Эжекторное сверление глубоких отверстий Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621.91

Эжекторное сверление глубоких отверстий

А. И. Андрющенко, П. П. Серебреницкий

Рассмотрена технология эжекторного сверления как разновидность схем сверления глубоких отверстий с подводом СОЖ в зону резания. Приведена схема процесса, отмечены особенности режущего и вспомогательного инструментов. Даны примеры отечественных и зарубежных конструкций эжекторного инструмента.

Ключевые слова: эжектор, СОЖ, сверлильная головка, расход СОЖ.

Эжекторное сверление, являясь разновидностью глубокого сверления, обеспечивает практически те же результаты по производительности, точности и качеству, что и глубокое сверление с внутренним или наружным отводом стружки, но позволяет выполнять сверление на универсальных станках (токарных, сверлильных, фрезерных и т. п.), лишь дополнив их насосной станцией, стационарной или перемещаемой по мере надобности от одного станка к другому. При эжекторном сверлении не требуется герметизировать зазоры между заготовкой и кондукторной втулкой, что упрощает наладку и обслуживание станка. Эжекторное сверление можно применять для обработки отверстий в самых разнообразных деталях, включая и случаи сверления прерывистых отверстий (в коленчатых валах, траках и т. п.).

Области применения способа определяются возможностями эжекторного насоса по созда-

нию путем отсасывания необходимой скорости потока СОЖ для отвода стружки, а также видом стружки. При получении дробленой стружки эжекторное сверление можно применять для сверления отверстий диаметром 20-60 мм и глубиной до 1000-1200 мм. Однако оно неприменимо при обработке вязких сталей (жаропрочных, коррозийно-стойких и т. п.), так как при их сверлении не удается постоянно получать мелкодробленую стружку. Следует отметить, что в первоначальном варианте эжекторное сверление было предложено фирмой АВ Бап^1к Согошап1 (Швеция).

Принципиальная схема эжекторного сверления показана на рис. 1. Инструмент коническим хвостовиком 5 устанавливается в гнезде шпинделя станка. Основой инструмента являются две трубы: наружная труба-стебель 2 и внутренняя труба 3, которая одним концом стыкуется со втулкой 4 с установочным конусом 5, а вторым — находится в плотном

К стружкоприемнику

7' 6

Рис. 1. Схема эжекторного сверления

Р

От насоса

контакте со сверлильной головкой 1 с хвостовиком 9. Головка резьбой соединена со стеблем 2 и перед началом сверления базируется в отверстии направляющей втулки. Наружная труба-стебель 2 во втулке 4 закреплена конусной втулкой 7.

При сверлении СОЖ от насосной станции по шлангу подается в отверстие 6 (через установленный в нем штуцер). Далее СОЖ подается через отверстия в кольцевой зазор между стеблем 2 и внутренней трубой 3. При подходе по внутреннему зазору поток СОЖ разделяется на две части. Одна часть СОЖ через радиальные отверстия поступает в зону резания, где подхватывает образующуюся стружку.

Вторая часть СОЖ из полости внутренней трубы поступает в имеющиеся во внутренней трубе наклонные прорези — щели 8. Поток СОЖ, выходящий из щелей, направлен по оси отверстия внутренней трубы к выходному ее концу. Этот поток и представляет своеобразный эжекционный насос, создающий разрежение в отверстии внутренней трубы в зоне от сверлильной головки до щелей эжектора. Происходит отсос поданной в рабочую зону части СОЖ и образованной при резании стружки, которая после прохождения зоны

эжектора вместе с СОЖ уже транспортируется в стружкоприемник.

При наладке всей системы очень важно распределить потоки СОЖ, подаваемой к инструменту. Задача состоит в том, чтобы уровень производительности эжектора обеспечил отсос из зоны резания всей поступающей туда СОЖ вместе со стружкой. А это очень трудно сделать, поскольку размеры щелей эжектора, как правило, фиксированы изготовителем инструмента для определенных СОЖ и параметров (расходы и давления) ее подвода.

Конструкция инструмента

Успешность применения эжекторного сверления в значительной степени зависит от его конструкции и централизованного снабжения потребителей комплектом эжекторного инструмента.

