Как развертывание позволяет повысить точность отверстия и качество поверхности?

Что такое развертывание?

Расширивание — это процесс финишной обработки отверстий, при котором расширитель снимает очень тонкий слой металла со стенок отверстия с целью повышения точности размеров и снижения шероховатости поверхности. Обычно этот метод применяется для финишной обработки отверстий среднего диаметра в материалах, не обладающих чрезмерной твердостью, а также может служить этапом подготовки перед хонингованием или притиркой. Машинное развертывание обеспечивает высокую производительность и низкую трудоемкость, что делает его подходящим для серийного производства.

При развертывании можно достичь точности от IT9 до IT7 и типичной шероховатости поверхности от Ra 1,6 до 0,8 мкм. Такие характеристики обусловлены специальной геометрией развертки, небольшим припуском на обработку и низкой скоростью резания.

Например, шесть равномерно распределенных отверстий Ø20H7 с требуемой гладкостью поверхности Ra 1,6 являются подходящими объектами для развертки.

Отверстие класса IT8, как правило, можно довести до требуемого размера за один проход развертки. Отверстие класса IT7 следует развертывать дважды: сначала разверткой на 0,05–0,2 мм меньше номинального размера отверстия, а затем чистовой разверткой, соответствующей допуску отверстия. Отверстие класса IT6 следует развертывать трижды.

Расширивание имеет ограниченную способность корректировать погрешности положения, поэтому необходимые координаты должны быть зафиксированы на предыдущих операциях. Отверстие с жесткими допусками на соосность или положение может быть просверлено точечно, просверлено, подвергнуто черновому растачиванию, а затем расширено. Перед расширением шероховатость поверхности отверстия должна быть не выше Ra 3,2 мкм.

Охлаждающая жидкость способствует получению более качественной поверхности и удалению стружки. При развертывании не выделяется большое количество тепла, поэтому обычно достаточно стандартной охлаждающей жидкости.

Устройство и выбор разверток

Конструкция развертки

В обрабатывающих центрах, как правило, используются стандартные станочные развертки. К распространенным типам относятся развертки с прямым хвостовиком, коническим хвостовиком и оболочковые развертки. Типичные диапазоны диаметров составляют от Ø6 до Ø20 мм для инструментов с прямым хвостовиком, от Ø10 до Ø32 мм для инструментов с коническим хвостовиком и от Ø25 до Ø80 мм для оболочечных разверток. Развертки обычно выпускаются с классами точности H7, H8 и H9.

Начальная часть головки представляет собой входную фаску, которая облегчает вход инструмента в отверстие без фаски. Некоторые развертки имеют коническую режущую часть, на долю которой приходится основная часть резания. Её небольшой полуугол, как правило, от 1° до 15°, улучшает центрирование и обеспечивает образование тонкой стружки.

Корректирующая часть служит для корректировки диаметра отверстия, обработки поверхности стенок и направления инструмента. Ее цилиндрическая часть обеспечивает поддержание диаметра развертки и служит измерительной поверхностью. Незначительный обратный конус на задней части снижает трение о стенки отверстия.

Определение диаметра развертки

Точность отверстий зависит в первую очередь от точности размеров развертки. Новая стандартная цилиндрическая развертка часто имеет припуск на шлифование и может отличаться недостаточной чистотой поверхности. Поэтому перед просверливанием отверстий с точностью выше IT8 её диаметр следует отшлифовать до требуемого размера.

Расширенное отверстие может увеличиваться или уменьшаться в размерах, и единого универсального припуска для учета этого явления не существует. Практичный метод определения размеров заключается в следующем:

• Базовый диаметр развертки = базовый диаметр отверстия.
• Верхнее отклонение = две трети допуска по диаметру отверстия.
• Меньшее отклонение = одна треть допуска по диаметру отверстия.

Для отверстия Ø20H7 с допуском +0,021/-0 мм базовый диаметр развертки составляет Ø20 мм, верхнее отклонение — 2/3 × 0,021 = 0,014 мм, а нижнее отклонение — 1/3 × 0,021 = 0,007 мм. Таким образом, выбранный диаметр развертки составляет Ø20 мм с отклонениями +0,014/+0,007 мм.

Выбор количества зубьев

Расширитель представляет собой многозубчатый инструмент, а количество зубьев зависит от диаметра отверстия и требуемой точности. Стандартные развертки имеют от 4 до 12 зубьев. Слишком большое количество зубьев затрудняет изготовление и заточку, снижает прочность зубьев при фиксированном диаметре, ограничивает пространство для стружки и может привести к скоплению стружки, появлению царапин на стенках отверстия или сколам кромок. Слишком малое количество зубьев снижает устойчивость, увеличивает нагрузку на каждый зуб и повышает вероятность возникновения геометрических погрешностей.

Расширители могут иметь прямые или спиральные зубья. Спиральный расширитель с левосторонними канавками подходит для сквозных отверстий, поскольку спираль выталкивает стружку вниз и в открытое пространство за пределами отверстия. Он не подходит для глухих отверстий.

Выбор параметров развертки

Припуск на развертывание

Припуск на развертывание — это глубина материала, оставляемая для операции развертывания. Обычно он меньше, чем припуск на зенкерование или растачивание. Чрезмерный припуск увеличивает давление резания, может привести к повреждению развертки и ухудшает качество поверхности. При большом припуске следует выполнять отдельные проходы чернового и чистового развертывания.

Недостаточный припуск может привести к преждевременному износу инструмента, помешать нормальному резанию, а также ухудшить качество поверхности. Типичный припуск составляет от 0,1 до 0,25 мм и не должен превышать 0,3 мм при обработке отверстий больших размеров. Общая рекомендация заключается в том, чтобы оставлять припуск, равный от 1% до 3% диаметра развертки.

Скорость подачи

Подача при развертывании обычно в два-три раза превышает подачу при сверлении. Более высокая подача способствует тому, что развертка режет, а не трется, хотя с увеличением подачи шероховатость поверхности Ra возрастает.

Если подача слишком мала, усиливается радиальное трение. В результате развертка быстро изнашивается, может начать вибрировать и оставить шероховатую поверхность отверстия.

Скорость вращения шпинделя

Все параметры резания влияют на шероховатость поверхности после развертки, но наибольшее влияние оказывает скорость резания. Чтобы получить шероховатость примерно Ra 0,63 при развертке среднеуглеродистой стали разверткой из быстрорежущей стали, скорость резания не должна превышать 5 м/мин, чтобы исключить вероятность образования наплавленной кромки. Стружка чугуна дробится на мелкие частицы и не склонна к образованию наплавленного режущего края, поэтому скорость можно увеличить до 8–10 м/мин.

Обычно в качестве отправной точки принимается скорость вращения шпинделя при развертывании, равная двум третям скорости сверления в том же материале. Например, если при сверлении используется скорость 500 об/мин, то разумная скорость развертывания составит 500 × 0,660 = 330 об/мин.

Использование цикла «Canned» для развертки

Последовательность операций при развертывании схожа с другими операциями по созданию отверстий. При обработке глухого отверстия за сверлением следует развертывание, однако стружка, оставшаяся в отверстии, может привести к заклиниванию развертки. Поэтому перед развертыванием следует использовать остановку программы M00, чтобы оператор мог удалить всю стружку.

В программах развертки также используются стандартные циклы. В системах управления FANUC не предусмотрено специального цикла развертки, однако для этой операции подходит команда G85, поскольку при ней подача в отверстие и из него осуществляется с одинаковой скоростью.