Растачивание это

Что такое растачивание и его отличия от других методов

Растачивание представляет собой процесс механической обработки, при котором режущий инструмент (расточный резец) удаляет материал с внутренней поверхности предварительно выполненного отверстия. В отличие от сверления, которое создает отверстие в сплошном материале, растачивание увеличивает диаметр уже существующего отверстия и улучшает его геометрические параметры.

Технология применяется для обработки отверстий, полученных сверлением, литьем, ковкой или штамповкой. Диапазон обрабатываемых диаметров варьируется от нескольких миллиметров на токарно-винторезных станках до нескольких метров на токарно-карусельных и расточных станках.

Основные преимущества растачивания

Метод обеспечивает лучшую прямолинейность оси отверстия и более высокую точность размеров по сравнению со сверлением и зенкерованием. Растачивание позволяет корректировать положение оси отверстия относительно базовых поверхностей детали, что критически важно для обеспечения соосности в сложных узлах. При этом производительность ниже, чем при сверлении, но выше точность геометрических параметров.

Виды расточных станков и оборудование

Для выполнения растачивания используются различные типы металлорежущих станков, каждый из которых предназначен для определенного класса задач. Выбор оборудования зависит от размеров заготовки, требуемой точности и серийности производства.

Токарные станки для растачивания

Токарно-винторезные и токарно-револьверные станки применяются для растачивания отверстий диаметром от 10 до 200 мм при единичном и мелкосерийном производстве. Заготовка закрепляется в патроне и вращается, а расточный резец совершает продольную подачу. Такая схема обеспечивает точность IT7-IT9 и производительность, достаточную для большинства задач машиностроения.

Горизонтально-расточные станки

Горизонтально-расточные станки (ГРС) предназначены для обработки крупных корпусных деталей весом до нескольких тонн. Шпиндель расположен горизонтально, что обеспечивает эффективное удаление стружки и возможность установки длинных борштанг с задней опорой. Станки выполняют не только растачивание, но и сверление, зенкерование, фрезерование торцов и нарезание резьбы.

По диаметру шпинделя ГРС классифицируются на легкие (до 110 мм), средние (до 220 мм) и крупные (до 320 мм). Современные модели оснащаются системами ЧПУ, что позволяет выполнять комплексную обработку детали за один установ с точностью позиционирования до 0,01 мм.

Координатно-расточные станки

Координатно-расточные станки обеспечивают наивысшую точность взаимного расположения отверстий. Шпиндель установлен вертикально, а стол перемещается по двум координатам с точностью до 0,003 мм. Такое оборудование применяется для изготовления кондукторов, штампов, точных корпусных деталей в инструментальном производстве и мелкосерийном машиностроении.

Алмазно-расточные станки

Алмазно-расточные станки используются для финишной обработки цилиндров двигателей, шатунов, втулок и других деталей, требующих высокого качества поверхности. Алмазный инструмент обеспечивает шероховатость до Ra 0,16 мкм и точность IT6-IT7, что особенно важно в автомобильной и авиационной промышленности.

Расточный инструмент и оснастка

Качество растачивания во многом определяется правильным выбором режущего инструмента. Расточные резцы имеют специфическую конструкцию, учитывающую условия работы внутри отверстия с ограниченным доступом для отвода стружки и подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Конструкция расточных резцов

Расточные резцы делятся на цельные и державочные. Цельные резцы применяются для обработки отверстий глубиной до трех диаметров при размерах до 30 мм. Они имеют круглое сечение для малых диаметров (до 10 мм) или прямоугольное для отверстий 40-60 мм.

Державочные резцы используются для глубоких отверстий диаметром свыше 30 мм. Консольная часть выполняется круглой для обеспечения жесткости, а квадратный стержень (12×12, 16×16, 20×20, 25×25 мм) служит для крепления режущей пластины. Для повышения виброустойчивости режущая кромка располагается на оси стержня.

Материалы режущей части

Современные расточные резцы оснащаются сменными многогранными пластинами из твердого сплава (ВК6, ВК8, Т15К6) или быстрорежущей стали (Р18, Р6М5). Твердосплавные пластины позволяют работать на скоростях в 3-5 раз выше, чем быстрорежущие, и обладают повышенной стойкостью. Механическое крепление пластин обеспечивает быструю замену без переточки.

Борштанги и оправки

Для растачивания длинных соосных отверстий применяются борштанги — длинные валы с закрепленными резцами, один конец которых устанавливается в шпиндель станка, а второй поддерживается задней стойкой или люнетом. Такая схема повышает жесткость системы и снижает вибрации при обработке отверстий с отношением длины к диаметру более пяти.

Режимы обработки при растачивании

Режимы резания при растачивании определяются тремя основными параметрами: глубиной резания, подачей и скоростью резания. Правильный выбор этих параметров обеспечивает оптимальное сочетание производительности, качества обработки и стойкости инструмента.

Глубина резания

Глубина резания рассчитывается как половина разности между диаметром обработанного отверстия и диаметром заготовки: t = (D - D₀) / 2. При черновом растачивании глубина составляет 1-3 мм, при получистовом 0,5-1,5 мм, при чистовом 0,2-0,8 мм. Для неперетачиваемых пластин глубина резания не должна превышать одной трети ширины пластины.

