Wykład 60
Obróbka tulei i tarcz
Do klasy tulei i tarcz zalicza się części, których konstrukcja zawiera szereg współosiowych otworów, a powierzchnie zewnętrzne są przeważnie, choć nie zawsze, powierzchniami obrotowymi.
Przykłady części klasy tarcz
Różnica między tulejami a tarczami polega na różnicy stosunku wysokości (długości) h części mierzonej wzdłuż osi otworu do średnicy zewnętrznej D, Dla klasy tulei stosunek ten h/D = 0,5-2,5, utrzymując się najczęściej w granicach l-2,
dla klasy tarcz h/D < 0,5.
Surówki tulei i. tarcz, są to odlewy z żeliwa, staliwa i metali nieżelaznych
(tuleje najczęściej są odlewane odśrodkowo), odkuwki foremnikowe, a w przypadku części mniejszych o średnicy 20 mm — pręty walcowane lub ciągnione dla średnic powyżej 20 mm — rury grubościenne i pręty.
Stosuje się zwłaszcza dla części typu tarcz często surówki tłoczone i tłoczono-spawane. Dla produkcji mniejszych części,
są stosowane surówki prasowane z tworzyw sztucznych i proszków spiekanych. Dokładność wykonania surówek, obecnie uzyskiwana umożliwia ograniczenie obróbki tylko do stosunkowo nieznacznej części powierzchni.
Głównymi powierzchniami podlegającymi obróbce, a sprężonymi ze sobą, są walcowe powierzchnie wewnętrzne i zewnętrzne, przy czym dla zapewnienia ich współosiowości są możliwe trzy schematy obróbki:
- obróbka .powierzchni współosiowych z jednego zamocowania,
- obróbka najpierw powierzchni zewnętrznych, a potem wewnętrznych, przy czym powierzchnię zewnętrzną przyjmuje się za bazę,
- obróbka otworu, a potem powierzchni zewnętrznej, przy czym bazą jest powierzchnia otworu.
Otwór jako model geometryczny.
Każdy otwór jako model geometryczny charakteryzujemy trzema parametrami:
-wymiarem przekroju,
-długością /lub tzw.głębokością/,
-kształtem.
Klasyfikacja otworów według wymiaru średnic:
-bardzo małe o D<1mm,
-małe o D=1—10mm,
-średnie o D=10—60mm,
-duże o D>60mm.
Klasyfikacja otworów według długości:
-krótkie, dla których stosunek długości do średnicy jest mniejszy od 5/L/D<5/,
-długie, dla których stosunek długości do średnicy jest mniejszy od 5/L/D>5/.
W grupie wewnętrznych powierzchni obrotowych ze względu na sposób wykonania i przyjętej tworzącej rozróżniamy otwory:
-cylindryczne gładkie o przekroju kołowym na całej długości,
-cylindryczne stopniowane o przekroju kołowym i zmieniającej się średnicy na długości otworu,
-stożkowe,
-kształtowe, tj. o dowolnej tworzącej.
Metody i sposoby obróbki otworów.
Obróbkę zgrubną i kształtującą otworów (poza obróbką mikrootworów), zależnie od przedmiotu, w którym są wykonane (tzn. od jego wielkości, kształtu, jak i od położenia otworu itp.),wykonuje się na następujących obrabiarkach;
-tokarki kłowe, rewolwerowe, karuzelowe, automaty tokarskie; tzn. ruch obrotowy wykonuje przedmiot obrabiany, a narzędzie ruch posuwowy
-wiertarki, wiertarko-frezarki, wytaczarki; tzn. ruch obrotowy wykonuje narzędzie a ruch posuwowy narzędzie lub przedmiot.
Na obrabiarkach należących do tych grup otwory wykonuje się następującymi sposobami obróbki:
-wiercenie w pełnym materiale wiertłami krętymi a w specjalnych przypadkach (np. otworów głębokich) wiertłami specjalnymi i głowicami wiertarskimi;
-rozwiercanie zgrubne otworów w surówkach /otworów odlewanych lub odkuwanych/ lub poprzednio wierconych – rozwiertakami ździerakami;
-rozwiercanie wykańczające rozwiertakami o różnej konstrukcji;
-pogłębianie pogłębiaczami czołowymi i kształtowymi;
-obróbka otworów kształtowych rozwiertakami kształtowymi i narzędziami specjalnymi
-roztaczanie na obrabiarkach typu tokarki (otwory krótkie i o dużej średnicy),
-wytaczanie na frezarko-wytaczarkach lub wytaczarkach.
