Растачивание в механической обработке
Раста́чивание — процесс механической обработки внутренних поверхностей отверстия расточными резцами в заданный размер. В основном осуществляется на токарных, агрегатных, расточных и других группах металлорежущих станков. Растачивание является одной из самых сложных операций в металлообработке. Диаметр обрабатываемого отверстия может составлять от нескольких миллиметров (Токарно-винторезный станок) до нескольких метров (Токарно-карусельный станок). Также растачивание предусматривает всевозможные технологические выемки, фаски, канавки, заточку под разными углами и прочее.
В этой статье обсуждается процесс растачивания, рассматривая его различные аспекты, такие как его процесс, приипенение, преимущества и инструменты, используемые для этого процесса.
Что растачивание в обработке?
Если по простому, то растачивание — это процесс расширения уже просверленного отверстия для достижения требуемых размеров и чистоты поверхности.
В отличие от развертывания, растачивание используется для расширения уже просверленного отверстия, тогда как развертывание выполняется для повышения допуска и чистоты поверхности отверстия.
Растачивание обычно выполняется на токарном станке с использованием расточного резца с подходящей режущей пластиной.
Однако его также можно выполнять на вертикальных обрабатывающих центрах , таких как фрезерный станок с ЧПУ или фрезерный станок с ЧПУ , с использованием расточной головки в качестве режущего инструмента.
Хотя расточку можно выполнять на токарном станке, существуют различные факторы, которые отличают расточку от токарной обработки .
Применение растачивания
Растачивание является одной из наиболее часто используемых основных операций механической обработки в обрабатывающей промышленности для изготовления точных отверстий в компонентах, таких как муфты и цилиндры двигателей автомобилей.
Операция также используется в процессах деревообработки, таких как создание полой кривизны деревянных стаканов, ваз и т. д.
Крупномасштабное применение, связанное с инфраструктурой, включает бурение гладких туннелей или отверстий для проходов в твердых породах.
Кроме того, некоторые приложения также включают расточку полых валов или стержней, используемых в машинах.
Преимущества растачивания
Растачивание улучшает качество поверхности и точность размеров отверстия.
Оно может модифицировать отверстия, выпрямляя их, сужая или создавая отверстие с потайной головкой, независимо от диаметра и длины отверстия.
Расточная операция проста в понимании и выполнении и эффективна в получении требуемого результата.
Расточные станки и инструменты долговечны, поскольку они могут противостоять износу в течение длительного периода времени.
Типы расточных станков
Фрезерные станки, обрабатывающие центры или токарные станки широко используются для выполнения расточных операций.
Существуют различные типы расточных станков, различающиеся по конфигурации.
Горизонтально-сверлильный станок напольного типа
Напольные станки обычно используются для растачивания длинных заготовок.
Они могут вмещать заготовки высотой до 3657,6 мм и длиной6096 мм
Стол обычно монтируется на полу, но также может крепиться к платформе станка (платформа с боковыми направляющими).
В сверлильных станках напольного типа используются расточные оправки диаметром от 6 дюймов (152,4 мм) до 10 дюймов (254 мм), которые с точки зрения геометрии аналогичны расточным оправкам, используемых в станках настольного типа.
Линейно-расточные станки можно рассматривать как напольно-расточные станки.
Горизонтально-расточные станки настольного типа
Станки настольного типа обычно используются для растачивания средних и крупных заготовок призматической формы.
Они используют одноточечный режущий инструмент диаметром от 3 дюймов (76,2 мм) до 6 дюймов (152,4 мм), установленный на шпинделе параллельно рабочему столу.
Сверлильные станки настольного типа имеют жесткую конфигурацию и могут создавать большие силы резания при обработке тяжелых заготовок.
Зажимы или болты крепят и удерживают заготовку, в то время как ребристая конструкция стола поддерживает нагрузку заготовки.
