Инструменты для глубокого бурения: Типы и применение | MachineMFG

Инструменты для глубокого бурения: Типы и области применения

0
(0)

Обработка глубоких отверстий - сложный аспект машиностроения и актуальная тема в области обработки. По мере роста требований к сложной обработке глубоких отверстий, требующей высокой точности и эффективности, освоение производительности и диапазона применения различных сверл для глубоких отверстий приобретает решающее значение.

В этой статье представлены характеристики, область применения и особенности различных сверл для глубоких отверстий.

Бурение глубоких скважин

Что такое глубокая дыра?

В машиностроении цилиндрическое отверстие глубиной, превышающей в десять раз его диаметр, принято называть глубоким отверстием.

Глубокие отверстия классифицируются в зависимости от соотношения глубины отверстия (L) и диаметра (D) и обычно делятся на общие глубокие отверстия, средние глубокие отверстия и специальные глубокие отверстия. (Примечание: чем больше отношение L/D, тем сложнее процесс обработки).

Классификация глубоких отверстий по соотношению L/D

  1. L/D = 10-20, относятся к категории общих глубоких отверстий. Обычно обрабатываются длинными спиральными сверлами на бурение или токарные станки.
  2. L/D = 20-30, считаются отверстиями средней глубины. Обычно обрабатываются на токарных станках.
  3. L/D = 30-100, классифицируются как специальные глубокие отверстия. Они требуют сверления глубоких отверстий на специальных станках для глубокого сверления или на специальном оборудовании.

Характеристики обработки глубоких отверстий:

  1. Жесткость и прочность инструментального прутка ограничены диаметром отверстия, что приводит к недостаточной жесткости и низкой прочности. Это может привести к вибрации, пульсации и сужению во время резки, что влияет на прямолинейность и шероховатость поверхности из глубокой ямы.
  2. При сверлении и развертывании трудно подавать СОЖ и смазку в зону резания без специальных устройств, что сокращает срок службы инструмента и затрудняет удаление стружки.
  3. При обработке глубоких отверстий непосредственное наблюдение за процессом резания невозможно. Операторы должны полагаться на опыт, слушать звуки резания, наблюдать за стружкой, ощущать вибрацию, контролировать температуру заготовки и следить за приборами (давление масла и амперметры), чтобы обеспечить нормальное резание.
  4. Удаление стружки - сложная задача, требующая надежных методов разрушения и контроля длины и формы стружки для плавного выброса и предотвращения засорения.
  5. Для обеспечения бесперебойной обработки и достижения требуемого качества важно добавить внутренние (или внешние) устройства удаления стружки, направляющие и опоры для инструмента, а также системы охлаждения и смазки под высоким давлением.
  6. Плохой отвод тепла в инструментах приводит к повышению температуры резания, что сокращает срок службы инструмента.

Типы и конструкции буровых коронок для глубоких скважин

Глубокорыхлители подразделяются на типы с внешним и внутренним удалением стружки. К внешнему удалению стружки относятся пистолетные сверла и цельные твердосплавные глубокие сверла (которые могут быть с охлаждающими отверстиями или без них); к внутреннему удалению стружки относятся глубокие сверла BTA, эжекторные сверла и глубокие сверла системы DF. Типы и области применения глубоких сверл следующие.

типОбласть применения
Сверло для удаления внешней стружки с глубоким отверстием (пистолетное сверло)Используется для обработки Φ 2-Φ Глубокие отверстия с отношением длины к диаметру 20 мм, L/D>100, точностью H8-H10 и шероховатостью поверхности Ra=12.5-3.2um имеют более низкую эффективность производства, чем сверла для глубоких отверстий с внутренним удалением стружки
Сверло для удаления внутренней стружки BTA для глубоких отверстийИспользуется для обработки Φ 6- Φ Глубокое отверстие с отношением длины к диаметру 60 мм, L/D>100, точность H7-H9, и значение шероховатости поверхности Ra=3.2um, с эффективностью производства более чем в три раза больше, чем при внешнем удалении стружки
Всасывающая дрель с распылителемИспользуется для обработки Φ 16-Φ В случае 60 мм и низкого давления режущей жидкости, другие характеристики такие же, как у внутреннего удаления стружки при глубоком сверлении отверстий
Система глубокого сверления DFСверлильная труба поддерживается режущей жидкостью, уменьшая вибрацию, обеспечивая большую площадь удаления стружки, высокую эффективность обработки и хорошую точность. Он может использоваться для высокоточной обработки глубоких отверстий; эффективность производства в 3-6 раз выше, чем у сверл с пистолетом, и в 3 раза выше, чем у сверл с внутренней стружкой BTA.