Obróbka zgrubna i kształtująca otworów
1.Obróbka otworów cylindrycznych.
a. obróbka otworów krótkich (o L/D<5) o średnicy do ø60mm.
12
Mamy dwa przypadki:
-wykonanie otworu w pełnym materiale; podstawowy sposób poprzez wiercenie za pomocą wierteł krętych wykonywanych o średnicach 0,25-80mm; praktycznie stosuje się wiertła o średnicy do 60 mm .
Do średnicy 30mm otwór można wiercić od razu wiertłem o żądanej średnicy . Natomiast przy obróbce otworów o większej średnicy stosuje się dwa kolejne wiercenia;
- wiercenie o średnicy d=0,2D praktycznie przyjmuje się d=/0,5-0,6/D-średnica gotowego otworu,
-oraz wiercenie drugie na żądany wymiar.
-wykonanie otworu surowego które ze względu na trudności wykonania przy odlewaniu i kuciu mają średnicę powyżej 30mm,stosuje się wiercenie lub rozwiercanie zgrubne przed rozwiercaniem wykańczającym.
Do rozwiercania zgrubnego używane są rozwiertaki – zdzieraki różnej konstrukcji.
b. obróbka otworów krótkich powyżej średnicy>60mm.
Występują jako surowe w odlewach i odkuwkach.
Obróbka zgrubna polega na zgrubnym roztaczaniu względnie wytaczaniu nożem lub na zgrubnym rozwiercaniu za pomocą rozwiertaka – zdzieraka.
Roztaczanie i wytaczanie bardzo często wymaga dodatkowego podparcia wytaczadła, które przede wszystkim poprawia jego sztywność, ale narzuca jednak dodatkowe wymaganie, którym jest zachowanie współosiowości tego podparcia z wrzecionem obrabiarki. Poza tym dodatkowe podparcie przedłuża długość wytaczadła, co łącznie z położeniem ostrzy (a więc punktów przyłożenia sił skrawania względem podpór) wpływa na wielkość momentu gnącego, a tym samym na wielkość odkształceń wytaczadła, a w konsekwencji na kształt i położenie osi obrabianego otworu. Z tych względów należy rozpatrzyć różne odmiany roztaczania i wytaczania przedstawione schematycznie na rysunkach 5.3 i 5.4.
a) – przesuw odbywa się w kierunku A, a część obrabiana ma ruch obrotowy, narzędzie posów i nie ma prowadzenia. Sposób ten jest właściwy tylko dla tych części, gdzie stosunek długości otworu do jego średnicy jest mały;(uginanie się wytaczadła, otwór stożkowy, praca przy małym przekroju warstwy skrawanej).
b) – przesuw odbywa się w kierunku A, a część obrabiana ma ruch obrotowy, narzędzie posów i ma prowadzenie we wrzecionie obrabiarki. Sposób ten stosuje się na rewolwerówkach i półautomatach. We wrzeciono wpasowuje się hartowaną tulejkę, która służy za prowadzenie dla wytaczadła (zwiększenie sztywności układu OPN, zwiększenie przekroju warstwy skrawanej, zwiększenie wydajności).
c) – przesuw odbywa się w kierunku A, a część obrabiana ma ruch obrotowy, narzędzie posów i ma prowadzenie w tulejce zamocowanej przed przedmiotem obrabianym w korpusie przyrządu mocującego. Sposób ten stosuje się przy pracy z narzędziami wieloostrzowymi, gdzie ważne jest zapewnienie prawidłowego prowadzenia na początku pracy, a dalsze prowadzenie zapewnia już sama konstrukcja narzędzia.
d) – układ w zasadzie nie zmienia się w porównaniu z poprzednim sposobem, a są polepszone warunki uzyskania współosiowości otworu ze wrzecionem. Układ ten stosowany jest często przy pracy narzędziami wieloostrzowymi (np. głębokie
wiercenie).
Powiększanie otworów można przeprowadzać również narzędziami wieloostrzowymi (pogłębiaczami i rozwiertakami), co jest ekonomiczne przy produkcji seryjnej i masowej.
Pogłębianie stosuje się:
- do zgrubnej obróbki otworów w odlewach i odkuwkach,
- po wierceniu lub po zgrubnym wytaczaniu przed rozwiercaniem,
- jako ostateczną obróbkę dla otworów o średnicy 10-100mm, przy dokładności 9 kl ISO
Naddatek na pogłębienie otworów o średnicach 10-l00 mm wynosi 3-6 mm na średnicy.
