В области прецизионной обработки достижение контроля над диаметрами отверстий на уровне микрон представляет собой серьезную задачу. Расточные инструменты, как специализированные режущие инструменты для обработки отверстий, стали решением этой сложной задачи. Эти инструменты служат не только важными компонентами для повышения точности деталей, но и эффективным средством для обработки сложных внутренних геометрий отверстий.

Расточной инструмент - это режущий инструмент, предназначенный для обработки отверстий, с основными функциями, включающими:

• Обработка внутренних отверстий: Рассверливание существующих отверстий для улучшения точности размеров и качества поверхности.
• Расширение диаметра отверстия: Увеличение диаметра отверстия до требуемых спецификаций.
• Профилирование внутренних контуров: Обработка сложных внутренних геометрий, таких как конические и ступенчатые отверстия.

По сравнению с другими методами обработки отверстий, такими как сверление, развертывание и протягивание, растачивание выделяется своей исключительной гибкостью и возможностями прецизионного управления. Благодаря одно- или двухсторонней резке расточные инструменты могут достигать точности обработки на уровне микрон, удовлетворяя строгим требованиям к допускам отверстий до H7 или даже H6 стандартов. Эти инструменты находят широкое применение в различных станках, включая расточные станки, токарные станки и фрезерные станки.

Расточные инструменты классифицируются по количеству режущих кромок и конструктивным особенностям, причем однолезвийные и двухлезвийные расточные инструменты являются наиболее распространенными вариантами.

Однолезвийные расточные инструменты по конструкции напоминают токарные инструменты, имея только одну режущую кромку. Для высокоточной обработки отверстий обычно используются расточные инструменты с точной регулировкой. Эти инструменты включают механизмы точной регулировки, которые позволяют точно контролировать диаметр резания непосредственно на станке.

Принцип работы включает в себя систему индикатора точного циферблата в сочетании с механизмом тонкого винта между держателем инструмента и расточной головкой. Вращая циферблат, головка инструмента перемещается линейно вдоль направляющих шпонок, обеспечивая регулировку диаметра на уровне микрон с точностью до 0,001 мм.

Двухлезвийные расточные инструменты имеют две режущие кромки, симметрично расположенные относительно центральной линии, что позволяет выполнять одновременные операции резания. Эта конфигурация уравновешивает радиальные силы во время обработки, тем самым повышая эффективность резания. В зависимости от конструкции держателя инструмента двухлезвийные расточные инструменты далее классифицируются на плавающие и фиксированные типы.

• Плавающие расточные инструменты: В основном используются для чистовой обработки, эти инструменты по конструкции напоминают развертки и могут производить отверстия с высокой точностью размеров и качеством поверхности.
• Фиксированные расточные инструменты: Имеют жесткие держатели инструментов и подходят для общих операций растачивания.

Расточные инструменты обычно состоят из двух основных компонентов: корпуса инструмента и режущей головки. Корпус инструмента служит основной конструкцией, соединяющей шпиндель станка или держатель инструмента, в то время как режущая головка, изготовленная из твердых материалов, таких как карбид, выполняет фактическую обработку в соответствии с конкретными требованиями обработки.

Выбор материала для корпусов инструментов учитывает жесткость, прочность и демпфирующие свойства вибрации. Общие материалы включают:

• Легированная сталь: Обеспечивает хорошую прочность и ударную вязкость для общих применений растачивания.
• Вольфрамовая сталь: Обеспечивает превосходную жесткость и демпфирование вибрации для высокоточных, требовательных операций.
• Композиты из углеродного волокна: Сочетают в себе легкость и высокую жесткость, идеально подходят для изготовления больших расточных инструментов.

