Развертка — это тип вращающегося режущего инструмента, используемого в металлообработке . Прецизионные развертки предназначены для увеличения размера ранее сформированного отверстия на небольшую величину, но с высокой степенью точности, чтобы оставить гладкие стороны. Существуют также непрецизионные развертки, которые используются для более простого увеличения отверстий или для удаления заусенцев . Процесс увеличения отверстия называется развертыванием . Существует много различных типов разверток, и они могут быть предназначены для использования в качестве ручного инструмента или в станке , таком как фрезерный станок или сверлильный станок .
Типичная развертка состоит из набора параллельных прямых или спиральных режущих кромок по длине цилиндрического корпуса. Каждая режущая кромка заточена под небольшим углом и с небольшим поднутрением под режущей кромкой. Развертки должны сочетать как твердость режущих кромок для длительного срока службы, так и прочность, чтобы инструмент не выходил из строя при обычных нагрузках использования. Их следует использовать только для удаления небольшого количества материала. Это обеспечивает длительный срок службы развертки и превосходную отделку отверстия.
Спираль может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от использования. Например, коническая ручная развертка со спиралью по часовой стрелке будет стремиться к самоподачи при использовании, что может привести к заклиниванию и последующей поломке. Поэтому предпочтительнее спираль против часовой стрелки, даже если развертка все еще вращается по часовой стрелке.
Для производственных станков тип хвостовика обычно один из следующих: стандартный конус (например , Morse или Brown & Sharpe ), прямой круглый хвостовик для зажима цангой или прямой круглый хвостовик с лыской для установочного винта для зажима цельным держателем инструмента. Для ручных инструментов конец хвостовика обычно представляет собой квадратный привод, предназначенный для использования с тем же типом ключа , который используется для поворота метчика для нарезания резьбы .
Геометрия отверстия, просверленного в металле спиральным сверлом, может быть недостаточно точной (достаточно близкой к истинному цилиндру определенного точного диаметра) и может не иметь требуемой гладкой поверхности для определенных инженерных применений. Хотя современные спиральные сверла могут отлично работать во многих случаях — обычно производя достаточно точные отверстия для большинства применений — иногда строгость требований к геометрии отверстия и отделке требует двух операций: сверления до небольшого размера с последующим развертыванием разверткой. Планируемая разница между диаметром сверла и диаметром развертки называется припуском . (Она позволяет удалить определенное небольшое количество материала.) Припуск должен быть < 0,2 мм (.008 дюйма) для мягких материалов и < 0,13 мм (.005 дюйма) для твердых материалов. Большие припуски могут повредить развертку. Просверленное отверстие не должно быть увеличено более чем на 5% от просверленного диаметра. Сверление с последующим развертыванием обычно обеспечивает геометрию отверстия и отделку, максимально приближенную к теоретическому совершенству. (Другими методами создания отверстий, которые при определенных условиях приближаются к совершенству, являются расточка [особенно одноточечная расточка] и внутреннее круглое шлифование .)
Развертки патронного типа, или машинные развертки, являются наиболее распространенным типом разверток, используемых в токарных станках, сверлильных станках и винтовых станках, которые обеспечивают гладкую отделку отверстия. Они выпускаются с различными канавками и насечками (например, правосторонняя резка, левосторонняя спираль, прямая канавка), а также с различными типами хвостовиков. Развертки патронного типа могут быть изготовлены с прямым хвостовиком или хвостовиком с конусом Морзе. [2]
Регулируемая ручная развертка может охватывать небольшой диапазон размеров. Они, как правило, обозначаются буквой, которая соответствует диапазону размеров. Одноразовые лезвия скользят по конической канавке. Затягивание и ослабление ограничительных гаек на каждом конце изменяет размер, который может быть разрезан. Отсутствие какой-либо спирали в канавках ограничивает их легкое использование (минимальное удаление материала за настройку), поскольку они имеют тенденцию к вибрированию . Они также ограничены использованием в сплошных отверстиях. Если отверстие имеет осевой разрез вдоль него, например, разрезная втулка или зажимное отверстие, каждый прямой зуб, в свою очередь, будет падать в зазор, заставляя другие зубья отходить от своего положения резки. Это также приводит к появлению следов вибрации и сводит на нет цель использования развертки для определения размера отверстия.
Прямая развертка используется для незначительного расширения отверстия. Входной конец развертки будет иметь небольшую конусность, длина которой будет зависеть от ее типа. Это создает самоцентрирующее действие при входе в необработанное отверстие. Большая часть длины будет иметь постоянный диаметр.