Конструкция инструмента (ТУ 2-035-857-81) с эжекторным отводом стружки (рис. 2) разработана для сверления отверстий диаметром 20-60 мм и глубиной до 800 мм при горизонтальном сверлении и до 400 мм при вертикальном сверлении [1]. Как и классический

а)

П

П

2

П2

3

П2

б)

Вид А

6 7 Повернуто 8 9

Рис. 2. Эжекторный инструмент, разработанный ВНИИинструментом

4

5

вариант [2], инструмент имеет сборную конструкцию. Он состоит из сверлильной головки 1 , наружной трубы 2 и внутренней трубы 3 (рис. 2, а). Головка 1 и наружная труба 2 имеют по два центрирующих пояска П для точного центрирования относительно друг друга и четырехзаходную прямоугольную резьбу для наружного соединения друг с другом. Наружная труба является несущим элементом, передающим крутящий момент и осевую силу от шпинделя сверлильной головки. Внутренняя труба 3 вставляется в отверстие наружной трубы и головки, получая центрирование в головке по пояску П1. На наружной и внутренней трубах, у их хвостовой части, имеются посадочные пояски П2 и П3 для центрирования и закрепления в устройстве для подвода СОЖ. Кроме того, в хвостовой части внутренней трубы выполнены эжектор-ные щели Щ.

Сверлильная головка (рис. 2, б) состоит из двух частей, соединяемых аргонодуговой сваркой: литого корпуса 4 и хвостовика 5 (имеются головки, выполненные из одной заготовки, т. е. без сварки). Головка представляет собой трехлезвийный инструмент двустороннего резания, работающий с делением ширины среза и определенностью базирования с двумя жесткими неподвижными направляющими 6 и 10. Режущие элементы 7—9 закрепляются постоянно (пайкой).

Корпус 4 головки изготовлен точным литьем из стали 40ХФЛ, не требующим последующей механической обработки. Хвостовик обработан механически. До сварки корпус термически обработан до твердости 27-35 НИС. Предел прочности материала корпуса ав не менее 650 МПа. Твердосплавные пластины припаяны с помощью газовой горелки припоями ПСр40 или ТМСр47М. При пайке ТВЧ используют припои ТП-1 и МНц. Заточка произведена алмазными кругами на металлической связке с охлаждением распыленной струей СОЖ за два прохода. Второй проход — доводка при съеме припуска не более 0,03-0,05 мм с помощью алмазного круга зернистостью 6-10 мкм. Допускается переточка головки после возникновения ленточки износа на задней грани до 0,6 мм. В производственных условиях, однако, прибегают к переточке не при достижении указанного значения фаски износа, а при возникновении стружки неудовлетворительной формы, выкрашивании режущих кромок, возникновении вибрации.

По ТУ 2-035-857-81 стойкость сверла при обработке стали составляет 60 мин, а чугуна — 90 мин. Возможная геометрия заточки режущей части головки приведена на рис. 3. Диаметр головки выбирают в зависимости от диаметра обрабатываемого отверстия, принимая

d = do + 33 a,

где d — номинальный диаметр головки, мм; dо — номинальный диаметр обрабатываемого отверстия, мм; а — допуск на диаметр отверстия, мм.

Допуск на диаметр d назначают в зависимости от диаметра головки, принимая его 0,013 мм для d < 33 мм, 0,016 мм для d = = 30 + 50 мм и 0,019 мм для d > 50 мм. Применяют несколько вариантов заточки струж-коломающего порожка и передней поверхности (рис. 3, а). Эти варианты даны на сечении А—А. Ориентировочные размеры ширины и высоты порожка для диаметров головки 20-65 мм принимают следующими: h ± 0,05 = = 0,4 ^ 0,5 мм и Ь ± 0,05 = 1,5 ^ 2,2 мм. Смещение вершины m для того же диапазона диаметров принимается равным 3,0-5,0 мм. Значения Ь, h и m с увеличением диаметра увеличиваются.

