Точная обработка отверстий: ЧПУ-услуги для авиации и автопрома

Опубликовано 12 августа 2019 г. | Автор: WayKen Project Manager

Изготовление отверстий сильно недооценивается, потому что большинство отверстий, которые мы делаем, имеют тривиальную точность, малую глубину и служат только для болтов. Однако современные высокотех отрасли (авиация и автопром особенно) приходят на рынок ЧПУ-услуг с требованием изготовления деталей с экстремально точными или глубокими отверстиями, или с очень точным позиционированием отверстий. Помимо передовых ЧПУ-услуг, такие требования требуют специфических техник и тщательного планирования.

Проблемы обработки отверстий

Процесс изготовления отверстий на самом деле довольно сложен с точки зрения производства. Инструмент и заготовку легко перегреть, потому что трудно подать СОЖ в отверстие, процесс невидим для наладчика — он полагается только на данные станка и режет вслепую, проведение замеров сложно, особенно в отверстиях с малыми диаметрами. И это только несколько проблем. Поэтому для точных отверстий ЧПУ-сервисы постоянно развивают и улучшают стратегии обработки, изобретают новые инструменты и приспособления для требований клиента.

Глубокое сверление

Сверление само по себе — обычный процесс, и в сверлении коротких отверстий ничего интересного нет. Но чем глубже отверстие, тем труднее держать его ось прямой. Это из-за того, что более длинная сверла менее жестка, имея две режущие кромки, которые нельзя сделать идентичной длины. Режущая сила сторон сверла разная, и сверло обычно отклоняется от прямой оси, делая отверстие косым. Это недопустимо для высокоточных ЧПУ-деталей.

Именно поэтому изобрели винтовочное сверление (gun drilling). Как следует из названия, сначала использовали для стволов длинных ружей, где длинное, но точное отверстие — главное требование. С развитием технологий другие отрасли adotировали винтовочное сверление. Главное отличие — в инструменте. Винтовое сверло имеет одну режущую кромку, поэтому не отклоняется как обычное. У него более широкая канавка для удаления стружки, служащая также каналом охлаждения. СОЖ подается через канавку под высоким давлением, лучше удаляя стружку и охлаждая сверло. Недостаток: это сверло нельзя установить на обычный фрезерный центр, требует дополнительной оснастки.

ЧПУ-цехи используют винтовые сверла в экстремальных случаях, но чаще держатся универсальных инструментов. Поэтому есть стратегии для глубокого сверления обычными сверлами. Во-первых, длина отверстия делится на сегменты глубиной около 3–4 диаметров отверстия. Каждый раз, когда сверло достигает конца сегмента, его извлекают, чтобы заготовка и инструмент остыли и все стружки вышли из отверстия.

Высокоточная обработка отверстий

Для точного отверстия ЧПУ-сверление обычно выполняется несколькими инструментами: первый значительно меньше диаметра отверстия, затем увеличивается следующим инструментом. Это делается для снижения режущей силы и, следовательно, отклонения оси по причине выше. Кроме того, последовательные методы часто отличаются от простого сверления:

Контрсверление (Core drilling) выполняется сразу после сверления. Контрсверло имеет три режущие кромки вместо одной, поэтому оно более стабильно. Контрсверла обычно обрабатывают глубину всего 0,5 мм, но их абсолютное преимущество — способность корректировать ось.

Развертывание (Reaming). Если клиент требует отверстие с допуском до IT6 и очень гладкой поверхностью, берете развертыватель и делаете подачу экстремально низкой. Развертыватель — инструмент с множеством длинных режущих кромок по бокам. Передние режущие лезвия очень малы, поэтому глубина резания при развертывании около 0,1–0,05 мм. Благодаря этому и предельной точности кромок, развертывание дает отличные отверстия. Для малых отверстий развертывание делают вручную.

Хонинг (Honing) — абразивный процесс, но может выполняться на ЧПУ-станке, хотя специальные хонинговые станки определенно лучше. Хон — по сути развертыватель с абразивными брусками вместо режущих лезвий. Другая разница: бруски можно регулировать под нужный диаметр. Хон вставляют в отверстие, он вращается вокруг своей оси, пока бруски шлифуют материал. При извлечении хона направление вращения меняется на обратное. В результате поверхность отверстия получает перекрестные микрополоски, делающие смазку намного эффективнее.

Стратегии нарезания резьбы в отверстиях

Многие отверстия требуют резьбы, состоящей из сложных тонких поверхностей и фактически довольно труднообрабатываемой. Существует несколько стратегий нарезания резьбы, но прежде всего абсолютно необходимо выполнить зафаскировку или расвертывание входов. Эти два процесса создают конический или цилиндрический паз на входе отверстия. Это позволяет резьбонарезающему инструменту войти правильно и далее помогает при сборке деталей. Стратегии нарезания резьбы:

Резьбонарезание шнековым гайковертом (Tap drilling) использует один инструмент, напоминающий болт, но с канавками для стружки и длинным коническим концом для постепенного увеличения глубины резания. Подача при нарезании резьбы конусным (и любой резьбой) равна шагу резьбы. Гайковерт медленно вводится в отверстие, где каждая из его винтовидных режущих кромок постепенно срезает кусок материала, формируя резьбу. Малые отверстия обрабатывают вручную, процесс напоминает вкручивание очень тугого болта. Гайковерт нужно извлекать с большой осторожностью так же, как вставляли. Если забыть и попытаться выдернуть без откручивания, можно сломать его и придется доставать электроэрозией.

Фрезерование резьбы (Thread milling) дает лучшие результаты, так как температура процесса ниже и легче подать СОЖ. Специальная фреза, на 30–40% меньше диаметра отверстия, движется по спирали вдоль траектории канавок сверла и вращается вокруг своей оси для эффективного резания. Минимальный диаметр отверстия зависит от минимального диаметра фрезы.

Развертывание резьбы (Thread boring) по настройке детали и основным движениям такое же, как точение, но инструмент изготовлен под форму канавки резьбы. Он подается с шагом резьбы в отверстие детали и режет спиралевидные поверхности резьбы. Важно: развертывание отлично для больших отверстий, но не может обрабатывать отверстия меньше 20 мм.

Свяжитесь с WayKen, чтобы узнать, как точная ЧПУ-обработка может спроектировать отверстия для вашего проекта.