Развернутые отверстия используются для создания отверстий точной округлости и размера, например, с допусками -0/+0,02 мм (.0008") Это позволит производить силовую посадку установочных штифтов, которые не нужно удерживать в корпусе, удерживая их. Другие отверстия, рассверленные немного больше в других частях, будут точно соответствовать этим штифтам, но не настолько плотно, чтобы затруднить разборку. Этот тип выравнивания распространен при соединении разделенных половин картера, таких как используемые в мотоциклетных двигателях и двигателях оппозитного типа. После соединения половин собранный корпус затем может быть рассверлен по линии (с использованием того, что по сути является разверткой большого диаметра), а затем разобран для установки подшипников и других деталей. Использование развернутых отверстий под штифты типично для любой конструкции машины, где любые две установочные детали должны быть точно расположены и состыкованы друг с другом - обычно, как указано выше, с точностью до 0,02 мм или менее .001".
Другое применение рассверленных отверстий — получение специального болта с нерезьбовым плечом, также называемого плечевым болтом. Этот тип болта обычно используется для замены заклепок с горячей накаткой во время сейсмической модернизации конструкций.
Ручная развертка имеет более длинный конус или заход спереди, чем машинная развертка. Это компенсирует сложность начала сверления отверстия только вручную. Это также позволяет развертке начинать прямо и снижает риск поломки. Канавки могут быть прямыми или спиральными.
Машинная развертка имеет только очень небольшой заход. Поскольку развертка и заготовка предварительно выровнены машиной, нет риска отклонения от курса. Кроме того, постоянное усилие резания, которое может быть приложено машиной, гарантирует, что она начнет резку немедленно. Спиральные канавки имеют преимущество в том, что они автоматически очищают стружку, но также доступны с прямыми канавками, поскольку количество стружки, образующейся во время операции развертывания, должно быть очень небольшим.
Развертка-розетка не имеет рельефа на периферии и смещена передним конусом для предотвращения заедания. Они вторично используются как размягчающие развертки.
Насадные развертки предназначены для рассверливания отверстий в подшипниках и других подобных изделиях. Они имеют канавки почти по всей длине.
Прецизионная коническая развертка используется для создания конического отверстия, в которое впоследствии вставляется конический штифт. Конический штифт представляет собой самозатягивающееся устройство из-за малого угла конуса. Они могут быть вбиты в коническое отверстие таким образом, что удаление может быть выполнено только с помощью молотка и пробойника . Они имеют размер по порядку номеров (например, развертка № 4 будет использовать конические штифты № 4). Такие прецизионные соединения используются при сборке самолетов и часто используются для соединения двух или более секций крыла, используемых в планере . Их можно повторно развертывать один или несколько раз в течение срока службы самолета, при этом предыдущий штифт заменяется соответствующим увеличенным штифтом.
Развертка с конусом Морзе используется вручную для чистовой обработки втулок с конусом Морзе. Эти втулки представляют собой инструмент, используемый для удержания режущих инструментов или держателей в шпинделях таких станков, как сверлильный или фрезерный станок. Показанная развертка является чистовой разверткой. Черновая развертка имеет насечки вдоль канавок для дробления более толстой стружки, образующейся при более интенсивном резании, используемом для нее.
Комбинированная развертка имеет две или более режущих поверхностей. Комбинированная развертка прецизионно шлифуется в шаблон, который напоминает несколько внутренних диаметров детали. Преимущество использования комбинированной развертки заключается в уменьшении количества операций револьверной головки, при этом более точно выдерживая глубину, внутренний диаметр и концентричность. Комбинированные развертки в основном используются в токарно-винторезных станках или токарных станках второй операции , а не в станках с числовым программным управлением ( ЧПУ ), поскольку G-код можно легко сгенерировать для профилирования внутренних диаметров.
Комбинированные развертки могут быть изготовлены из кобальта, карбида или быстрорежущей стали . При использовании комбинированных разверток для рассверливания больших внутренних диаметров, изготовленных из материала с более низкой поверхностной скоростью в футах в минуту , карбидные наконечники могут быть припаяны к конфигурированной заготовке сверла для создания развертки. Твердый сплав требует дополнительной осторожности, поскольку он очень хрупкий и будет скалываться при возникновении вибрации. Обычно используют сверло или комбинированное сверло для удаления основной массы материала, чтобы уменьшить износ или риск отрыва детали на комбинированной развертке.
Конусная развертка может использоваться для очистки заусенцев из просверленного отверстия или для расширения отверстия. Корпус инструмента сужается к точке. Этот тип развертки состоит из корпуса, который, как правило, имеет диаметр до 1/2 дюйма, с поперечной частью стержня на большом конце, которая образует ручку. Она особенно полезна для работы с более мягкими металлами, такими как алюминий, медь и мягкая сталь. Другое ее название — «развертка для обслуживания», что указывает на ее использование в различных задачах по удалению заусенцев и расширению, часто встречающихся в работе MRO . Похожий инструмент можно увидеть на некоторых швейцарских армейских ножах , таких как модель электрика, для использования на кабелепроводе.
