способ сверления глубокого отверстия в детали

Формула изобретения

Способ сверления глубокого отверстия в детали вдоль ее геометрической оси, отличающийся тем, что сверление осуществляют с использованием балансира, при этом до начала процесса сверления дополнительно определяют неравномерность твердости материала по сечениям заготовки детали вдоль геометрической оси сверления, для чего до начала сверления по всей длине заготовки на одинаковом расстоянии друг от друга производят замеры твердости материала заготовки в четырех диаметрально расположенных точках сечения, затем по полученным значениям твердости материала детали разрабатывают модель распределения механических свойств заготовки, затем в соответствии с этой моделью задают установку балансира в каждом из сечений и соответственно помещают его на детали в районе расположения сверла, после чего производят сверление на соответствующую глубину, в дальнейшем перед каждым последующим сверлением осуществляют проверку и корректировку правильности установки балансира для данного сечения путем измерения фактически получаемой толщины стенки заготовки по кольцевой поверхности с нахождением максимальных и минимальных ее значений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к обработке металлов резанием, в частности к способам сверления глубокого отверстия в детали вдоль ее геометрической оси, при этом глубокими считаются отверстия, у которых l/d ₀>5, где l - длина отверстия, a d₀ - диаметр отверстия.

Известен способ сверления глубоких отверстий малого диаметра, включающий выполнение пилотного заходного отверстия обычным сверлом с последующим сверлением лопаточным сверлом одностороннего резания (см., например, Троицкий Н.Д. «Глубокое сверление», 1971, стр.142, 143). Однако если в заготовке детали, которую необходимо обработать, по ее сечению имеется неравномерность механических свойств материала (см., например, Н.Ф.Уткин и др. Обработка глубоких отверстий, 1988, стр.31-33), то на сверло, осуществляющее процесс сверления, воздействуют неравные силы. Например, усилие с одной стороны сверла не равно усилию на него с другой, из-за чего происходит смещение оси сверления. Поэтому для возвращения сверла на геометрическую ось сверления необходимо указанные силы уравновесить. Известны мероприятия, предусматривающие предотвращение увода продольной оси отверстия, особенно при l/d ₀ значительно больше 5 (см., например, Н.Ф.Уткин и др. «Обработка глубоких отверстий», 1988, стр.3, 31-33, 140-143, 175-177). Предлагаемое техническое решение является расширением арсенала средств, обеспечивающих решение указанной проблемы.

Технический результат настоящего изобретения заключается в дополнении процесса сверления заданного глубокого отверстия определением причины воздействия усилий на сверло, заставляющих его сдвигаться от геометрической оси сверления, и в последующем уравновешивании этих воздействующих усилий за счет установки балансира.

Указанный технический результат достигают тем, что процесс сверления осуществляют с использованием балансира при этом до начала процесса сверления дополнительно исследуют неравномерность механических свойств материала по сечениям заготовки детали вдоль геометрической оси сверления, для чего до начала сверления по всей длине заготовки на одинаковом расстоянии друг от друга производят замеры твердости материала заготовки в четырех диаметрально расположенных точках сечения, затем по полученным значениям твердости материала детали разрабатывают модель распределения механических свойств заготовки, далее в соответствии с этой моделью задают установку балансира в каждом из сечений и соответственно помещают его на детали в районе расположения сверла, после чего производят сверление на соответствующую глубину, а в дальнейшем перед каждым последующим сверлением осуществляют проверку и корректировку правильности установки балансира для данного сечения путем измерения фактически получаемой толщины стенки заготовки по кольцевой поверхности с нахождением максимальных и минимальных ее значений.

Замеры твердости материала заготовки можно осуществлять известными методами, например с помощью твердомера динамического марки 54-359М (см., например, статью Павлова А.Г. и др. «Приборы неразрушающего контроля, разработанные и изготавливаемые ГУП «ЦНИИМатериалов», 2001, № 1, стр.66-67). Имея значения твердости материала в конкретном сечении в соответствии с предлагаемым способом, далее необходимо разработать модель распределения механических свойств заготовки, что можно сделать с помощью дискретной, или линейной, или параболической, или какой-либо другой интерполяции, например по способу наименьших квадратов (см., например, Глаголев А.А. и др. «Курс высшей математики», 1971, стр.418-420). Последующее задавание закона размещения балансира с целью уравновешивания воздействующих на сверло сил может быть осуществлено благодаря использованию закона движения центра масс (см., например, Гернет М.М. «Курс теоретической механики», 1970, с.290-295, с.334-335, с.337-339 и т.д.).

Так как в процессе сверления существуют и другие причины увода сверла от геометрической оси сверления помимо неравномерности распределения механических свойств (см., например, А.П.Муслимов и др. «Разработка метода и устройства автоматического контроля неуравновешенности изделий типа тел вращения с малыми массой и габаритами, изготавливаемых способами ОМД». Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию кафедры Е4 «Высокоэнергетические устройства автоматических систем БГТУ «Военмех», Санкт-Петербург, 13-16 октября 2009 г., стр.112-117), то необходимо и целесообразно осуществлять измерение толщинометром (см., например, Кретов Е.Ф. «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении», 2007) толщины стенки детали и компенсировать эти причины и их влияние также с помощью балансира.