Rozwiercanie stosuje się do wykańczającej obróbki otworów po wierceniu, pogłębianiu lub wytaczaniu umożliwiające osiągnięcie dokładności odpowiadającej 6 kl. ISO i chropowatości w granicach 6—9 kl. Rozwiercanie stosuje się dla średnic do 80 mm, ewentualnie przy specjalnej ich konstrukcji — do 150 mm.
Rozwiertaków na ogół nie stosuje się przy:
- dużej średnicy otworów,
- małym stosunku l /d, otworach „ślepych„i przy otworach o powierzchni przerywanej,
- obróbce materiałów twardych i niektórych metalach nieżelaznych,
- wymaganej chropowatości powierzchni powyżej 8—9 kl.,
- przy warunku zapewnienia ścisłego położenia osi otworu, obróbce tulei cienkościennych lub łatwo deformujących się,
- obróbce materiałów nie jednorodnych, gdzie ewentualnie twarde miejsca mogą spowodować skrzywienie się otworu.
W przypadku dużych otworów (o średnicy powyżej 80 mm) w pełnym materiale, stosuje się wiertła rurowe (trepanacyjne). Wiertła te usuwają warstwę o pierścieniowym przekroju pozostawiając rdzeń w całości.
c. Obróbka otworów długich (głębokich).
Jak wynika z klasyfikacji otworów, otworem długim (głębokim) nazywamy otwór o długości przekraczającej 5 średnic (L > 5D). Jeżeli długość otworu nie przekracza 150 - 200 mm, do obróbki takiego otworu można stosować wiertła kręte. Obróbka wierceniem połączona jest najczęściej z obróbką toczeniem przedmiotu, a wiertła mocowane są w głowicy rewolwerowej (tokarki rewolwerowej lub automatu). Przy wierceniu dłuższych otworów (L > 200 mm) stosowanie wierteł krętych jest kłopotliwe, gdyż rowki zapychają się wiórami, co zmusza do częstego wycofywania narzędzia, powodując zwiększenie kosztów wykonania. Tak np. gdy przyjmujemy, że koszt wiercenia otworu o długości równej średnicy wynosi 100 %, to gdy długość otworu wynosi 10 średnic koszt dochodzi 1600%. Z tych. też względów do wiercenia długich otworów stosowane są specjalne wiertła, które możemy podzielić na dwie grupy:
-wiertła do otworów mniejszych (tj. do średnic około 50 mm), tzw. działowe i lufowe,(rys.5.7 i 5.8),
Wiertła działowe (rys. 5.7), zwane także łyżkowymi, służą do wykonania długich otworów, kiedy wymagana jest prostoliniowość otworu oraz duża dokładność powierzchniowa
Przed rozpoczęciem wiercenia wiertłem działowym należy wywiercić otwór na głębokości około l średnicy i wytoczyć dokładnie na wymiar wiertła.
Warunki skrawania (orientacyjnie) przyjmuje się następujące,
posuwy 0,01 - 0,03 mm/obrót dla wierteł o 15 mm,
0,04 - 0,08 mm/obrót dla wierteł o <j> > 15 mm, szybkość skrawania 10 -18 m/min.
Wiertła działowe należy często wyjmować z wierconego otworu w celu usunięcia wiórów i chłodzenia narzędzia.
Wiertła lufowe lub inaczej zwane wrzecionowymi (rys. 5.8) służą do wiercenia bardzo długich otworów (L/D > 100). Są to wiertła, podobnie jak działowe, które stosuje się do wykonania otworów w pełnym materiale.
Wiertło to ma dwa ostrza, a przekrój części pracującej narzędzia posiada postać koła, z którego wycięta jest część odpowiadająca około 1/4 obwodu. Część pracująca wierteł lufowych (podobnie jak i działowych) przyspawana jest do rurowego uchwytu o mniejszej średnicy dla uniknięcia zacierania się wiertła w otworze. Wióry w czasie obróbki usuwane są strumieniem oleju pod dużym ciśnieniem (30 -50 atm lub wyższym), doprowadzonym przez drążony otwór narzędzia, przy czym ciśnienie cieczy stosuje się tym większe, im mniejsza jest średnica otworu i większa jego długość. Warunki skrawania (orientacyjnie) wiertłami rufowymi są następujące: posuwy 0,008 h- 0,02 mm/obrót dla wierteł o (p <= 15 mm,
0,004 -r- 0,1 mm/obrót dla wierteł o <j> > 15 mm, szybkość skrawania w granicach 20 h- 35 m/min. Do otworów długich w pełnym materiale stosuje się również wiertła rurowe.