Расположение режущих кромок лезвий 1 , 2 и 3 (рис. 3, а) в плане показано на рис. 3, б и в. Осевые смещения кромок: Ах = 0,3 мм, Д2 = 0,6 мм. Схема на рис. 3, б применяется при любом диаметре сверла, а схема на рис. 3, в — для диаметров свыше 31 мм.

Эжектор в данной конструкции (см. рис. 2) выполнен в виде наклоненных под углом 15-20° к оси щелей Щ во внутренней трубе (в конце трубы). Эти щели и играют роль сопел эжектора. Число щелей зависит от диаметра трубы; располагаются они симметрично относительно оси, при числе больше 3-4 — в несколько рядов, чтобы образовался сплошной кольцевой поток требуемой мощности. Щели прорезаются вулканитовым отрезным кругом на заточном станке, характеризуются проходным сечением, определяемым размерами а и Ь. Для диапазона диаметров головки от 20 до 60 мм а = 0,4 ^ 0,6 мм, Ь = 5,6 ^ 10,5 мм; число щелей от 3 до 8. Все эти параметры увеличиваются дискретно с увеличением диаметра головки (внутренней трубы).

Диаметральные размеры наружной и внутренней труб взаимосвязаны, а трубы образуют систему, обеспечивающую передачу крутящего момента, подвод СОЖ с минимальными

Е ТАЛ Л О ОБ РАБО Т Kj

В—В

А—А А—А (вариант III)

гидравлическими потерями и отвод стружки за счет отсоса, создаваемого с помощью эжек-торного насоса.

Наружный диаметр наружной трубы выбирают максимально приближенным к диаметру головки d (диаметр отверстия dо), чтобы иметь большую жесткость и исключить утечки СОЖ через малый кольцевой зазор между заготовкой и трубой. Толщину стенки этой трубы выбирают исходя из обеспечения требуемой ее жесткости. Размеры внутренней

трубы выбирают исходя из обеспечения оптимальных условий подвода СОЖ и отвода стружки. Имеются методики расчета гидравлической системы эжекторного инструмента с учетом множества факторов, действующих в условиях эжекторного сверления [3, 4 и др.].

Следует отметить, что технология изготовления сверлильных головок для эжекторного сверления рассмотренного типа хорошо отработана с учетом передового отечественного и зарубежного опыта [4].

Устройства для подвода СОЖ

для инструментов эжекторного сверления

В связи с тем что эти устройства выполняют не только функции подвода СОЖ и отвода стружки, но и являются зажимным устройством, в котором закрепляется своей хвостовой частью эжекторный инструмент, в литературе их часто называют патронами. В зависимости от кинематической схемы сверления различают патроны для невращающегося и вращающегося инструментов. В патронах также важна принятая схема размещения эжектора, которая во многом определяет схему подачи и распределения СОЖ, поступающей в зону резания и на эжекцию.

Патроны для невращающегося инструмента значительно проще (рис. 4). В корпусе 3 патрона сделана выточка, в которую вставлены уплотнительная втулка 4 и цанга 2. Инструмент устанавливается наружной трубой в отверстие цанги и закрепляется вращением гайки 1 . Для уплотнения используют резиновые манжеты. Патрон своим корпусом закрепляется на станке, обычно на том узле, который совершает движение подачи (например, на суппорте токарного станка). СОЖ к патрону подается через патрубок, а стружка отводится по отверстию в корпус патрона.

Применение эжекторного инструмента со щелевым эжектором выявило определенные особенности его работы и позволило создать (и применить в практике отечественного производства) более совершенную конструкцию (А. с. 417255, СССР, и А. с. 554088, СССР). Основой разработок явились исследования, проведенные в разное время в БГТУ «Воен-мех» им. Д. Ф. Устинова [6].

