Содержание
Развёртка — режущий инструмент, который нужен для окончательной обработки отверстий после сверления, зенкерования или растачивания. Развёртыванием достигается точность до 6-9 квалитета и шероховатость поверхности до Ra = 0,32…1,25 мкм.
Высокое качество обработки обеспечивается тем, что развертка имеет большое число режущих кромок (4-14) и снимает малый припуск. Развёртка выполняет работу при своём вращении и одновременном поступательном движении вдоль оси отверстия. Развертка позволяет снять тонкий слой материала (десятые-сотые доли миллиметра) с высокой точностью. Помимо цилиндрических отверстий развертывают конические отверстия (например, под инструментальные конусы) специальными коническими развертками.
Не следует путать развертку с зенкером. Последний является получистовым инструментом для получения отверстий невысокой точности, имеет меньшее число режущих кромок, другую заточку.
Содержание
Классификация [ править | править код ]
- По типу обрабатываемого отверстия:
- Цилиндрические.
- Конические (под различные инструментальные, котельные (заклепочные) и другие конуса).
- Ступенчатые.
Стандарты [ править | править код ]
Существует огромное количество ГОСТов и других нормативных документов, касающихся разверток. Здесь приведена краткая выборка таких стандартов.
- ГОСТ 29240-91 «Развертки. Термины, определения и типы.». Указан также перевод терминов на английский, немецкий и французский языки.
- ГОСТ 11173-76 «Развертки с припуском под доводку. Допуски.».
- ГОСТ 7722-77 «Развертки ручные цилиндрические. Конструкция и размеры.». Чертежи ручных разверток.
- ГОСТ 1672-80 «Развертки машинные цельные. Типы, параметры и размеры.». Чертежи машинных разверток с хвостовиком.
- Машинные цилиндрические с хвостовиком и насадные со вставными зубьями (ГОСТ 883-51)
- Ручные разжимные. Конструкция и размеры (ГОСТ 3509-71).
- Конические (конус 1:50) под конические штифты (ГОСТ 6312-52)
- Ручные конические (конус 1:30) с цилиндрическим хвостовиком под насадные развертки и зенкеры. Основные размеры. (ГОСТ 11184-84).
- Конические под конус Морзе (ОСТ НКТМ 2513-39)
- Конические (конус 1:20) под метрический конус (ОСТ НКТМ 2514-39)
- Конические (конус 1:16) под коническую трубную резьбу (ГОСТ 6226-52)
- Конические (конус 1:10) котельные машинные (ГОСТ 18121-72)
Конструкция развёртки. Особенности [ править | править код ]
Основными конструктивными элементами развёртки являются режущая и калибрующая части, число зубьев, направление зубьев, углы резания, шаг зубьев, профиль канавки, зажимная часть.
- Угол конуса φ определяет форму стружки и соотношение составляющих усилий резания. Угол φ у ручных развёрток — 1°…2°, что улучшает направление развёртки при входе и уменьшает осевую силу; у машинных при обработке стали φ = 12°…15°; при обработке хрупких материалов (чугуна) φ = 3°… 5°.
- Стандартные развёртки делают с неравномерным окружным шагом с целью предупреждения появления в развёртываемом отверстии продольных рисок. Из-за неоднородности обрабатываемого материала на зубьях развёртки происходит периодическое изменение нагрузки, что ведёт к отжиму развёртки и появлению на обработанной поверхности следов в виде продольных рисок.
Калибрующая часть (только у цилиндрических разверток) состоит из двух участков: цилиндрического и участка с обратной конусностью. Длина цилиндрического участка около 75 % от длины калибрующей части. Цилиндрический участок калибрует отверстие, а участок с обратной конусностью служит для направления развертки в работе. Обратная конусность уменьшает трение об обработанную поверхность и снижает разбивку. Так как при ручном развертывании разбивка меньше, то и угол обратной конусности у ручной развёртки меньше, чем у машинной. При этом цилиндрический участок у ручных развёрток может отсутствовать.
Цилиндрическая ленточка на калибрующей части калибрует и выглаживает отверстие. Уменьшение её ширины снижает стойкость развертки, однако повышает точность обработки и снижает шероховатость, так как уменьшает трение. Рекомендуемая ширина ленточки f = 0,08…0,5 мм в зависимости от диаметра развёртки.