Характеристики и область применения различных буровых коронок для глубоких скважин

1. Учения с оружием

Названные так за их первоначальное применение в военной промышленности для обработки стволов орудий и пушек, ружейные сверла эффективны для широкого спектра обработки глубоких отверстий, от формовочной стали, стекловолокна, тефлона и других пластмасс до высокопрочных сплавов (например, P20 и сплавов хромоникелевого железа). При обработке глубоких отверстий со строгими требованиями к допускам и шероховатости поверхности ружейные сверла обеспечивают точность размеров, точность позиционирования и прямолинейность.

Учения с оружием

Принцип работы системы пистолетного бурения: Режущая жидкость поступает в буровую штангу через маслозаборник в задней бабке, охлаждает и смазывает буровую головку и выбрасывает стружку через внешнюю V-образную канавку. Эта система в основном используется для глубоких отверстий малого диаметра (менее 20 мм).

система ружейного бурения

Применение пистолетного сверла: Пистолетные сверла (глубокие сверла с внешним стружкоудалением) в основном используются для обработки отверстий диаметром φ2-20 мм, соотношением сторон L/D >100, точностью IT8-IT10 и шероховатостью поверхности Ra=12,5-3,2 мкм. Они менее эффективны, чем сверла для глубоких отверстий с внутренним отводом стружки.

2. Глубокорыхлитель BTA для удаления внутренней стружки

Для удовлетворения более сложных требований к обработке глубоких отверстий большого диаметра была разработана технология глубокого сверления с внутренним удалением стружки BTA. Поскольку стружка выбрасывается внутрь, избегая контакта с обрабатываемой поверхностью, BTA обеспечивает более высокое качество поверхности и более широкий диапазон диаметров отверстий по сравнению с пистолетным сверлением.

В системе BTA буровая головка и штанга представляют собой полые цилиндры. Принцип работы показан ниже: Режущая жидкость под давлением поступает в масленку, проходит через кольцевое пространство, образованное между буровой штангой и стенкой скважины, в зону резания для охлаждения и смазки и выталкивает стружку в стружкоотвод на буровой головке, которая затем выбрасывается через внутреннюю полость штанги.

Глубокорыхлитель BTA для удаления внутренней стружки

Сверла для глубоких отверстий с внутренним удалением стружки подходят для обработки диаметров более 20 мм, соотношения сторон до 100, точности IT7-IT10 и шероховатости поверхности Ra3,2-1,6 мкм. Их производственная эффективность более чем в три раза выше, чем у сверл с внешним удалением стружки.

Основные недостатки сверл для глубоких отверстий с внутренним удалением стружки BTA: Требуются специальные станки, а также устройство для отделения стружки от режущей жидкости с использованием гравитационного осаждения или электромагнитной сепарации для рециркуляции режущей жидкости. Кроме того, во время резания между заготовкой и масленкой образуется зона высокого давления, что требует надежного уплотнения перед сверлением.

3. Выталкивающее сверло

Система глубокого сверления с внутренним удалением стружки страдает от значительных потерь в кольцевом канале жидкости, требуя более высокого давления и скорости потока при обработке. Для решения этой проблемы на рынке была разработана более эффективная и качественная технология сверления - эжекторное сверло.

В эжекторном сверле используется принцип эжектирующего эффекта гидродинамики, применяется метод двухтрубного внутреннего удаления стружки с помощью концентрических буровых штанг. Инструмент подключается к станку через разъем, а в системе эжекторного сверления используется двухслойная трубчатая буровая штанга. 2/3 режущей жидкости под давлением поступает в кольцевое пространство между внутренней и внешней буровыми штангами, течет к зоне резания для охлаждения и смазки и выталкивает стружку во внутреннюю полость буровой штанги.

Эжекторное сверло

Оставшаяся 1/3 смазочно-охлаждающей жидкости впрыскивается на высокой скорости из сопел в форме полумесяца на внутренней буровой штанге, создавая область низкого давления во внутренней полости, которая всасывает смазочно-охлаждающую жидкость, несущую стружку. Под двойным действием впрыска и всасывания стружка быстро выбрасывается из выходного отверстия.

Подача масла при эжекторном сверлении осуществляется через вращающийся соединитель, а направляющее седло выполняет в основном опорную роль, позволяя отсоединять его от заготовки. Это очень удобно при пятиосевой обработке, часто связанной с непланарными поверхностями, где направляющее седло не может находиться в прямом контакте с заготовкой. Кроме того, вакуумный эффект, создаваемый при сверлении с выталкиванием, облегчает удаление стружки, обеспечивая большую гибкость в использовании.

Эжекторные сверла в основном подходят для обработки отверстий с коэффициентом пропорциональности не более 100 и диаметром от 18 до 65 мм, с уровнем точности от IT9 до IT11.