Скорость вращения расточной оправки варьируется от 15 до 1500 об/мин, а скорость подачи обычно поддерживается в диапазоне от 0,1 до 40 дюймов в минуту.
Вертикально-сверлильный станок
Вертикально-сверлильный станок состоит из горизонтального стола с расточной оправкой, прикрепленной к шпинделю, которая перемещается вертикально в заготовку и из нее.
Вертикально-сверлильный станок может работать с тяжелыми заготовками и отверстиями диаметром до 24 дюймов (609,6 мм).
Координатно-расточные станки представляют собой тип вертикально-сверлильных станков настольного типа , в состав которого входят высокоточные подшипники.
Они бывают разных размеров и спецификаций, причем варианты с ЧПУ постепенно становятся популярными.
Фрезерные станки с ЧПУ являются популярными VBM, которые бывают разных размеров и спецификаций для разных применений.
Прецизионный сверлильный станок
Эти станки сравнительно меньше и поэтому подходят для растачивания небольших заготовок.
Прецизионные сверлильные станки используются для растачивания миниатюрных компонентов, таких как детали часов, где большое значение имеют высокое качество поверхности и предельная точность.
Токарный станок часовщика является примером точного расточной машины.
Кроме того, мощные токарные станки с ЧПУ, такие как Haas ST-30, также могут использоваться для растачивания точных отверстий в твердых металлах, таких как сталь, титан и т. д.
Инструменты, используемые для расточной операции при механической обработке
Расточные оправки обычно изготавливаются из быстрорежущей стали, твердого сплава и стали, армированной карбидом.
При использовании токарного станка для выполнения операции растачивания расточная оправка устанавливается либо на стойку инструмента, либо на заднюю бабку , в зависимости от размера и симметрии требуемого отверстия.
Как правило, расточные оправки из быстрорежущей стали сравнительно дешевле, но их нельзя использовать для растачивания твердых металлов, таких как нержавеющая сталь и титан.
Тем не менее, их низкая цена делает их подходящими для небольших приложений DIY.
Твердосплавные оправки лучше подходят для растачивания более длинных отверстий благодаря более высокой эластичности и могут относительно легко использоваться для обработки прочных материалов.
Армированные карбидом стальные стержни обладают высокой эластичностью и могут выдерживать большие силы резания, что делает их идеальными для крупномасштабных операций, где желательна высокая скорость съема материала.
Алмазные или твердосплавные пластины также могут быть прикреплены к расточной оправке для увеличения срока службы и повышения эффективности обработки.
Кроме того, для надлежащего удаления стружки и эффективного отвода тепла необходима правильная система охлаждения.
Сплошная расточная оправка
Эти расточные оправки обычно состоят из твердого сплава, благодаря чему они очень прочны и идеально подходят для легкого растачивания заготовок из твердого металла.
Демпфирующие стержни
Это специализированные расточные оправки с системой демпфирования для снижения нежелательных вибраций и вибрации.
С помощью этих расточных оправок можно просверливать более длинные отверстия в заготовках из более твердого металла без повреждения инструмента или заготовки.
Расточные головы
Расточные головки состоят из расточных оправок, прикрепленных к удлинителю сверла или шпинделю сверла.
При такой конфигурации сверлильный станок или фрезерный станок также могут выполнять расточные операции.
Оптимальные параметры для расточки
Для оптимальной операции растачивания необходимо настроить различные параметры процесса.
Скорость резки
Растачивание включает вращение режущего инструмента или заготовки с определенной частотой вращения, что приводит к относительному движению между заготовкой и режущим инструментом.
Скорость, с которой поверхность заготовки проходит через режущий инструмент, называется скоростью резания и измеряется в метрах в минуту (м/мин) или дюймах в минуту (дюйм/мин).
Эта скорость означает линейную длину материала, удаляемого в единицу времени.
Для операций растачивания рекомендуется умеренная скорость резания, поскольку высокая скорость резания может привести к нежелательным вибрациям и повреждению режущего инструмента и заготовки.
