:

• сквозные;
• глухие;
• ступенчатые;
• пересекающиеся.

Также следует различать этапы обработки:

1. Черновая – снимается лишний материал. Изначально отверстие может быть сформировано различными способами, в том числе отливкой, пластичным деформированием, сверлением, газоплазменной резкой и т. д.
2. Чистовая – позволяет достичь требуемого качества поверхностей и соблюсти строгие требования по пределам точности. Этот этап обработки отличается небольшой глубиной резания, которая, как правило, не превышает 0,5 мм.

Выбор типа обработки и рабочего инструмента зависит от следующих характеристик изделия:

• обрабатываемости;
• наличия легирующих добавок;
• твердости;
• свойств нарезаемой стружки;
• стабильности детали, наличия тонких участков, на которых возможна вибрация;
• необходимости использования удлинителя инструмента при растачивании;
• возможности надежной фиксации изделия для обработки;
• симметричности расположения обрабатываемого отверстия, которая делает возможным растачивание на станках;
• размера серии (при массовом производстве допустимо использование оптимизированных резцов для увеличения скорости растачивания).

Подбор оборудования для обработки цилиндрических отверстий следует производить, исходя из:

1. типа и диаметра шпинделя (горизонтальные варианты обеспечивают более эффективное удаление стружки);
2. скорости вращения шпинделя (позволяет ли она обрабатывать отверстия с малым диаметром);
3. способа и надежности фиксации детали;
4. способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости, ее расхода и давления;
5. мощности крутящего момента (позволяет ли она обрабатывать отверстия большого диаметра и работать трехкромочным расточным инструментом).

Виды резцов для растачивания отверстий

Существует множество разновидностей расточных резцов. Конструкционно они бывают цельными и со съемными твердосплавными пластинами. Также их делят на группы по предназначению.

Растачивание отверстий, глубина которых превышает три диаметра, возможно только державочным резцом, так как цельные инструменты не обладают достаточной жесткостью. Для токарной обработки отверстий большего диаметра глубиной более 30 мм используют резцы со сменными твердосплавными головками, для которых предусмотрено два типа крепления рабочей пластины в державке.

Сквозные пазы растачивают инструментом с резцом, закрепленным в державке прямо, глухие – резцами с косым креплением. Фиксация режущей части в державке обеспечивается специальными опорными плоскостями (или лысками).

Также стандарты предусматривают два вида исполнения инструментов для растачивания. В отличие от резцов с нормальным расположением головки, приспособления с опущенными головками, у которых режущая кромка расположена вдоль оси, имеют повышенную жесткость. При применении подобного резца возможно использование стержней с удвоенным диаметром, так как есть возможность более рационально размещать такие приспособления в отверстии.

Расточной инструмент фиксируется в держателе хвостовика. Режущая кромка при этом должна быть параллельной оси вращения детали, а вылет – минимальным. Вершина режущей грани располагается вровень с осью центров. Иногда для компенсации прогиба ее слегка приподнимают (в среднем на две сотых диаметра отверстия).

Растачивание сквозных и глухих отверстий

Растачивание сквозных отверстий

Выбор для сквозной расточки проходных резцов, оправок или борштанг с установленными расточными головками или блоками резцов определяется глубиной и диаметром отверстия. В отличие от рабочих инструментов для наружной токарной обработки изделий, для проходных резцов характерен ряд особенностей. Сзади они заточены с таким расчетом, чтобы размер головок соответствовал габаритам обрабатываемого отверстия, а спереди стержень сужается и имеет продолговатую конфигурацию.

Для фиксации резцов на токарном станке используются державки с хвостовиками конической формы или продольные резцедержатели. Расточные станки оборудованы специальными оправками для установки рабочего инструмента.

Широко распространено применение многолезвийных оправок для расточки сквозных отверстий, которые имеют множество вариантов исполнения. Такие инструменты отличаются от резцов значительной дороговизной и используются для расточки отверстий большой глубины, когда требуется повышенная точность обработки.

Также для растачивания глубоких отверстий с высокой точностью или для обработки соосных отверстий пользуются борштангами. Расточная штанга имеет вид длинного стержня цилиндрической формы, длина которого составляет от 1 000 до 3 000 мм, а диаметр – от 30 до 200 мм. Режущий или измерительный инструмент вставляется в специальные пазы, расположенные через определенные промежутки по длине штанги.