Для достижения высокоточных и постоянных диаметров с помощью развертки необходимо учитывать переменные процесса, которые могут влиять на общее качество рассверливаемого отверстия. Необходимо учитывать такие переменные, как материал развертки, конструкция развертки, рассверливаемый материал, температура на рассверливаемой поверхности, скорость развертки, движение машины или оператора и т. д. Контролируя эти переменные в максимально возможной степени, процесс рассверливания может легко производить высокоточные и постоянные по размеру отверстия.
Развертки не следует переворачивать во время использования, так как это может привести к затуплению режущих кромок. [3]
Окончательный размер отверстия, который достигается разверткой, впоследствии зависит от процесса развертывания, используемого в сочетании с конструкцией развертки и используемыми материалами. Были проведены исследования, которые продемонстрировали эффект использования охлаждающей жидкости во время развертывания. [4] Было показано, что непрерывное использование потока охлаждающей жидкости во время процесса развертывания последовательно (в 75% случаев) приводит к размерам отверстий, которые на 0,0001 дюйма (0,0025 мм) больше, чем сама развертка, с разбросом процесса +/- 0,0002 дюйма в остальное время. Аналогично, использование полумокрого процесса развертывания часто приводит к размерам отверстий, которые на 0,0004 дюйма больше, чем сама развертка, примерно в 60% случаев, с разбросом процесса 0,0006 дюйма, благоприятствующим увеличению размера. Сухое развертывание не следует рекомендовать из-за его низкого уровня повторяемости (20%) по размеру и широкого разброса размеров процесса, превышающих размер развертки на 0,0012 дюйма (0,030 мм).
При правильном проектировании и использовании развертки могут прослужить до 30 000 отверстий. [5] Правильно контролируемый процесс также способен поддерживать постоянный размер по всей длине отверстия, сводя к минимуму эффект песочных часов. Развернутые отверстия обычно могут иметь чистовую обработку поверхности от 10 до 25 мкдюймов (от 250 до 640 нм) Ra .
Обычно рассверливание выполняется с помощью сверлильного станка. Однако токарные станки, обрабатывающие центры и аналогичные машины также могут использоваться. Заготовка прочно удерживается на месте с помощью тисков, патрона или приспособления, пока рассверливатель продвигается. [6]
Как и другие режущие инструменты, для изготовления разверток используются две категории материалов: термообработанные и твердые. Термообработанные материалы состоят из различных сталей, в первую очередь из чистого углерода (нелегированного, считающегося сегодня устаревшим) и быстрорежущей стали. Наиболее распространенным твердым материалом является карбид вольфрама (цельный или с наконечником), но также существуют развертки с кромками из кубического нитрида бора (CBN) или алмаза. [6]
Главное различие между этими двумя категориями заключается в том, что твердые материалы обычно не подвержены воздействию тепла, выделяемого в процессе обработки, и даже могут извлечь из этого пользу. Недостатком является то, что они обычно очень хрупкие, требующие слегка тупых режущих кромок, чтобы избежать трещин. Это увеличивает силы, задействованные при обработке, и по этой причине твердые материалы обычно не рекомендуются для легкого машиностроения. С другой стороны, термообработанные материалы обычно намного прочнее и без проблем удерживают острую кромку без сколов в менее благоприятных условиях (например, при вибрации). Это делает их подходящими для ручных инструментов и легких машин. [6]
Алюминий и латунь являются типичными заготовками с хорошими и отличными оценками обрабатываемости. Чугун, мягкая сталь и пластик имеют хорошие оценки. Нержавеющая сталь имеет плохую оценку из-за своей прочности и склонности к наклепу при обработке. [6]
В процессе развертывания трение приводит к нагреванию детали и инструмента. Правильная смазка охлаждает инструмент, что увеличивает срок его службы. Еще одним преимуществом смазки является более высокая скорость резания. Это сокращает время производства. Смазка также удаляет стружку и способствует лучшей отделке заготовки. Для смазки используются минеральные масла, синтетические масла и водорастворимые масла, которые наносятся путем заливки или распыления. В случае некоторых материалов для охлаждения заготовки требуется только холодный воздух. Это осуществляется воздушной струей [6] или вихревой трубкой. [7]
Национальные и международные стандарты используются для стандартизации определений и классификаций, используемых для разверток (либо на основе конструкции, либо на основе метода удержания или забивания). Выбор стандарта, который будет использоваться, является соглашением между поставщиком и пользователем и имеет некоторое значение при проектировании развертки. В Соединенных Штатах ASME разработал стандарт B94.2, который устанавливает требования и методы для указания классификации разверток. [8]