Сборный эжекторный инструмент с регулируемым эжектором (рис. 5) состоит из двух стеблей, наружного 1 и внутреннего 7, жестко связанных друг с другом. Оба стебля скреплены с коническим хвостовиком 2 сварочны-

12 3 С 4

! Л

Рис. 4. Конструкция патрона для невращающегося эжекторного инструмента

ми заклепками 8. В инструменте использован кольцевой эжектор, составленный конусами торца внутренней трубы 7 и специальной втулки 4. Втулка 4 в отверстии хвостовика 2 крепится винтами 5, а положение конуса втулки в зоне эжектора, следовательно, кольцевой зазор, может быть отрегулировано за счет замены мерного кольца 6. Поток СОЖ 3 из патрона поступает через четыре паза в хвостовике к зоне эжектора, откуда расходится по двум направлениям. Одна часть уходит в кольцевую щель эжектора и создает на выходе эжекционный эффект струйного насоса. Вторая часть СОЖ по сферическим канавкам К, которые выполнены вдоль наружной поверхности трубы 7, поступает к сверлильной головке 9 в зону 10, обтекая ее снаружи. Отсюда СОЖ вместе со стружкой отсасывается эжекционным насосом, и далее стружка транспортируется к стружкоприемнику за пределы хвостовика.

Рассмотренная конструкция имеет ряд достоинств. Эжектор можно регулировать на максимальную производительность для заданной СОЖ путем подбора мерных колец (поз. 6 на рис. 5, б). При засорении (из-за загрязнений СОЖ) эжектор может быть быстро очищен, при щелевом эжекторе очистка его проблематична. Стебель имеет высокую жесткость, что позволяет работать на повышенных подачах. Такая сверлильная головка универсальна, она жесткая, не имеет зоны радиальных отверстий, ее можно эффективно использовать не только для эжекторного сверления, но и для сверления глубоких отверстий по схеме с наружной подачей СОЖ. Использование инструмента в производстве показало его высокую эффективность и надежность при работе по схеме как с невращающимся, так и с вращающимся инструментом. Естественно, к рассматриваемому инструменту были разработаны и специальные патроны, которые просто модернизируются под работу с автономным эжектором.

Сверло с автономным эжектором работает по следующему принципу (рис. 6). К сверлу 2, которое сверлит деталь 1 , в зону резания СОЖ нагнетается под давлением 10 МПа через патрубок патрона 5 и кольцевой зазор между стеблем 3 и внутренней тонкостенной трубой 4. Одновременно второй поток СОЖ через второй патрубок патрона поступает в эжектор 6 и создает разрежение в камере смешения. Образующаяся в результате сверления стружка под действием атмосферного давления всасы-

ШШШМБОТКА

а)

10

б)

5 6

8 \А

Рис. 5. Эжекторный инструмент с регулируемым эжектором: а — стебель со сверлом; б — хвостовик

вается во внутреннюю трубу 4 и, пройдя через камеру смешения, в виде пульпы выбрасывается в стружкоприемник. Таким образом, в данной конструкции инструмента применена схема раздельной подачи СОЖ, при которой возможно независимое регулирование объема подаваемой СОЖ как в зону резания, так и на эжекцию. Система работает от одного насоса, но объем подачи СОЖ регулируется с помощью дросселей.

Особенностью приведенной конструкции является применение в ней так называемого вихревого эжектора, эжекционная способность которого в 1,66 раза выше классического щелевого [4].

Эжекторы сверлильного инструмента являются важнейшим элементом, обеспечивающим как производительность, так и надежность работы инструмента при его эксплуатации. Эжекторы относятся к струйным насосам, в которых смешиваются два потока разных давлений и образуется смешанный поток со средним давлением [4 и др.]. При этом оба потока находятся в жидкой фазе. Среда, подаваемая в эжектор (с напором Н1 и расхо-

дом под более высоким давлением, называется рабочей средой, а поток рабочей среды — рабочим потоком. Последний выходит из сопла 1 (рис. 7) в приемную камеру 2 эжектора и увлекает за собой среду, имеющую перед аппаратом более низкое давление (с напором Н2 и расходом Q2). Эта среда называется эжекти-

1 2 3 4 5 6

Рис. 6. Эжекторный инструмент с автономным эжектором

1 2 3 4

Н1, Я1.