Число зубьев z ограничивается их жёсткостью. С увеличением z улучшается направление развертки (больше направляющих ленточек), повышаются точность и чистота отверстия, но снижается жесткость зуба и ухудшается отвод стружки. Z принимается чётное — для облегчения контроля диаметра развёртки.
Канавки чаще выполняют прямыми, что упрощает изготовление и контроль. Для обработки прерывистых поверхностей целесообразно применять развёртки с винтовым зубом. Направление канавок делается противоположным направлению вращения для избежания самозатягивания и заедания развёртки.
Задний угол выполняют небольшой (5°…8°) для повышения стойкости развёртки. Режущую часть затачивают до остра, а на калибрующей делают цилиндрическую ленточку для повышения размерной стойкости и улучшения направления в работе.
Передний угол принимают равным нулю.
Развертка по металлу применяется для чистовой обработки цилиндрических отверстий небольших диаметров. Точность и показатель шероховатости развертывания выше, чем при применении другого лезвийного инструмента, поэтому развертки используются при финишной обработке после сверления, рассверливания, зенкерования или расточки. Типичная развертка — это многолезвийный инструмент с фиксированными или регулируемыми режущими поверхностями и цилиндрическим или коническим хвостовиком. Развертывание выполняется с малым припуском и на небольших скоростях, поэтому его выполнение не требует наличия у оборудования регулируемого усилия резания. У этой операции, как правило, отсутствует проблема стружкоотвода, т. к. при этом из-за наличия большого количества лезвий срезается очень тонкая стружка. У цельнометаллических изделий геометрические параметры обеспечиваются высокой точностью заточки рабочих поверхностей, а у сборных регулируемых разверток — прецизионными механическими устройствами выставления сменных пластин. Развертывание может выполняться на станках токарной и сверлильно-фрезерной групп. Главным требованием к этому виду обработки является высокая точность соосности инструмента и развертываемого отверстия.
Сущность и принцип обработки развертыванием
По своим рабочим движениям развертывание отверстий подобно операциям с использованием сверл и зенкеров. Даже внешне многие виды разверток (кроме регулируемых) похожи на сверла или зенкеры, хотя имеют канавки меньшей глубины и более пологий угол режущей кромки. Их главное функциональное отличие — это высокие точность и качество обработки с квалитетом до 6 и шероховатостью Ra от 0.5 до 2 мкм. Такие показатели обеспечиваются небольшими припусками (от 0.05 до 0.5 мм) и малой глубиной резания, а также жесткостью конструкции. Развертывание цилиндрических поверхностей производится с небольшими скоростями резания: цельнометаллическим инструментом — 5÷15 м/мин., регулируемым с твердосплавными пластинами — до 40 м/мин. Как правило, развертки имеют прямые режущие кромки, но для развертывания отверстий в вязких материалах применяют специальный вид со спиральными зубьями. На фото ниже две режущие части: справа — со спиральными зубьями, слева — с прямыми.
Основные элементы конструкции
И цельнометаллическая, и регулируемая развертки включают в себя три базовых конструктивных компонента: рабочую часть, шейку и хвостовик. Первая предназначена для формирования отверстия с заданной геометрией и профилем и геометрией, а с помощью хвостовика передается усилие вращения, которое может быть ручным или машинным (см. рис. ниже).
На рабочей части находятся режущие лезвия, которые могут быть прямыми или спиральными. Между собой они разделены канавками. Их количество всегда четное и может варьироваться от 6 до 16. Рабочая часть включает в себя следующие элементы: заборную (режущую) часть с конусным уклоном и калибрующую с обратным конусом. Сразу за ней находится шейка, которая необходима для выхода шлифовального инструмента после окончания затачивания развертки (у регулируемых ее нет). Хвостовик у ручного варианта оканчивается квадратной головкой для насадки воротка, а у машинного выполнен в форме конуса или цилиндра. Рабочая часть у машинных разверток в несколько раз короче, чем у ручных, поэтому при резании к ним необходимо прилагать гораздо большее регулируемое усилие.
В процессе развертывания лезвия и пластины тупятся и теряют как режущие свойства, так и заданный размер. Поэтому при массовом производстве обычно используют сборные регулируемые изделия. В этом случае их острота восстанавливается заменой вставных твердосплавных пластин, а размер настраивается с помощью регулируемого по диаметру корпуса или путем выдвижения с пластин посредством резьбового механизма. На фото ниже — настройка регулируемой развертки.