Материалы режущей головки напрямую влияют на производительность инструмента и срок службы. Общие варианты включают:

• Быстрорежущая сталь (HSS): Обладает хорошей прочностью и износостойкостью для низкоскоростной резки.
• Карбид: Обладает высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью для высокоскоростных операций.
• Керамика: Обеспечивает экстремальную твердость и износостойкость для высокотемпературных, высокоскоростных применений.
• Кубический нитрид бора (CBN): Обеспечивает сверхвысокую твердость для обработки закаленных сталей и жаропрочных сплавов.
• Алмаз: Обладает высочайшей твердостью и износостойкостью для цветных и неметаллических материалов.

Расточные инструменты находят широкое применение практически во всех областях механической обработки, включая:

• Обработка цилиндров двигателя: Высокоточное растачивание отверстий цилиндров двигателя обеспечивает правильную работу поршня.
• Обработка гидроцилиндров: Прецизионное растачивание внутренних частей гидроцилиндров поддерживает герметичность системы.
• Обработка отверстий прецизионных подшипников: Точное растачивание отверстий подшипников гарантирует точность вращения.
• Обработка пресс-форм: Высокоточное растачивание полостей пресс-форм обеспечивает точность размеров и качество поверхности изделия.

Качество растачивания зависит от множества факторов, включая жесткость системы инструмента, динамическую балансировку, стабильность заготовки, геометрию инструмента, параметры резания, системы шпинделя станка и методы зажима.

Жесткость системы инструмента критически влияет на качество растачивания, особенно при обработке отверстий малого диаметра, глубоких отверстий и твердых материалов, особенно при консольных операциях. Недостаточная жесткость вызывает вибрацию во время резания, ухудшая точность и качество поверхности.

Динамическая балансировка относится к равномерному распределению массы во время вращения. Дисбаланс создает центробежные силы, вызывающие вибрацию, что особенно проблематично при высокоскоростных операциях. Коррекция динамической балансировки улучшает качество обработки.

Жесткость заготовки определяет сопротивление деформации. Небольшие, тонкостенные компоненты или геометрически ограниченные заготовки могут деформироваться под действием сил резания без надлежащего крепления. Повышение жесткости заготовки с помощью соответствующих приспособлений или дополнительных точек опоры улучшает точность обработки.

Геометрия инструмента, включая угол наклона, радиус при вершине и конфигурацию стружколома, влияет на силы резания. Различные геометрии создают разные уровни сопротивления — например, большие углы наклона уменьшают силы резания, но снижают прочность инструмента. Правильный выбор геометрии соответствует конкретным требованиям обработки.

Параметры резания — скорость, скорость подачи и глубина резания — существенно влияют на результаты. Чрезмерная скорость ускоряет износ инструмента, в то время как недостаточная скорость снижает эффективность. Неправильная скорость подачи вызывает перегрузку инструмента или плохое качество поверхности, в то время как неправильная глубина резания вызывает вибрацию или увеличивает время обработки. Оптимизация параметров обеспечивает качественные результаты.

Характеристики системы шпинделя, включая жесткость, производительность подшипников/шестерен и качество соединения держателя инструмента, влияют на результаты растачивания. Неадекватная жесткость шпинделя вызывает вибрацию, в то время как плохая производительность подшипников/шестерен снижает точность вращения. Свободные соединения приводят к нестабильности инструмента. Высокоточные, жесткие системы шпинделя необходимы.

Методы зажима инструмента существенно влияют на качество растачивания. Высота центра инструмента представляет собой критический фактор — неправильная высота изменяет эффективные углы наклона и зазора, вызывая взаимодействие инструмента и заготовки. По мере вращения инструмента возникает трение, потенциально загоняющее инструмент глубже в заготовку.

Увеличение угла наклона уменьшает силы резания и тепловыделение, но снижает прочность режущей кромки. Когда углы зазора уменьшаются, эффективные углы наклона увеличиваются, вызывая царапание инструмента — особенно проблематично при растачивании малых отверстий. Оптимальное позиционирование инструмента немного выше центра высоты (оставаясь при этом как можно ближе) улучшает углы зазора и условия резания.