4. Система глубокого бурения DF

Глубокорыхлитель системы DF, также известный как однотрубный эжекторный бур, сокращенно называется "Double Feeder". Этот инструмент, разработанный в середине 1970-х годов японской компанией Nippon Metal Company Ltd., развился из стандартного эжекторного сверла. Он сочетает в себе метод выброса стружки из стандартного сверла для глубоких отверстий с внутренним удалением стружки BTA и метод отсоса стружки из эжекторного сверла.

Одиночная сверлильная штанга поддерживается смазочно-охлаждающей жидкостью, что снижает вибрацию и позволяет увеличить пространство для удаления стружки, в результате чего повышается эффективность и точность. Он подходит для высокоточной обработки глубоких отверстий; его эффективность производства в 3-6 раз выше, чем у сверл с пистолетом, и в три раза выше, чем у сверл с внутренним удалением стружки BTA, но по более высокой цене.

Система глубокого бурения DF

Приведенные выше конфигурации сверлильных головок показывают, что независимо от метода удаления стружки система состоит из заготовки, инструментов, специальных приспособлений, станков и систем управления.

Специальные приспособления зависят от способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости, способа удаления стружки и относительного движения между заготовкой и инструментом. Таким образом, для обработки глубоких отверстий требуется специализированное оборудование и принадлежности, что делает структуру оборудования сложной и дорогостоящей.

Меры предосторожности при обработке глубоких отверстий

  1. Ключевые моменты при обработке глубоких отверстий

Обеспечьте концентричность шпинделя и направляющей втулки инструмента, опорной втулки шины инструмента и опорной втулки заготовки; поддерживайте чистую и нормальную систему подачи смазочно-охлаждающей жидкости; избегайте центральных отверстий на обрабатываемой торцевой поверхности и сверления на наклонных поверхностях; поддерживайте нормальную форму стружки, не допуская образования прямых полос; используйте более высокие скорости для обработки сквозных отверстий, снижая скорость или останавливая станок в момент прорыва сверла, чтобы избежать повреждения сверла.

  1. Учет требований к смазочно-охлаждающей жидкости при обработке глубоких отверстий

При обработке глубоких отверстий выделяется значительное количество тепла при резании, которое трудно отвести, поэтому для смазки и охлаждения инструмента требуется достаточное количество смазочно-охлаждающей жидкости.

Обычно используется эмульсия 1:100 или эмульсия под высоким давлением; для более высоких требований к точности и качеству поверхности или при обработке прочных материалов выбирайте эмульсию под высоким давлением или высококонцентрированную эмульсию под высоким давлением. Кинематическая вязкость режущего масла обычно выбирается на уровне (40°C) 10-20 см²/с, при скорости потока жидкости 15-18 м/с; для обработки отверстий меньшего диаметра используются режущие масла меньшей вязкости; для высокоточной обработки глубоких отверстий может использоваться смесь режущих масел, состоящая из сернистого масла сверхвысокого давления 40% + керосина 40% + хлорированного парафина 20%.

Давление и расход смазочно-охлаждающей жидкости тесно связаны с диаметром отверстия и методом обработки, как указано в справочной таблице.

Внешнее удаление стружки при сверлении глубоких отверстийСверло для удаления внутренней стружки в глубоких отверстиях
Апертура
/мм
Давление
/МПа
Скорость потока
/(л/мин)
Апертура
/мм
Давление
/МПа
Скорость потока
/(л/мин)
4-102.5-68-208-155-6.520-50
10-152-520-3015-254-5.550-70
15-201.5~4.530-4025-353-4. 570-100
20-251.5-440-5035-452.5-3.5100-125
25-301.5-350-6045-802-3125-200
  1. Меры предосторожности при использовании буров для глубоких скважин
  • Убедитесь, что торцевая поверхность заготовки перпендикулярна оси, чтобы гарантировать надежное уплотнение.
  • Перед официальной обработкой просверлите неглубокое отверстие в месте расположения отверстия заготовки, чтобы направить и отцентрировать сверло.
  • Используйте автоматическую подачу, чтобы обеспечить долговечность инструмента.
  • Замените все изношенные компоненты в инжекторе жидкости и опоре подвижного центра, чтобы избежать снижения точности сверления.

Заключение

Обработка глубоких отверстий занимает важное место в области механической обработки, составляя около 40% обработки отверстий. Постоянное появление новых высокотвердых и высокоценных труднообрабатываемых заготовок для глубоких отверстий

требует большей глубины обработки, точности и эффективности. Поскольку глубокие отверстия являются ключевым процессом и сложным аспектом, только понимание концепции глубоких отверстий, особенностей и проблем обработки глубоких отверстий, а также всестороннее знание типов, конструкций и областей применения различных сверл для глубоких отверстий позволяет повысить эффективность обработки глубоких отверстий.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх