Процесс зенкерования отверстий

Зенкерование, а именно так называется эта операция, созвучно зенкованию, что может ввести неспециалиста в заблуждение. Разница между этими двумя категориями тоже будет объяснена в данной статье. 

Зенкер. Назначение и виды инструмента

Зенкер – инструмент, предназначенный для получистовой обработки металла. Внешне представляет собой металлический вал с режущими поверхностями, напоминающий сверло. Он создан специально для металлообрабатывающей промышленности. Выпускается по ГОСТ 12489-71, ГОСТ 3231-71 или ТУ 2-035-923-83 в соответствии с  разновидностью устройства.

Скачать ГОСТ 12489-71

Скачать ГОСТ 3231-71

Зенкеры подразделяются: По типу закрепления в патроне станка:

• хвостовые;
• насадные.

По особенностям конструкции:

• цельные;
• сборные;
• сварные;
• с твердосплавными пластинами и без них.

По геометрической форме:

• цилиндрические;
• конические;
• обратные.

По направлению ленточек и канавок:

• правого вращения;
• левого вращения.

Цельные хвостовые зенкеры наиболее похожи на свёрла, но отличаются наличием большего количества режущих кромок. В их поперечном сечении насчитывает от 3 до 6 таких острых зубчиков. Для изготовления применяется быстрорежущие инструментальные стали Р9, Р18, а также легированные пластины с повышенной твёрдостью и износоустойчивостью ВК4, ВК6, ВК8, Т15К6. Допустимая скорость резания у моделей с твердосплавными вставками выше, что увеличивает их КПД.

Насадные зенкеры не имеют хвостика и крепятся с помощью оправки, для чего в теле инструмента предусмотрен паз.

В их поперечнике строго 4 зубца. Сама насадка иногда комплектуется съёмными рабочими лезвиями из твёрдых сплавов. Фиксируются резаки клиньями, и могут заменяться по мере надобности.

Конический зенкер похож на бур, рабочая часть инструмента сужается к его концу. Применяется для обработки наклонных круговых поверхностей. Изготовляются из легированной стали и металлокерамики.

Ленточки сверла-зенкера могут быть закручены в разных направлениях, соответственно выделяют профили правого и левого вращения. Зенкеры левого вращения применяются в токарных полуавтоматах, осуществляющих подачу материала с правой стороны. 

Выбор разновидности зенкера напрямую обусловлен размером отверстия в заготовке и её материалом. При диаметре до 12 мм работают цельными зенкерами, начиная от 20 мм – зенкерами-насадками и инструментом со вставными легированными лезвиями. Когда требуется сделать более гладкие и крупные отверстия в станок устанавливаются комбинированные модели, где может быть до восьми острых зубчиков, при этом данные зенкеры опционально комбинируются со сверлами, развертками и другими сверлильно-режущими инструментами.

Отличие зенкерования от смежных операций

Зенкерование сходно с развёртыванием отверстий, режущие кромки инструмента снимают лишний материал со стеноктия, уменьшают шероховатость и увеличивают диаметр. Это получистовая операция, что значит, за ней следует ещё один этап обработки. Развёртывание – финишная процедура. Во время зенкерования устраняются дефекты сверления, штамповки и литья. В процессе можно немного откорректировать привязку, добиться лучшей соосности для будущего соединения. Точность удаётся повысить до 5, а иногда даже до 4-го класса.

При установке режима резания нужно помнить, что толщина удаляемого металла при зенкеровании равна половине припуска для заданного диаметра отверстия. Если сравнивать со сверлением, то подачу можно сделать больше в 1,5-2 раза, а скорость оставить такой же. Конкретные параметры резания рассчитываются по формулам, приводимым в нормативной литературе. 