Принцип действия разверток
Развертывание отверстия производится либо сразу после сверления, либо после рассверливания или зенкерования. Диаметр применяемой развертки, измеренный по кромкам противоположных лезвий (или кромок пластин у регулируемого варианта), должен точно соответствовать заданному диаметру отверстия после обработки. Цельнометаллический инструмент доводят до точного размера на специальных заточных станках, а регулируемый выставляют с помощью встроенных механических систем и измерительных инструментов.
При подаче внутрь отверстия развертка начинает работать входным конусом режущей части (у регулируемых — передними кромками сменных пластин), удаляя по мере продвижения основную часть припуска. А доведение отверстия до заданного диаметра и чистоты поверхности осуществляет следующая за ней калибрующая часть. На ее заднем конце находится обратный конус — небольшой участок лезвий, скошенный в сторону хвостовика с отклонением по высоте на несколько десятых миллиметра. Он необходим для того, чтобы при выходе из отверстия задняя часть лезвий не повредила обработанную поверхность. С этими же целями у регулируемого инструмента задняя часть сменных пластин выполнена с небольшим скосом назад. Развертка коническая работает при более тяжелых условиях резания, поэтому у нее для ломки и отвода стружки по всей длине лезвия делаются поперечные пазы.
Вращающее усилие передается через хвостовик, на конце которого у ручных разверток находится квадратная головка под вороток, а у машинных — конусное или цилиндрическое окончание. Современный цельнометаллический и регулируемый инструмент для развертывания отверстий, как правило, имеет модульную конструкцию, при которой рабочая часть может использоваться с державками различного типа. На видео ниже: развертывание трубы из нержавейки на токарном станке под ствол ракетницы.
Основные виды разверток по металлу
Классификация разверток осуществляется по различным конструктивным, технологическим и функциональным признакам. Среди них основные:
- по конструктивным особенностям (цельнометаллические, сборные, регулируемые и прочие);
- по типу обработки (цилиндрические и конические);
- по методу создания усилия (приводные и ручные);
- по классу обработки (черновые и чистовые);
- по форме режущей поверхности (цилиндрические и конические).
Кроме того, существуют специальные типы разверток (как цельных, так и регулируемых), которые предназначены только для определенных технологических операций (ступенчатые, котельные и прочие). В последнее время ведущие мировые производители выпускают системы сборного модульного инструмента для машинной обработки, в котором различные державки могут соединяться в разных вариантах как с цельными, так и с регулируемыми режущими частями. Готовая сборка может классифицироваться по способу ее использования.
Ручные приспособления
В отличие от машинной ручная развертка изготавливается с неравномерным распределением лезвий по окружности. Такая асимметрия зубьев делается для того, чтобы при следующем повороте ручного воротка режущая кромка не попадала на то же самое место, т. к. в этом случае неизбежно образование волнистой поверхности. Заборная часть ручного инструмента имеет более пологий уклон: не более 2º, что облегчает работу, т. к. для его врезания требуется меньшее усилие. А его регулируемая длина обеспечивается набором удлинителей с квадратным выступом для воротка.
Ручные регулируемые развертки в основном применяют при выполнении ремонтных работ в местах установки оборудования. Существует два основных способа регулировки: изменение диаметра корпуса путем разжима и перемещение режущих кромок. Развертка разжимная имеет прорези вдоль лезвий и конусное отверстие внутри корпуса, в котором находится шарик. Регулируемое увеличение диаметра происходит при перемещении шарика под воздействием настроечного винта в осевом направлении. При использовании регулируемых сменных пластин настройка точного размера производится с помощью механизма, позволяющего приподнимать их кромки над поверхностью корпуса.
Машинные развертки
Развертка машинная всегда имеет четное количество режущих лезвий (у регулируемого инструмента — сменных пластин), равномерно распределенных по периметру корпуса. От их количества напрямую зависит уровень обработки: чем больше лезвий, тем выше геометрическая точность и класс шероховатости. Из-за отсутствия ограничений на мощность привода такой инструмент имеет короткую заборную часть с крутыми углами передних кромок (до 45º). Для совместимости с посадочными конусами шпинделей станков и стандартных оправок большинство машинных разверток изготавливается с коническим хвостовиком. Для регулируемого увеличения диаметра в них используются такие же механизмы, как и в ручных. Этот инструмент является универсальным, поэтому с одинаковым успехом применяется на токарных, сверлильных и фрезерных станках.