Принимая во внимание, что низкая скорость приведет к недостаточному режущему действию и плохому качеству поверхности.
Обычно эта скорость не превышает 100 м/мин, хотя для некоторых материалов, таких как алюминиевые сплавы, может потребоваться более высокая скорость резания.
Подача
Подача — это осевое перемещение расточной оправки, измеряемое в мм/оборотах.
Как правило, высокая подача рекомендуется для быстрой обработки, но она может вызвать вибрации в расточной оправке, что приведет к сильному износу инструмента.
В то время как низкая скорость подачи может свести к минимуму вибрации, но увеличить время обработки, тем самым снижая производительность процесса.
Поэтому рекомендуется устанавливать оптимальную подачу методом проб и ошибок, чтобы получить наилучшее качество поверхности с минимальным повреждением инструмента и быстрым временем выполнения заказа.
Скорость съема материала
Скорость съема материала — это количество или объем материала, удаляемого в единицу времени.
Она зависит от скорости подачи, глубины резания и скорости резания.
Высокая скорость съема материала всегда предпочтительнее, так как она экономит время, но чрезвычайно высокая скорость будет означать более высокую подачу, глубину резания и скорость резания, которые создают риск повреждения инструмента и рабочей поверхности.
Поэтому рекомендуется поддерживать умеренную скорость съема материала для достижения чистой поверхности с минимальным повреждением инструмента.
Глубина резания
Глубина реза — это линейное расстояние между поверхностью реза и исходной поверхностью заготовки.
Как правило, при растачивании рекомендуется поддерживать малую глубину резания.
Хотя глубокая резка может удалить больше материала, она требует большей силы резания, что приводит к вибрации расточной оправки.
Эти вибрации приводят к вибрациям вдоль расточенной поверхности и могут повредить режущий инструмент.
Например, при растачивании отверстия для увеличения его радиуса на 10 мм рекомендуется выполнять операцию в два прохода с глубиной резания в каждом проходе 5 мм.
Это снижает нагрузку на режущий инструмент и помогает получить отверстие с высоким качеством поверхности.
Входной угол
Угол в плане измеряется между подачей инструмента и центральной осью отверстия. Этот угол является важным параметром, если требуется коническое отверстие.
Как правило, когда требуется больший угол в плане, рекомендуется постепенно увеличивать угол при каждом проходе растачивания.
Предположим, что для обработки конуса 20 градусов рекомендуется выполнить два отдельных прохода с шагом 10 градусов в каждом проходе, чтобы получить желаемый угол в плане 20 градусов.
Полезная мощность
Требования к полезной мощности зависят от скорости вращения расточной оправки. Чем выше обороты, тем больше требования к мощности.
Крутящий момент
Крутящий момент и число оборотов в минуту являются синонимами, поскольку число оборотов в минуту управляет крутящим моментом, необходимым во время резки.
При обработке твердого металла для поддержания оборотов требуется более высокий крутящий момент, и наоборот.
Крутящий момент не должен становиться чрезмерно высоким, так как это может привести к нагреву расточной машины, инструмента и заготовки, в то время как умеренный крутящий момент приведет к улучшению качества поверхности.
Сверление, развертывание и растачивание (обработка)
| Параметры | Растачивание | Развёртывание | Сверление |
|---|---|---|---|
| Скорость съема материала (MRR) | Умеренная | Минимальная | Высокая |
| Применение | Увеличить уже просверленное отверстие | Улучшение чистоты поверхности отверстия | Сделать отверстие |
| Последовательность выполнения | Выполняется после сверления | Выполняется как отделочный процесс | Начальный процесс, чтобы сделать отверстие |
| Режущий инструмент | Расточная оправка или расточный резец | Развертка | Сверло |
| Режущие кромки | Одноточечный режущий инструмент | Многоточечный режущий инструмент | Многоточечный режущий инструмент |
| Скорость | Умеренная | Высокая | Медленная |
| Время обработки | Быстрая | Сравнительно быстрее | Медленная |
| Чистота поверхности | Средняя | Высокая | Низкая |
Различия в зависимости от процесса
Все три операции следуют принципам резки металла, но отличаются скоростью съема материала, результирующей геометрией и последовательностью выполнения.
