Эжекторное сверление, как и глубокое, характеризуется принудительным удалением стружки из зоны резания за счет потока подаваемой смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Использование при эжекторном сверлении твердосплавного самонаправляющегося инструмента в сочетании с непрерывным удалением стружки
обеспечивает высокую производительность процесса и получение отверстий высокой точности.
Оснастку для эжекторного сверления разработали на основе известного принципа П. П. Серебреницкий, А. Т. Хоменок и В. Ф. Борзов.
Эжекторный инструмент. В общем виде эжекторный инструмент (рис. 154) состоит из сверлильной головки 2, закрепленной в стебле 4, внутренней трубы 5, струйного сопла эжектора 6 и муфты (маслоприемника) 7. Поток СОЖ, подаваемый от насосной станции станка в муфту 7, подводится в зазор между трубой 5 и стеблем 4. В зоне сверлильной головки часть потока через отверстия в корпусе головки подается в зону резания. Вторая часть потока СОЖ проходит сопло струйного насоса (эжектора), смонтированного в трубе 5. Насос преобразует давление СОЖ в скоростной напор, создающий частичное разрежение в зоне резания. Таким образом, образующаяся при сверлении детали стружка вместе с СОЖ отсасывается эжектором из зоны резания и далее, после смещения с эжектируемым потоком, транспортируется по отверстию трубы в стружкоприемник.
В начальный момент сверления сверлильная головка направляется втулкой 3, расположенной с зазором 0,2— 0,3 мм относительно детали 1.
Муфта для подвода СОЖ при эжекторном сверлении является переходным элементом между инструментом и шпинделем станка, если инструмент должен вращаться в процессе работы, либо инструментом и суппортом или пинолью задней бабки станка, если инструмент не вращается. В любом варианте муфта должна иметь канал для подвода СОЖ в межстеблевой зазор и канал для отвода смеси стружки и СОЖ. Муфта, предназначенная для невращающегося инструмента, не имеет движущихся частей и поэтому конструктивно весьма проста.
Разработано универсальное устройство, позволяющее работать с вращающимся инструментом и неподвижной деталью и с вращающейся — деталью и неподвижным инструментом. Устройство можно применять на станках с несквозным шпинделем. Для этого предусматриваются сбор удаляемой стружки в тороидальной полости самой муфты и отвод ее не вдоль оси инструмента, а в сторону.
Конструкция универсального, устройства (рис. 155) может быть использована для сверления отверстий диаметром 20—45 мм на универсальном станочном обору-
СОЖ от насосной станции |
Рис. 154. Схема эжекторного инструмента. |
В стружко приемник |
5 Конус Морзе №5 |
Рис. 155. Муфта для подвода СОЖ к эжекторному сверлу. |
L-L |
довании. Полый шпиндель 9 муфты в передней части имеет внутренний посадочный конус под цангу 1 и резьбу, навинчиваясь на которую гайка 2 зажимает цангу с установленным в нее стеблем 11 со сверлильной головкой 12. Хвостовик шпинделя выполнен с конусом Морзе с лапкой для установки в шпинделе станка. Крутящий момент при сверлении передается инструменту со шпинделя станка посредством лапки. Шпиндель 9 в неподвижном корпусе 4 смонтирован на радиальных подшипниках 3.
В конструкции использовано лабиринтное уплотнение 6, состоящее из набора подвижных и неподвижных колец. Утечки СОЖ через уплотнение, не превышающие 0,2—0,3% от общего расхода СОЖ, сливаются через дренажную трубу 10 в тороидальную полость. Манжеты 8 предотвращают возможное разбрызгивание утечек СОЖ через уплотнение. Подвод жидкости от насосной станции осуществляется через штуцер 5, отверстия в шпинделе 9, отверстия в промежуточной втулке 7 и далее по зазору двойного стебля к зоне резания.
Устройство обеспечивает подвод СОЖ к эжекторному сверлу в объеме до 150 л/мин и давлении до 80 кгс/см2.
Стебли для эжекторных сверл (рис. 156) выполняются двухслойными, состоящими из наружной трубы (собственно стебля) и из внутренней трубы. Двухслойный стебель обеспечивает:
а) передачу крутящего момента при сверлении;
б) направление СОЖ через канал, образованный наружным стеблем и внутренней трубой, к сверлильной головке;
в) создание канала для отвода стружки и СОЖ от головки;
г) создание разрежения с помощью кольцевого эжектора.
Наружный диаметр (DH) стебля должен быть возможно ближе к размеру диаметра сверления, что способствует уменьшению возможных утечек СОЖ через зазор стебель — отверстие. Толщина стенки стебля определяется передаваемым крутящим моментом, зависящим от применяемых режимов резания. Диаметральные размеры внутренней и наружной трубы du и rfBH оказывают влияние на два проходных сечения гидравлической системы эжекторного сверла: на величину канала подвода СОЖ и диаметр канала отвода. Размеры внут
ренней трубы для каждого диаметра сверления или некоторого диапазона диаметров выбираются оптимальными.