Длина расстояний между точками замера твердости материала определяется размерами и параметрами балансира, чем он шире, тем длина будет больше.

Благодаря наличию приведенных существенных отличительных признаков обеспечивается возможность сверления глубокого отверстия с минимизацией при этом увода сверла от геометрической оси.

На фиг.1 представлена поверхность распределения значений твердости вдоль оси сверления; на фиг.2 - плоскость распределения максимальных и минимальных значений твердости; на фиг. 3 схематично изображен процесс сверления с различными положениями балансира в соответствии с распределением максимальных и минимальных значений твердости.

В таблице 1 представлены примеры значений при определении твердости материала, в таблице 2 - примеры значений твердости материалов в одной из плоскостей, в таблице 3 - примеры значений установочных параметров балансира.

Распределение максимальных и минимальных значений твердости, которое изображено в виде плоскости (см. фиг.2), может иметь такой вид только в определенном конкретном примере, в общем же случае оно может принимать вид любой поверхности, например винтовой.

В соответствии с заявляемым способом на фигурах 1, 2, 3 видно, что 1 - это плоскость разреза поверхности значений твердости по наименьшим и наибольшим значениям, 2 - заготовка, которую необходимо просверлить, 3 - поверхность (линия на плоскости разреза) значений твердости, 4 - сверло и его положение, 5 - балансир и его положение.

Реализацию предлагаемого способа рассмотрим поэтапно на конкретном примере. Так, например, при сверлении прутка из стали 12Х13-Ш размером 63×6000 мм сверлом 022 мм в начале работы производят нахождение точек с максимальным и минимальным значениями твердости. Для этого, примерно посередине длины прутка-заготовки 2 перпендикулярно ее образующей зачищается кольцевая поверхность, как этого требует методика измерения твердости, и на ней производят измерение твердости на расстоянии друг от друга, равном примерно одной десятой длины окружности. Из полученных значений выбирают точки с максимальной и минимальной твердостью, а затем через них проводят линии 3 по образующим прутка-заготовки 2. Такие же линии 3 проводят через точки, находящиеся посередине дуг окружности между ранее проведенными линиями 3. Это производят для того, чтобы, если изменится положение максимума и минимума твердости, можно было бы это вовремя выявить. На расстоянии 300 мм друг от друга начиная от торца заготовки 2 проводят кольцевые линии. В точках пересечения того и другого семейства этих линий производят зачистку поверхности, как этого требует методика измерения твердости, после чего производят сами замеры. Допустим, их значения были такими, как представлены в таблице 1. Из полученной в дискретном виде поверхности распределения значений твердости выделяется в данном случае плоскость распределения максимальных и минимальных значений твердости, значения которой представлены в таблице 2. На основании данных таблицы 2 назначают установочные параметры балансира 5, например, такие как представлены в таблице 3.

После выполнения указанных работ начинают процесс сверления с использованием сверла 4. При достижении первого сечения процесс останавливают и производят измерение толщины получаемой стенки на трубной заготовке 2 по кольцевой поверхности с установлением максимального и минимального ее значений. Далее сравнивают полученные и требуемые результаты, на основании которых корректируют установки положения балансира 5. Затем сверление продолжают до достижения второй отметки с выполнением вышеуказанных действий. Данная процедура производится до того момента, пока процесс сверления не закончится.

Таблица 1
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000
Значения твердости в четырех точках двух взаимно перпендикулярных сечений, НВ
215	220	225	230	230	231	230	229	230	230
210	210	210	211	211	210	210	210	211	210
205	200	195	190	191	191	190	189	189	189
210	210	211	210	209	209	210	211	211	210
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
3300	3600	3900	4200	4500	4800	5100	5400	5700
Значения твердости в четырех точках двух взаимно перпендикулярных сечений, НВ
229	230	231	231	230	231	231	231	231	Линия 1
210	210	210	211	211	211	210	211	210	Линия 2
190	190	189	189	190	191	191	190	190	Линия 3
209	209	210	210	211	211	210	209	209	Линия 4

Таблица 2
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000
Максимальные и минимальные значения твердости, НВ
210	215	220	225	230	230	231	230	229	230	230
210	205	200	195	190	191	191	190	189	189	189
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
3300	3600	3900	4200	4500	4800	5100	5400	5700	6000
Максимальные и минимальные значения твердости, НВ
229	229	230	231	231	230	231	231	231	231	Линия 1
190	190	190	189	189	190	191	191	190	190	Линия 3

Таблица 3
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000
Установочные параметры балансира, мм
0	+2	+4	+6	+8	+8	+8	+8	+8	+8	+8
Расстояние до сечений, в которых производится измерение твердости, мм
3300	3600	3900	4200	4500	4800	5100	5400	5700	6000
Установочные параметры балансира, мм
+8	+8	+8	+8	+8	+8	+8	+8	+8	+8	Линия 1