Для сравнения, сверление имеет самый высокий MRR, за ним следует растачивание и развертывание.
Сверлильные станки используются для того, чтобы сделать отверстие в заготовке, тем самым увеличивая длину отверстия, в то время как расточка может только увеличить это отверстие по его диаметру.
Развёртывание только дорабатывает и сглаживает поверхность отверстия, удаляя любые заусенцы или небольшие выступы, не оказывая существенного влияния на его размеры.
Обычно после сверления отверстия в заготовке поверхность отверстия подвергается растачиванию с последующим развертыванием для получения отверстия с жесткими допусками и высокой чистотой поверхности.
Различия в зависимости от режущего инструмента
Сверло и развертка представляют собой многолезвийные режущие инструменты, при этом сверло имеет более длинные режущие кромки.
Напротив, расточная оправка представляет собой одноточечный режущий инструмент с короткой режущей кромкой.
Несмотря на более длинные режущие кромки, сверление является наиболее трудоемкой операцией среди трех операций из-за высокой потребности в удалении материала и низкой скорости вращения, чтобы избежать повреждения инструмента, нежелательных вибраций и тепла от трения.
Развертывание является относительно самым быстрым из-за более высоких оборотов, за которым следует растачивание с умеренной скоростью вращения.
Различия в зависимости от оборудования
Токарные и фрезерные станки могут выполнять все три операции, тогда как сверлильный станок предназначен для операций сверления и развертывания.
Из-за высокой обьема снимаемого материала сверление имеет самые высокие энергозатраты, за ним следуют растачивание и развертывание.
Различия в зависимости от качества
Развёртывание — это процесс отделки, в результате которого получается относительно гладкая поверхность.
При сверлении получается слегка шероховатая поверхность с заусенцами и нежелательными краями, а при растачивании получаются высокоточные отверстия с удовлетворительным качеством поверхности.
Последние мысли
Сверление — это процесс механической обработки, который зависит от таких операций, как сверление или литье.
Его можно выполнять только на уже существующих отверстиях, которые либо просверливаются, либо изготавливаются во время отливки заготовки.
Выбор режущего инструмента играет важную роль при растачивании. Если в вашем приложении требуется высокоточное отверстие с жесткими допусками, рекомендуется использовать демпфирующий стержень, чтобы свести к минимуму вибрации.
Точно так же обработка глубоких отверстий требует тщательного учета отношения длины выступа к диаметру расточной головки.
Тонкая расточная оправка с длинным вылетом подвержена сильным вибрациям, вызывая вибрацию и даже рискуя сломаться под большой нагрузкой.
Поэтому важно проанализировать ваши требования и поддерживать хороший контроль процесса, чтобы получить идеально расточенное отверстие с высоким качеством поверхности.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Можно ли использовать расточной резец(оправку) для сверления отверстий в заготовке?
Нет, расточная оправка не может использоваться для сверления отверстия в заготовке из-за ее формы, ориентации режущей кромки и количества режущих кромок, которыми она обладает.
Какие машины могут выполнять все три процесса сверления, растачивания и развертывания?
Фрезерные, токарные и сверлильные станки могут использоваться для выполнения операций сверления, растачивания и развертывания.
Какие меры предосторожности следует соблюдать при выполнении растачивания?
Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при выполнении бурения, включают ношение защитной маски, головного убора, защитной обуви, перчаток и защитного пальто. В идеале следует установить защитный кожух, чтобы стружка не разлеталась и не причиняла травм.