1 Резьба ленточная * ддухзаходная |
В передней части внутренней трубы, обращенной к сверлильной головке, развальцовкой выполняют бурт диаметром йь. По этому бурту внутренняя труба центрируется относительно сверлильной головки и стебля.
/ 12 3 |
Рис. 156. Двухслойный стебель к эжекторному сверлу:
/ — наружная труба; 2 — внутренняя труба; 3—встроенный эжектор.
Струйный насос (эжектор) обычно встраивается во внутреннюю трубу. Сопло эжектора преобразует энергию струи жидкости и создает эффект эжекции. Конструктивное исполнение сопла, его размеры и соотношение‘его размеров с размерами других проходных сечений всей системы оказывают влияние на эффективность работы эжектора сверла и, следовательно, на стабильность процесса удаления стружки из сверла.
Основной параметр сопла эжектора — величина его проходного сечения, характеризуемая отношением площади проходного сечения внутренней трубы к площади, сопла. Этот параметр зависит от диаметра сверла. Наиболее простым является сопло, образуемое косыми прорезями во внутренней трубе. Более сложным является °опло, образованное двумя конусами. Прорези располагаются равномерно по окружности внутренней трубы В двух плоскостях так, что прорези в одной плоскости
перекрывают прорези в другой, образуя сплошную кольцевую щель с размерами, обеспечивающими требуемую площадь проходного сечения.
Место расположения сопла на внутренней трубе не является произвольным, поскольку от его положения зависят эффективность и работоспособность эжекторной системы сверла. Для приведенных эжекторных сверл и применяемых СОЖ расположение сопла целесообразно в хвостовой части.
Сверлильная головка (рис. 157) эжекторного сверла может быть выполнена по различным схемам расположения резцов и направляющих шпонок.
Сверлильная головка имеет полый корпус, в передней части которого размещается режущая часть. Хвостовая часть предназначается для соединения сверлильной головки со стеблем. Головка центрируется относительно стебля двумя посадочными шейками, между которыми выполнена ленточная двухзаходная резьба, соединяющая головку со стеблем.
В корпусе головки имеются отверстия, через которые СОЖ из межстеблевого зазора выводится к режущим
кромкам.
Диаметр сверлильной головки определяет возможность использования той или иной конструкции режущей части и способ ее крепления в корпусе головки. Сверлильная головка диаметром 25 мм выполнена с режущей кромкой, расположенной по обе стороны от оси вращения инструмента. Режущие кромки размещены на единой резцовой вставке.
Монолитная твердосплавная резцовая вставка изготовляется прессованием, а режущие кромки образуются заточкой. Закрепление резцовой вставки в корпусе осуществляется за счет клина, имеющего угол, равный углу самоторможения.
В сверлильной головке диаметром 30,6 мм для изготовления резца используется многогранная пластина, закрепляемая на корпусе головки винтом. Для ориентации пластины на ней и в корпусе выполняются две базовые поверхности.
Сверлильная головка диаметром 45 мм является головкой одностороннего резания. Резец этой головки состоит из пластинки твердого сплава, напаянной на державку. Резец устанавливается в паз корпуса и ориентируется относительно головки с помощью шипа, входящего в паз головки, направленный вдоль оси сверла.
Выбор режимов резания в условиях эжекторного сверления определяется различными факторами: мощностью используемого станка, стойкостью инструмента, шероховатостью получаемой поверхности отверстия.
Приведенные сверла стабильно работают при скоростях резания 50—70 м/мин, обеспечивая производительность сверления отверстий в разных сталях от 2,7 до 6,0 м/ч. При этом точность получаемых отверстий отвечает 5—4-му классам при шероховатости поверхности от V4 (для ст. 3) до V6—V7 (для чугуна и стали 18Х2Н4ВА).
Основным показателем, определяющим надежную работу эжекторного инструмента, является стабильное и непрерывное удаление стружки.
Форма и размеры образующейся при сверлении стружки должны быть такими, чтобы она беспрепятственно проходила через каналы головки сверла. Дробленая стружка для удаления требует меньшего количества СОЖ, чем стружка с длинными элементами.
Сверление чугуна редко представляет трудности в образовании дробленой стружки. При обработке стали необходимая форма стружки получается за счет сочетания геометрии заточки инструмента, скорости резания и подачи, а в случае сверления некоторых труднообрабатываемых материалов — выбором марки СОЖ.
Эксплуатация эжекторных сверл показывает их большие возможности. Высокая производительность, достаточно высокая точность обработки (до 4-го класса) и качество получаемой поверхности (до 6—7-го классов шероховатости) отверстия, простая оснастка, обеспечивающая процесс сверления на универсальном оборудовании, позволяют применять эжекторный инструмент при сверлении как глубоких, так и неглубоких отверстий в условиях мелкосерийного производства, при большой номенклатуре деталей и отсутствии специального оборудования.
Эжекторное сверло так же успешно может быть применено при обработке специальных деталей, характеризующихся прерывистым отверстием на всей длине сверления, например коленчатых валов, траков гусениц и т. п.