Р

V

Н2,

Н3> Я3

[ Н2> Я3

Рис. 7. Схема типового эжектора

2

9

руемой, а поток — эжектируемым. Далее потоки рабочей и эжектируемой сред поступают в камеру смешения 3 и образуют смешанный поток (с напором Н3 и расходом Я3), где происходит выравнивание скоростей обоих потоков, сопровождающееся, как правило, повышением давления. В эжекторе осуществляется преобразование потенциальной энергии давления рабочего потока в кинетическую энергию струи, выходящей из сопла, которая частично передается эжектируемому потоку, затрачивается на выравнивание скоростей смешиваемых потоков и переходит снова в потенциальную энергию в диффузоре 4. Перемещение эжектируемой среды осуществляется за счет образующегося вакуума в камере смешения, а также сил вязкого трения, возникающего между рабочим и эжектируемым потоками. Работа эжектора описывается параметрами, в частности такими, как [4]:

• к — относительный напор нагнетания, определяемый соотношением к = Н3 - Н2 / (Н - Н2), где Ну, Н2 и Н3 — напоры соответственно рабочего, эжектируемого и смешанного потоков;

• д — объемный коэффициент эжекции, определяемый отношением д = Я2 / где

Я2 — расходы указанных потоков;

• ^ — КПД эжектора, определяемый соотношением ^ = кд;

• т — основной геометрический параметр, определяемый у эжекторов отношением т = = f2 / Л, где f1 — площадь поперечного сечения сопла; f2 — площадь поперечного сечения цилиндрического участка камеры смешения.

Естественно, определенные особенности существуют в работе эжекторов в случае использования их в инструментах для обработки глубоких отверстий, когда эжектор работает в наиболее тяжелых условиях. Обычно эжектор работает совместно с системой трубопроводов: рабочего, эжектирующего и нагнетательного. В эжекторных сверлах рабочий трубопровод направляет поток СОЖ от насоса гидростанции к соплу эжектора, эжектирующий — от режущей головки к эжектору, а нагнетательный — от эжектора к стружкоприемнику. Трубопровод кольцевого сечения, образуемый стеблем и внутренней тонкостенной трубой, по которому подается СОЖ в зону резания, к указанной системе трубопроводов не относится. Однако гидравлические потери в нем оказывают влияние на рабочий напор в тех случаях, когда подача СОЖ в зону резания и в сопла эжектора производится от одного насоса.

Необходимо отметить, что подаваемый в зону резания поток СОЖ после выхода из радиальных отверстий в режущей головке поступает в область атмосферного давления и мгновенно теряет напор. Следовательно, давление СОЖ в зоне резания эжекторного сверла не превышает атмосферного.

Основное требование, предъявляемое к эжектору сверла, заключается в обеспечении надежного отвода из зоны резания стружки и всего объема поступающей туда СОЖ. В противном случае жидкость будет вытекать наружу в зазор между стенкой отверстия и стеблем инструмента. Отсюда следует, что объем эжек-тируемого потока должен быть равен объему СОЖ, подаваемой в зону резания. При этом объем последнего потока определяется исходя из задаваемой скорости прохождения пульпы во внутренней тонкостенной трубе сверла. Очевидно, что эта скорость vСОЖ должна быть больше скорости образования стружки истр, т. е. иШЖ > истр = V / где V — скорость резания; \ — коэффициент продольной усадки стружки (для сталей \ = 2 - 3).

Для эжекторных сверл рекомендуются [2, 4] следующие минимальные значения скорости СОЖ во внутренней трубе: при горизонтальном сверлении 0,5 м/с, при вертикальном сверлении 0,8 м/с. Экспериментальная проверка [4] этих рекомендаций для случая горизонтального сверления показала, что, например, при сверлении в стали 20Х отверстий диаметром 31,5 мм со скоростью резания 110,9 м/мин и скоростью течения пульпы 0,5 м/с стружка отводилась неустойчиво. Кроме того, сверление сопровождалось дымлением СОЖ в стружкоприемнике из-за недостаточного охлаждения стружки. С увеличением скорости пульпы до 1 м/с начался устойчивый отвод стружки, и дымление жидкости прекратилось. Ухудшение отвода стружки при скорости СОЖ 0,5 м/с объясняется тем, что на указанных режимах резания максимальная скорость образования стружки была равна 0,62-0,92 м/с и не соответствовала рекомендациям вышеприведенной формулы.