Особенности машинного развертывания
Развертывание не в состоянии исправить ошибок и погрешностей позиционирования отверстия, т. к. выполняется с минимальными припусками. Кроме того, при машинной развертке отверстий одной из основных проблем является сохранение в процессе работы концентричности оси инструмента и обрабатываемого отверстия, а также компенсация биений шпинделя оборудования. Для устранения этих негативных факторов служат шарнирные (качающиеся) оправки. Конструктивно этот вид приспособлений состоит из двух частей: корпуса оправки, фиксируемой в шпинделе станка стандартным способом, и регулируемой державки, упирающей в шарик, зажатый между ней и днищем корпуса оправки. При обработке такая конструкция автоматически компенсирует осевые отклонения и биения шпинделя станка. По сравнению с ручным машинное развертывание производится на более высоких скоростях, поэтому требует применения СОЖ, которая подается в зону резания по канавкам вдоль лезвий или по внутренним каналам. На фото ниже – развертывание в качающемся патроне.
Алмазная развертка обеспечивает тот же класс обработки, что и инструмент для хонингования. Чем же тогда они отличаются и в каких случаях их применяют? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях.
Цилиндрическая развертка (рисунок 46) состоит из рабочей части 1, шейки 5 хвостовика 6. Назначение шейки и хвостовика у разверток такое же, как у сверл и зенкеров.
Рабочая часть включает режущую 2, калибрующую 4 части и направляющий конус 3, который служит для уменьшения трения развертки о поверхность отверстия и сохранения качества обработанной поверхности при выходе инструмента.
Режущая (заборная) часть развертки на конце имеет направляющий конус (скос под углом 45°), назначение которого состоит в снятии припуска на развертывание и предохранении вершины режущих кромок от забоин. Режущие кромки заборной части образуют с осью развертки угол при вершине 2φ.
Калибрующая часть предназначена для калибрования отверстия и направления развертки во время работы. Она состоит из цилиндрического участка и участка с обратной конусностью, оба участка имеют ленточку 8. Передние 9 и задние 10 поверхности зубьев развертки как на режущей части, так и на калибрующей части, выполняются плоскими. Линия их пересечения называется главной режущей кромкой 7.
Рисунок 46 – Элементы цилиндрической развертки
Число зубьев развертки выбирают в зависимости от обрабатываемого материала, диаметра и конструкции разверток. Обычно развертки имеют четное число зубьев. Это облегчает измерение их диаметра. Положительное влияние на их работу оказывает неравномерное распределение зубьев по окружности, что способствует гашению вибраций, возникающих при работе, особенно на повышенных режимах резания в условиях недостаточной жесткости технологической системы.
3.3.2 Классификация разверток
По форме обрабатываемого отверстия развертки можно разделить на цилиндрические (см. рисунок 46), применяемые для обработки цилиндрических отверстий, и конические, используемые для обработки конических отверстий. Развертки также могут быть хвостовые и насадные, цельные и сборные, постоянного диаметра и регулируемые. По способу применения различают ручные и машинные развертки.
Ручные развертки(см. рисунок 46) обрабатывают отверстия путем вращения инструмента вручную воротком, в который вставляется квадрат цилиндрического хвостовика. Эти развертки имеют диаметрD3-40 мм и изготавливаются из инструментальной стали марки 9ХС.
Машинные развертки (рисунок 47) применяются для обработки отверстий на сверлильных, токарных, револьверных, координатно-расточных и других станках. Хвостовики машинных разверток бывают цилиндрические (D от 1 до 9 мм) и конические (D от 10 до 32 мм) с относительно длинной шейкой и конусом Морзе. Хвостовики разверток изготавливают из конструкционных сталей 45 или 40Х и соединяют с рабочей частью из быстрорежущей стали сваркой. Насадные развертки крепятся на оправках. При этом коническое посадочное отверстие (конусность 1:30) обеспечивает центрирование с высокой точностью. Для передачи крутящего момента на правом торце развертки делается паз под шпонку.