Так как зенкер обладает большей в сравнении со сверлом жёсткостью, из-за повышенного числа острых выступов, возрастает точность направления движения, а также качество обработки, гладкость и чистота поверхности. Для сравнения сверление даёт шероховатость 20 мкм и квалитеты 11–12, зенкерование – шероховатость 2,5 мкм, квалитеты 9–11, а развёртывание – шероховатость 0,25-1,25 мкм и квалитеты 6–9. Квалитетом называют точность изготовления детали, с увеличением его значения допуски растут, а точность падает. Если технологическим процессом для обработки изделия требуется и зенкерование и развёртка, то они производятся за одну установку и выверку заготовки на станке.

Зенкование и зенкерование нередко путают из-за похожести названий. На самом деле, зенкование имеет совершенно иную цель, и для него используется отличный инструмент, название которому зенковка.

При этом виде обработки создаются углубления для размещения крепежа заподлицо с поверхностью детали. Помимо снятия фасок, зенковку применяют для вырезания углублений конической формы. Ещё одним назначением будет зачистка и обработка выемок перед монтажом крепежа, это делается при помощи плоских или же торцевых зенковок, именуемых ещё цековками, что более грамотно.

 

Наибольшее распространение на рынке получили конические зенковки с рабочими углами в 90 и 120º, которыми создаются углубления, чтобы прятать шляпки болтов и винтов. В металлообрабатывающей промышленности находят своё применение и зенковки с плоским кончиком, служащие для зачистки выемок под крепежные элементы. Устанавливают зенковки в те же станки, что и другой инструмент для обработки отверстий для крепежа.

Как зенкеровать металл правильно

Если мастер-любитель может взять для зенкерования сверло и дрель, то в условиях промышленности для этого могут использовать следующее станки:

• сверлильные;
• токарные;
• расточные;
• фрезерные;
• агрегатные.

Процесс зенкерования проходит в строгом соответствии с технологией, общие моменты в которой можно описать в виде следующих рекомендаций:

• В литых деталях с неравномерным запасом на последующую металлообработку необходимо расточить отверстие на глубину 5–10 мм для правильного направления движения режущего инструмента.
• Для операции зенкерования отверстий оставляется припуск 1–3 мм в зависимости от итогового диаметра.
• Зенкерование стальных изделий не обходится без охлаждения специальными масляными растворами. При работе с чугуном, а также цветметом оно не является обязательным.
• Оптимальный вариант зенкера и режим работы подбирают с учётом необходимого диаметра отверстия, точности обработки, её глубины, металла детали и опций производственного станка.
• Крепление режущего инструмента должно стыковаться с тем слотом, что есть на рабочей станции.
• В случае, когда предполагается чистовая обработка развёрткой, то при зенкеровании часть припуска, от 0,15 до 0,3 мм оставляют для дальнейшей работы.
• Для обработки изделий из закалённых и легированных сталей используют зенкеры с твердосплавными вставками диаметром 14-50 мм и 3-4 зубчиками.
• При обработке цветных металлов и сплавов железа с высоким содержанием углерода в дело идут перовые зенкеры.
• Инструментом из быстрорежущей стали обрабатывают изделия из обычной конструкционной стали. При отверстиях более 40 мм оснастку дополняют насадками с диаметром 32–80 мм.

Несоответствие процесса установленной технологии часто выступает причиной брака. При большом износе инструмента получившееся отверстие будет меньше, чем по проекту. Когда мастер завысил подачу, или на зубья зенкера налипли отходы, чистота обработки может не удовлетворять качеству. Другие дефекты: часть поверхности не обработана, полученный диаметр больше требуемого, являются следствием неправильного выбора зенкера или его неправильной установки.

Развёртывание для обеспечения максимальной точности поверхности

Точность деталей определяется через такие понятия как класс и квалитет. Второе сейчас более употребимо, т. к. даёт более точную информацию о допустимых допусках несоответствия размеров. Между тем система классов всё ещё продолжает жить в профессиональной среде, используется квалифицированными кадрами на производствах.  В отечественном машиностроении применяются только первые 9 классов по точности, и полезно знать каким квалитетам они соответствуют.