Отсюда следует, что эжектируемый расход СОЖ, гарантирующий отвод стружки из зоны резания, может быть определен соотношением

Я2 > п / (4 а

где \ — коэффициент продольной усадки стружки; с — диаметр отверстия внутренней тонкостенной трубы сверла; V — скорость резания.

ЕТАПЛООБРАБОТК]

По сравнению с эжекторными сверлами в сверлах ВТА скорость течения СОЖ достигает 10-20 м/с. Столь относительно низкая скорость течения СОЖ у эжекторных сверл объясняется ограниченными возможностями эжекторов по созданию перепада давления на участке трубопровода от режущей головки до начала камеры смешения. Однако сверла ВТА, в отличие от эжекторных, потребляют значительно больший объем СОЖ и под большим давлением, что увеличивает материальные затраты и создает указанные выше технические трудности.

Эжектор, как всякий насос, имеет ограничения по глубине всасывания. Следовательно, эжекторные сверла имеют ограничение на глубину просверленных отверстий. Это происходит вследствие того, что по мере увеличения длины стебля возрастают потери давления в эжектирующей линии сверла. При некоторой длине стебля, когда потери станут равными перепаду давления, который может создать эжектор, транспортирование стружки окажется невозможным.

Еще раз отметим, что одним из основных преимуществ эжекторных сверл является отсутствие системы уплотнений между обрабатываемой деталью и инструментом. Здесь утечки и разбрызгивание СОЖ предотвращаются благодаря воздействию атмосферного давления на поток жидкости, омывающей режущую головку. При этом, как уже упоминалось, необходимо согласовать расход жидкости $2, подаваемой в зону резания, с расходом жидкости $2, которую может откачать эжектор. Если окажется, что $2 > Я2, то часть расхода СОЖ, равная $2 - Я2 = ДЯ2, будет вытекать в зазор между торцами заготовки и кондукторной втулки, забрызгивая рабочую зону станка. Уменьшение расхода жидкости, поступающей в зону резания, может привести к снижению тепло- и стружкоотвода, а следовательно, и к снижению стойкости инструмента.

Если окажется, что > $2, то разность этих расходов, равная - $2 = Д$2, восполнится за счет подсоса в эжектирующий трубопровод воздуха из атмосферы. Попадание воздуха в эжектор приводит к снижению его производительности. Поэтому необходимо избегать подсоса воздуха. В сверлах этого можно достигнуть регулированием производительности эжектора в целях соблюдения равенства между расходом СОЖ, подаваемой в зону резания, и эжектируемым потоком. В этом случае подсос воздуха отсутствует и его влиянием на работу эжектора можно пренебречь.

Значительное влияние на параметры эжектора оказывает место его расположения. В сверлах с длиной стебля до 1000 мм эжектор обычно располагают у режущей головки или около подводящего патрона [2, 4]. Схема размещения эжектора вблизи подводящего патрона нашла наибольшее применение ввиду ее следующих преимуществ. Во-первых, отпадает необходимость подачи к режущей головке полного рабочего потока СОЖ, так как в противном случае это приводит к возрастанию потерь давления и дополнительному нагреву СОЖ, а при увеличении ширины кольцевого зазора в целях уменьшения этих потерь — к снижению жесткости стебля. Во-вторых, такая схема позволяет использовать эжектор в виде автономного узла, что облегчает его монтаж и регулировку.

При этом в инструменте отсутствует линия нагнетания, так как стружкоприемник находится сразу же за камерой смешения. В этих условиях эжектору нет необходимости развивать высокий напор для преодоления сопротивления линии нагнетания. Поэтому он должен обладать высокой эжектирующей способностью, т. е. иметь большие значения основного геометрического параметра.

В случае применения эжектора в виде автономного узла необходимо, чтобы диаметр цилиндрического участка камеры смешения был не меньше диаметра внутренней тонкостенной трубы инструмента. Это позволяет исключить закупорку камеры смешения стружкой, отводимой из зоны резания. Следовательно, обеспечение свободного прохода стружки от режущей головки до стружкоприемника является важным требованием, предъявляемым к конструкции эжектора. Этому требованию удовлетворяют эжекторы кольцевого типа и многоструйные, с расположением сопел по окружности эжектирующего трубопровода. Такие эжекторы весьма компактны, что особенно важно для вращающихся стеблей, так как это требует увеличения размеров специального патрона, что снижает жесткость системы крепления стебля.