Рисунок 47 – Машинная развертка
Цельные развертки являются наиболее простыми по конструкции, но не могут регулироваться по диаметру. Поэтому находят применение разжимные и сборные развертки с быстрорежущими и твердосплавными вставными зубьями, которые после износа и переточек могут быть отрегулированы на требуемый размер, что повышает срок их службы.
Разжимные развертки (рисунок 48) используют при ремонте всевозможных машин. Они позволяют в определенных размерах регулировать размер диаметра. Это дает возможность применять одну и ту же развертку при обработке отверстий различных диаметров. Такие развертки изготавливают диаметром 6-50 мм и позволяют изменять свой размер в пределах от 0,15 до 0,50 мм.
Рисунок 48 – Разжимная развертка
В корпусе 3 разжимной развертки имеется отверстие, состоящее из конической и цилиндрической частей, в которое помещается шарик 2, передвигаемый регулировочным винтом 1 вдоль оси. Между зубьями во впадине сделаны продольные прорези. По мере передвижения шарика винтом за счет упругих деформаций стенок развертки увеличивается диаметр калибрующей части развертки.
Для обработки конических отверстий применяют конические развертки (рисунок 49). В отличие от цилиндрических, у конических разверток отсутствует разделение на режущую и калибрующую части, так как зубья, расположенные на конической поверхности, являются одновременно и режущими, и калибрующими.
Рисунок 49 – Набор конических разверток
Отверстие, предварительно обработанное, может быть цилиндрическим или коническим. Отверстие с небольшим припуском развертываются на конус за один проход. При обработке же конических отверстий, когда требуется снимать значительный припуск, используют комплект разверток (см. рисунок 49).
Черновая развертка (см. рисунок 49, а) имеет ступени на зубьях, расположенные по винтовой линии. Торцовыми кромками каждой ступени развертка срезает узкие стружки, свободно размещающиеся в канавках. Эта развертка превращает цилиндрическое отверстие в ступенчатое. Вторая развертка (см. рисунок 49, б) снимает припуск меньше, чем черновая развертка. Режущие кромки промежуточной развертки снабжены стружкоразделительными канавками, которые образуются нарезанием прямоугольной резьбы. Чистовая развертка (см. рисунок 49, в) выполняется без стружкоразделительных канавок и снимает стружку всей прямолинейной режущей кромкой, расположенной на образующей конуса.
Для развертывания отверстий в металлических листах применяют котельные развертки (рисунок 50). Они применяются в котло-, корабле- и авиастроении, а также при изготовлении мостовых конструкций.
Рисунок 50 – Котельная развертка
В целях улучшения направления развертки в отверстии, снижения осевых усилий и уменьшения шероховатости обработанной поверхности развертки изготавливают с винтовыми зубьями, направление которых обратно направлению вращения. Угол наклона винтовых зубьев ω равен 25°…30°.
Котельные развертки изготавливаются как ручные с цилиндрическим хвостовиком, так и машинные с коническим хвостовиком. Они устанавливаются на радиально-сверлильных станках или на пневматических дрелях.
Для обеспечения возможности восстановления размера диаметра по мере износа применяют конструкции сборных разверток (рисунок 51), с креплением зубьев в корпусе с помощью рифлений, винтов и т.п.
Рисунок 51 – Сборная развертка
Развертки сборной конструкции проектируют и изготавливают с ножами из быстрорежущей стали и с ножами, оснащенными пластинами из твердого сплава. Те и другие делают концевыми (D равен 32…50 мм) и насадными (D равен 40…10 мм).
Развертки, оснащенные пластинами из твердого сплава, диаметром до 12 мм изготавливают с монолитной рабочей частью, припаянной к цилиндрическому хвостовику, диаметром 10-32 мм, с пластинами, припаянными к корпусу, имеющему конический хвостовик, и диаметром 32-100 мм выполняют насадными с пластинами, припаянными к корпусу или же к вставным ножам.
Сборные конструкции разверток позволяют экономить инструментальный материал, создавать оптимальную геометрию рабочей части и, как следствие, повышать режущие свойства и размерную стойкость, особенно разверток, оснащенных твердым сплавом. Такие конструкции, как правило, допускают регулирование диаметра разверток.