Пропущен 6-й класс точности, т. к. он используется крайне редко. Установлен он для неответственных несопрягаемых поверхностей. Система допусков зафиксирована в ГОСТ 11472-69, ГОСТ 7713-62 и других.

Скачать ГОСТ 7713-62

Скачать ГОСТ 11472-69

Максимальная точность получаемых отверстий зависит от способа их обработки и применяемого инструмента. Зенкерование и развёртывание имеют разный показатель максимально возможного квалитета и класса. Обычно эти операции выполняются последовательно одна за другой.

 

Сначала деталь зенкеруют, с боковых поверхностей отверстия удаляется лишний материал, правятся возможные незначительные отклонения его расположения. Главное чего удаётся добиться на этом этапе – уменьшить неровность стенок. Достижимый результат – 4-й класс точности и 11 квалитет.

Далее деталь обрабатывают с помощью развёртки, работа может проводиться на тех же самых станках. Инструмент, так же как и зенкер, сделан из легированной стали и оснащён твёрдыми сплавами, количество зубьев у него увеличено. Развёртка срезает более мелкую стружку, так достигается точность отверстий соответствующая 2–3 классу. Для высокоточных деталей 1-го класса развёртку применяют многократно, существуют и другие доводочные операции.

Зубья у развёрток чаще прямые. Винтовые используются для обработки отверстий с пазами, закручивание профиля инструмента берут противоположным направлению резания, для того чтобы его не затягивало в отверстие. Режущие выпуклости расположены на стержне развёртки неравномерно с тем, чтобы исключить влияние неоднородности металла заготовки. Наличие вкраплений с отличной плотностью изменяет нагрузку на контактирующий зуб, и при отсутствии у них разбежки, на этом месте появиться местное углубление или выпуклость.

По той причине, что развёртка срезает при обработке меньше металла, она не используется для исправления направления отверстия, подобное просто не рационально. Следовательно, перед чистовой операцией развёртывания должна идти более грубая обработка, зенкерование или растачивание. Исключение составляют отверстия до 10 мм диаметром, расточка которых сложна, а зенкеров подходящих габаритов попросту нет, тогда развёртка идёт сразу после сверления и выполняется особо аккуратно. 

Чтобы достичь высоких показателей качества нужно обеспечить чёткую соосность обрабатываемого отверстия и инструмента. Выполнение сразу после зенкерования на том же станке помогает избежать погрешностей при переустановке заготовки в патроне. Детали с отверстиями 2-го класса точности правильно обрабатывать за 2 прохода, первый – черновой развёрткой, второй – чистовой. Величина припуска для первого раза – 2/3 общего значения. Резак для такой менее требовательной процедуры – это отшлифованная и откалиброванная потерявшая размер развёртка.

 

Резюмируя, стоит отметить, что зенкерование – обособленная операция по обработке отверстий в металлических изделиях, отличная от развёртки, и не имеющая практически ничего общего с зенкованием. Главное назначение зенкера – уменьшить шероховатости стенок отверстия и увеличить точность выполнения отверстия. Операция выполняется после сверления, литья или штамповки и предшествует чистовой обработке. Сборный зенкер может совмещаться со сверлом, развёрткой и другими инструментами.  Вал прибора состоит из быстрорежущей стали, а рабочие зубцы, иногда, из твёрдосплавных вставок. Совместимые с этим отделочным сверлом аппараты – фрезеровочный, токарный, расточный и сверлильный.

Выбор конкретного зенкера осуществляется в зависимости от диаметра отверстия, степени обработки и материала заготовки.

Режим работы станка и другие необходимые данные – расчётные величины, которые отображаются в рабочих чертежах изготовляемых деталей. Отступление от этих величин и общей технологии зенкерования является одной из основных причин возникновения производственного брака. В качестве финишной операции зенкерование используется довольно редко, только при пониженных требованиях к точности, при классе ниже 4-го. На рынке продаётся множество зенкеров с разными характеристиками, оптимизированными для работы в разных условиях, под разный металл и диаметры отверстий.