В инструментах с длиной стебля более 1000 мм применяют одновременно два эжектора, расположенных у режущей головки и около подводящего патрона [2, 4]. Такая схема расположения эжекторов объясняется следующими причинами. Линия всасывания у первого эжектора у режущей головки отсутствует, а линия нагнетания, являясь одновременно линией всасывания второго эжектора, служит для создания подпора в последнем. При этом

эжектирующая способность в инструменте резко возрастает, так как создание подпора всегда приводит к повышению производительности эжектора [2, 4 и др.]. В этом случае первый эжектор должен иметь малое значение основного геометрического параметра, а второй — большое, поскольку от него не требуется большого напора. Таким образом, за счет увеличения числа эжекторов можно обеспечить надежный отвод стружки у инструментов с весьма большой длиной стебля.

В настоящее время рассмотрена работа эжекторного инструмента с использованием эжекторов различных схем работы [4].

Выполненные работы [4] показали, что разработанные конструкции многоструйного и вихревого эжекторов обладают большей эжек-тирующей способностью, чем щелевой эжектор фирмы Sandvik Coromant. Это достигнуто в первом случае за счет увеличения числа струй, а во втором — за счет повышения эжектиру-ющей способности закрученных струй. Экспериментальная проверка обоих эжекторов в процессе сверления показала их высокую эффективность и надежность в работе. Из этих конструкций вихревой эжектор как более компактный рекомендуется и для вращающихся, и для неподвижных сверл. Многоструйный эжектор из-за больших габаритных размеров лучше применять в неподвижных сверлах.

Кольцевой зазор между стеблем и внутренней тонкостенной трубой является важным параметром эжекторного инструмента. От этого зазора зависит пропускная способность для потоков СОЖ и давление в подводящем патроне. Эжектирующая способность эжекторов во многом зависит и от марки используемой СОЖ, в частности от ее вязкости. Приводятся данные [4], что замена СОЖ Shell Caria масляной СОЖ МР-1 в инструменте, разработанном для работы на СОЖ Shell Caria, характеризуется значительным ростом давления в подводящем патроне (до 1,96 МПа и более). Увеличение рекомендованной (для работы на СОЖ Shell Caria) ширины кольцевого зазора в 2 раза снижает для СОЖ МР-1 гидравлические потери и уменьшает это давление до 0,98 МПа.

Уменьшение вязкости примененной СОЖ для заданной конструкции эжекторного инструмента также способствует снижению давления в гидравлической системе инструмента, повышая при этом эжектирующую способность эжектора.

Надежность стружкоотвода при сверлении является определяющим фактором работы

эжекторного инструмента. Стружка при резании отводится и перемещается по каналам под влиянием гидродинамических сил, действующих при обтекании стружки СОЖ. Необходимая для этого гидродинамическая сила создается посредством сообщения потоку СОЖ определенной скорости. Установлено [1 и др.], что скорость потока СОЖ должна быть в 5-8 раз больше скорости схода стружки с учетом ее усадки. Надежный отвод стружки при эжекторном сверлении обеспечивается за счет получения мелкой дробленой стружки, выбора соответствующих размеров поперечного сечения каналов и назначения необходимой скорости потока СОЖ (расхода О). Расход м3/с, требуемый для удаления стружки из зоны резания, определяется произведением скорости vСОЖ потока СОЖ в зоне резания на площадь поперечного сечения паза в головке у зоны резания. Получена зависимость [1] для расчета расхода:

Я = 2,3 • 10-6 ¿°,14 ¿!,15 иБ0,

где ё — диаметр инструмента, мм; £ — глубина резания, мм; V — скорость резания, м/мин; £0 — подача, мм/об.