-wiertła do otworów dużych, tzw. rurowe.
W przypadku dużych otworów w pełnym materiale, stosuje się wiertła rurowe (trepanacyjne rys.5.5). Wiertła te usuwają warstwę o pierścieniowym przekroju pozostawiając rdzeń w całości.
Ostrze wiertła wykonane jest ze stali szybkotnącej lub z węglików spiekanych. Głowica wiertła osadzona jest na rurze ze stali szybkotnącej lub z węglików spiekanych, z zewnątrz szlifowanej, gdyż w czasie wiercenia bardzo długich otworów prowadzona jest w jednej lub kilku podtrzymkach. W przedniej części głowicy zamocowano kilka lub kilkanaście ostrzy (2–16) w zależności od wielkości średnicy. W tylnej części zamocowana jest taka sama liczba płytek |prowadzących. Ostrza mają różną szerokość i są przy tym wysunięte na różną odległość w stosunku do czoła głowicy (rys. 5.6). Ma to na celu podzielenie wióra i ułatwienie jego odprowadzenia.
Warunki skrawania (orientacyjne) dla wierteł rurowych wynoszą:
- posuwy 0, l - 0,2 mm/obrót dla wierteł o ø60 -100mm, 0,2 - 0,3 mm/obrót dla wierteł o ø 100 - 200 mm,
- szybkość 30 - 25 m/min.
2.obróbka otworów stopniowanych.
Dobór metody zależy przede wszystkim od jego średnicy, długości oraz wielkości produkcji.
- otwory o średnicy <80mm w produkcji jednostkowej i średnioseryjnej wykonuje się kolejno wiertłami o różnej średnicy.
-metoda obróbki za pomocą narzędzi zespołowych; na obrabiarkach
zespołowych, tokarkach rewolwerowych, automatach. Dadzą się podzielić na dwie grupy: do obróbki w pełnym materiale mają zawsze wiertła kręte jako pierwsze narzędzie składowe; do obróbki otworów surowych lub wstępnie wykonanych i stanowią zespół rozwiertaków i pogłębiaczy.
Należy podkreślić, ze konstrukcja narzędzi zespołowych może być dostosowana do kształtu i dokładności danego otworu. Obok narzędzi do otworów, których poszczególne części - stopnie są cylindrami, można stosować narzędzia do obróbki otworów, których stopnie są bądź stożkami, czy otworami o dowolnej tworzącej, a nawet są gwintowane.
-otwory stopniowane o średnicy powyżej 80 inni są z reguły roztaczane lub wytaczane na tych samych obrabiarkach, co otwory o jednej średnicy na całej długości.
Zależnie od wymiarów i dokładności poszczególnych stopni, od typu obrabiarki i sposobu podparcia wytaczania, obróbkę otworu przeprowadza się za pomocą jednego lub kilku noży, bądź głowic umieszczonych na wytaczadle.Specjalną odmianę otworów stopniowanych stanowią otwory z rowkami Są to wcięcia o przekroju kwadratowym lub prostokątnym, w których osadzane są pierścienie sprężyste. Wykonanie takiego rowka wymaga przesuwu noża kształtowego w kierunku promieniowym. co można uzyskać przez zastosowanie specjalnych przyrządów - głowic. Na rysunku 6.17 przedstawiono dwa takie przyrządy. Jeden
z nich (rys. 6.17a) pokazuje głowicę do wykonywania rowków w otworach o stosunkowo niewielkiej średnicy. Posuw promieniowy noża uzyskuje się w momencie oparcia głowicy o tulejkę prowadzącą, co powoduje zamianę ruchu wzdłużnego wrzeciona na ruch poprzeczny noża. Do otworów o większej średnicy stosuje się głowice z suwakiem, który jest napędzany od wrzeciona obrabiarki (rys. 6.17b).
3.obróbka otworów stożkowych.
- otwory o średnicy <80mm i krótkich powierzchniach stożkowych można wykonywać na tokarkach rewolwerowych, automatach tokarskich, wiertarkach i wiertarko-frezarkach za pomocą pogłębiaczy stożkowych
Otwory o małych średnicach i długich powierzchniach stożkowych wykonuje się na tych samych obrabiarkach za pomocą rozwiertaków stożkowych. W zależności od zbieżności i do-kładności otworów są one obrabiane jednym !ub kompletem rozwiertaków składającym się z rozwiertaków; wstępnego, zdzieraka i wykańczaka
O...
edwardos13