Одним концом борштангу фиксируют в шпинделе при помощи оправки конической формы, а вторым опирают на специальный люнет. Для выполнения обработки ось расточной штанги точно совмещают с осью вращения детали.

Растачивание глухих отверстий

Глухие отверстия формируют и обрабатывают в несколько шагов:

1. высверливают или рассверливают отверстие до наибольшего диаметра;
2. производят черновую расточку с небольшим припуском;
3. дно отверстия обрабатывают до нужной чистоты;
4. производят чистовую расточку до точного диаметра.

Особого внимания при растачивании глухих отверстий требует участок поверхности около дна. Не доходя 5 мм до заданной глубины, необходимо понизить подачу. Для обработки заключительного отрезка следует прибегнуть к ручному режиму расточки. Применение проходных резцов допустимо при небольшой глубине обработки – от 100 до 150 мм. Для глубокой расточки лучше пользоваться различными типами головок.

Растачивание отверстий для восстановления

К растачиванию отверстий прибегают для того, чтобы восстановить их поверхность, изношенную в ходе использования деталей. Для проведения расточки могут использоваться как стационарные станки (вертикальные или горизонтальные токарные и расточные), так и мобильные установки. Применение токарного оборудования не имеет альтернативы, когда требуется точное восстановление нескольких соосных отверстий.

Расточные устройства используют для обработки повышенной точности и расточки отверстий на габаритных изделиях. К примеру, вертикальные расточные механизмы широко применяют для растачивания блока цилиндров ДВС.

Когда необходимо провести расточку отверстий без отправки техники на ремонтное предприятие, прибегают к помощи мобильного расточного оборудования. Такие установки используют, если в ремонте нуждаются проушины ковшей экскаваторов на горнодобывающих предприятиях, узлы и детали шахтного оборудования, фланцы и запорная арматура эксплуатируемых трубопроводных магистралей и т. д.

Конструкция мобильных расточных установок включает электродвигатель, шпиндель с патроном, расточную штангу с резцами и опорные элементы. Устройство фиксируется прямо на ремонтируемую деталь. Качество обработки обеспечивается точным и жестким соосным креплением борштанги.

В остальных ситуациях необходима специальная подготовка отверстий к растачиванию, в ходе которой для восстановления чернового размера цилиндрической поверхности слой металла наносят посредством сварки, напыления или лужения. Далее подготовленное к ремонту отверстие растачивают до нужного диаметра.

Брак при растачивании отверстий

Возможные виды брака:

• неполная обработка поверхности;
• несоответствующий диаметр;
• низкое качество обработанной поверхности;
• некруглая форма (овал или граненая).

Причинами первой разновидности брака могут быть смещение оси отверстия по отношению к плоскости изделия, малый припуск, неправильная установка изделия в патрон. Эти виды повреждений, как правило, не подлежат исправлению. Данные дефекты, как правило, возникают при отсутствии проверки точности установки детали в патроне и положения оси отверстия относительно ее наружного диаметра.

Брак второго вида происходит из-за неправильной установки глубины резания резцов или их отжима. Такой дефект исправляется при дополнительном растачивании, если полученный диаметр это позволяет. Для того чтобы не допустить такого изъяна, необходимо максимально точно установить глубину обработки и использовать резец нужной жесткости при малой подаче.

Отверстия неправильной геометрии при расточке становятся следствием слишком сильного зажимания заготовки кулачками патрона. К образованию овала приводит пережим в четырех- или двухкулачковом патроне, граней – в трехкулачковом. Неполадка устраняется ослаблением зажима в сочетании с соответствующим снижением подачи и глубины.

Растачивание отверстий производится при помощи лезвийного режущего инструмента. Суть операции заключается в обработке внутренней поверхности цилиндрического, конического или ступенчатого отверстия, при которой достигаются необходимые диаметр, класс чистоты, направление оси или соосность нескольких отверстий.

Посредством расточки обрабатывают черновые отверстия в металлических изделиях, полученных сверлением, пластичным деформированием или литьем. Также растачивание применяют для исправления геометрии изношенных или деформированных при интенсивной эксплуатации отверстий. Для восстановления чернового диаметра на цилиндрическую поверхность наплавляют ремонтный слой металла.