Естественно, для различных условий работы определяется и скорость ^ож, обеспечивающая удаление стружки (дробленой или сливной) из зоны резания [1]. Отсюда важно для эжекторного сверления определить по возможному расходу СОЖ в зоне резания допустимые режимы обработки для надежного ведения процесса. Отметим, что эта задача требует отдельного рассмотрения.

В зависимости от диаметра сверления для эжекторного инструмента со щелевым эжектором насосная станция должна подавать СОЖ с параметрами, рекомендованными графиками, показанными на рис. 8.

Указанные зависимости являются приближенными и определяются вязкостью применяемой СОЖ, ее температурой, длиной эжек-торного инструмента и соотношением его диаметральных размеров. Поэтому при наладке станка требуется регулировать насосную станцию с учетом конкретных условий. При этом необходимо иметь в виду, что при отклонении от оптимального расхода в сторону уменьшения ухудшаются условия отвода стружки, а в сторону увеличения — повышаются утечки СОЖ из инструмента в зазоры у заготовки и между кондукторной втулкой и наружной трубой. В качестве СОЖ могут применяться

Е ТАЛ Л О ОБ РАБО Т Kj

P, МПа QS, n/мин

100 P у ос 1

Qs

0 20 40 60 ¿а, мм

Рис. 8. Графики для выбора расхода и давления СОЖ при эжекторном сверлении в зависимости от диаметра сверления для инструмента со щелевым эжектором

жидкости на водной основе и жидкости малой вязкости на масляной основе (МР-3, МР-6 и МР-7 с присадкой серы). Растворы эмульсолов применяют с добавкой индустриального масла в количестве 10-20 % по объему.

При эжекторном сверлении наблюдается повышенный нагрев СОЖ за счет выделения теплоты при истечении ее через сопла эжектора, поэтому целесообразно установить холодильники и принимать объем бака не менее 1,2-1,5 м3. Рабочая температура СОЖ: для более вязких СОЖ — 45-60 °С, для маловязких — 25-40 °С. Очистку СОЖ проводят до удаления частиц размерами 8-20 мкм.

Технико-экономические показатели

Эжекторное сверление повышает производительность в 2-3 раза по сравнению со сверлением спиральными сверлами, при этом уводы, несомненно, меньше (до 0,1 мм на метр). Обеспечивает более высокую точность, позволяет отказаться от последующих переходов по обработке отверстия. По имеющимся данным [1, 2, 4 и др.], эжекторное сверление дает следующие результаты:

Точность выполнения диаметра,

не менее..................... Н10

Параметр шероховатости поверхности Яа (по стали), мкм......... <2,5

Увод оси на 100 мм глубины сверления (при э = 0,15 ■ 0,25 мм/об;

и = 100 м/мин), мм.............0,01-0,051

Производительность, мм/мин, не более........................ 300

Литература

1. Обработка глубоких отверстий / Н. Ф. Уткин, Ю. И. Кижняев, С. К. Плужников [и др.]; под общ. ред. Н. Ф. Уткина. Л.: Машиностроение, 1988. 269 с.

2. Кат. фирмы AB Sandvik Coromant. 2012 (http:// www. sandvik. com)

3. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.

4. Инструменты для обработки точных отверстий/ С. В. Кирсанов, В. А. Гречишников, А. Г. Схиртладзе,

B. И. Кокарев. М.: Машиностроение, 2003. 330 с.

5. Кат. фирмы Botek. 2012 (http://www. botek. de)

6. Борзов В. Ф., Серебреницкий П. П., Хоменок А. Т. Эжекторное сверление // Машиностроитель. 1971. № 9.

C. 19-21.

7. Серебреницкий П. П. Краткий справочник технолога-машиностроителя. СПб.: Политехника, 2007. 952 с.

Сведения об авторах

Андрющенко Александр Иванович — инженер-технолог, ОАО «Красный Октябрь», аспирант кафедры «Технологии машиностроения» БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 13-15; тел. +7-981-708-98-77, е-шаП: [email protected]

Серебреницкий Павел Павлович — канд. техн. наук, профессор кафедры «Технологии машиностроения» БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова; тел. (812) 495-77-49, е-шаП: [email protected]