Во время вибрации кончик инструмента отклоняется вниз к центру высоты, приближаясь к идеальному позиционированию. Небольшое втягивание инструмента минимизирует риск повреждения заготовки. Меньшие углы наклона стабилизируют давление резания, хотя чрезмерно малые углы (приближающиеся к 0°) могут привести к поломке инструмента — обычно предпочтительны расточные инструменты с положительным углом наклона.

При операциях растачивания внутреннее положение инструмента ограничивает доступ охлаждающей жидкости к режущей кромке, усложняя удаление стружки и сокращая срок службы инструмента. Решения включают инструменты с внутренним охлаждением и системы подачи охлаждающей жидкости под высоким давлением.

Выбор расточного инструмента в значительной степени зависит от диаметра и длины отверстия (глубины и вылета). Общие рекомендации рекомендуют минимальный вылет и максимальный практичный размер инструмента. Правильный выбор инструмента, применение и надежный зажим минимизируют прогиб и вибрацию.

Во время резания как тангенциальные, так и радиальные силы пытаются отклонить инструмент от заготовки. Радиальное отклонение уменьшает глубину резания и толщину стружки, потенциально вызывая вибрацию. Радиальное отклонение влияет на диаметр отверстия, в то время как тангенциальное отклонение перемещает режущую кромку вниз от центральной линии. Ключевые соображения при растачивании включают геометрию вставки, удаление стружки и требования к инструменту.

Угол наклона инструмента влияет на направление/величину осевой и радиальной силы. Радиус при вершине и угол критически влияют на уменьшение силы — общее правило предполагает, что радиус при вершине немного меньше глубины резания. Для внутренней токарной обработки геометрии с положительным углом наклона создают меньшие силы резания, чем альтернативы с отрицательным углом. Материалы с низким коэффициентом трения, такие как керамические вставки, вставки с тонким покрытием или без покрытия, обычно уменьшают силы резания и предпочтительны.

Удаление стружки имеет решающее значение для производительности и безопасности при внутренней обработке. Короткая стружка увеличивает потребление энергии, вибрацию и износ кратера, в то время как длинная стружка вызывает проблемы с удалением. Идеальная стружка короткая и спиралевидная, что облегчает удаление с минимальным давлением на режущую кромку.

Центробежная сила выталкивает стружку наружу, хотя она часто остается в отверстии, потенциально повреждая как заготовку, так и инструмент при сжатии о обработанные поверхности. Улучшение удаления стружки включает применение внутренней охлаждающей жидкости или сжатого воздуха через каналы шпинделя. Обратное растачивание помогает направлять стружку в сторону от режущей кромки. Уменьшение скоростей резания и меньшие режущие головки увеличивают пространство для удаления стружки.

Выбор инструмента для внутренней обработки следует этим принципам:

• Выберите самый большой возможный диаметр расточного стержня, сохраняя при этом достаточный зазор для стружки.
• Обеспечьте совместимость с параметрами резания и образованием стружки для плавного удаления.
• Минимизируйте длину вылета — длина зажима должна превышать три диаметра стержня.
• Выберите углы наклона, превышающие 75°, предпочтительно приближающиеся к 90°, чтобы направлять силы вдоль оси стержня.
• Выберите геометрии с положительным углом наклона, чтобы минимизировать прогиб.
• Используйте радиусы при вершине меньше глубины резания.
• Избегайте вибрации из-за недостаточного зацепления (преобладание трения) или чрезмерного зацепления (большая глубина/подача).
• Предпочитайте керамические или тонкопокрытые/непокрытые вставки для уменьшения сил резания, особенно при больших соотношениях длины к диаметру.
• Геометрии стружколома с открытой конструкцией обычно полезны для операций растачивания.
• Вставки с более высокой прочностью могут потребоваться для проблем с упаковкой стружки или вибрацией — модифицированные траектории инструмента могут улучшить образование стружки.