Подача

Подача определяет перемещение резца за один оборот заготовки и измеряется в мм/об. Значения подбираются исходя из требуемой шероховатости, жесткости системы и прочности режущей кромки. При черновом растачивании стали твердосплавными резцами применяют подачи 0,1-0,3 мм/об, при чистовом 0,05-0,15 мм/об, при тонком до 0,05 мм/об.

Скорость резания

Скорость резания оказывает наибольшее влияние на стойкость инструмента и производительность. Для резцов из быстрорежущей стали при черновом растачивании конструкционной стали применяются скорости 25-40 м/мин, при чистовом 40-60 м/мин. Твердосплавные резцы позволяют увеличить скорость в 2-4 раза: 80-120 м/мин для чернового и 150-200 м/мин для чистового растачивания.

При обработке жаропрочных сталей и титановых сплавов скорости снижаются на 40-60% из-за повышенной твердости материала. Для алюминиевых сплавов, напротив, применяются скорости 200-400 м/мин, что обеспечивает высокую производительность.

Точность и качество обработанной поверхности

Растачивание обеспечивает широкий диапазон точности в зависимости от вида обработки, оборудования и инструмента. Точность количественно оценивается по системе квалитетов согласно ГОСТ 25346-2013, где меньший номер квалитета соответствует более высокой точности.

Достижимые квалитеты точности

При черновом растачивании на токарных станках обеспечивается точность IT9-IT11, что соответствует допуску 0,05-0,1 мм для отверстий диаметром 50-80 мм. Чистовое растачивание позволяет достичь IT7-IT8 с допуском 0,02-0,03 мм. Прецизионное растачивание на координатно-расточных станках или алмазное растачивание обеспечивают IT6-IT7 с допуском 0,01-0,02 мм.

Шероховатость поверхности

Шероховатость обработанной поверхности регламентируется ГОСТ 2789-73 с изменениями 2017 года. Черновое растачивание обеспечивает шероховатость Ra 2,5-1,6 мкм, чистовое Ra 1,6-0,63 мкм, тонкое и алмазное Ra 0,63-0,16 мкм. Для сравнения, развертывание после растачивания позволяет достичь Ra 0,16-0,08 мкм.

Растачивание глухих отверстий

Растачивание глухих отверстий имеет особенности, связанные с ограниченным доступом инструмента и сложностью удаления стружки. Для таких операций применяются специальные резцы с наклонным креплением пластины или проходные резцы упорного типа при небольшой глубине отверстия.

Специфика обработки

При растачивании глухих отверстий резец закрепляется в окне концевой оправки так, чтобы режущая кромка выступала за торец оправки. Это позволяет обрабатывать дно отверстия, но требует осторожности для предотвращения поломки инструмента. За 5 мм до дна рекомендуется снижать подачу, а заключительный участок проходить вручную или на минимальной автоматической подаче.

Удаление стружки из глухого отверстия затруднено, поэтому применяют пониженные режимы резания, стружколомающие канавки на пластинах и обильную подачу смазочно-охлаждающей жидкости. Периодически необходимо выводить инструмент для очистки отверстия от накопившейся стружки.

Обработка ступенчатых отверстий

Ступенчатые глухие отверстия растачивают поэтапно, начиная с большего диаметра. Для каждой ступени устанавливают отдельный резец или применяют резцы с несколькими режущими кромками. При использовании шпиндельного упора обеспечивается постоянное продольное положение заготовки, что повышает точность размеров и межосевых расстояний.

Применение растачивания в промышленности

Растачивание находит широкое применение в различных отраслях машиностроения благодаря универсальности метода и способности обеспечивать высокую точность при обработке сложных деталей.

Автомобильная промышленность

В автомобилестроении растачивание применяется для обработки цилиндров блоков двигателей, восстановления изношенных посадочных отверстий под подшипники в корпусных деталях, изготовления втулок и шатунов. Алмазное растачивание цилиндров обеспечивает заданную геометрию и хонинговальное качество поверхности, что критично для работы поршневой группы.

Энергетическое машиностроение

При производстве турбин, насосов, компрессоров растачивание используется для обработки корпусных деталей больших размеров. Горизонтально-расточные станки позволяют за один установ выполнить растачивание нескольких соосных отверстий диаметром до 2000 мм с высокой точностью взаимного расположения осей.

Станкостроение и инструментальное производство

Координатно-расточные станки незаменимы при изготовлении кондукторов, штампов, приспособлений, где требуется точное соблюдение координат отверстий с погрешностью не более 0,005-0,01 мм. Растачивание обеспечивает базирование деталей и высокую повторяемость размеров в условиях мелкосерийного производства.

Ремонтные работы

Восстановительное растачивание применяется для исправления изношенных или деформированных отверстий в корпусных деталях, блоках цилиндров, станинах станков. Для восстановления размеров на изношенную поверхность предварительно наплавляется металл, после чего выполняется растачивание под ремонтный размер. В автомобильной практике блоки цилиндров растачивают под ремонтные поршни увеличенного диаметра.

Преимущества и ограничения метода

Основные преимущества

Растачивание обладает рядом неоспоримых достоинств. Метод обеспечивает высокую точность диаметральных размеров и формы отверстия, позволяет исправлять положение оси относительно базовых поверхностей, применим для широкого диапазона диаметров от миллиметров до метров. Универсальность оборудования дает возможность совмещать растачивание с другими операциями за один установ, что снижает погрешности базирования.

Важным преимуществом является возможность обработки прерывистых поверхностей, отверстий с канавками, выточками и фасками. Современные станки с ЧПУ позволяют автоматизировать процесс и обрабатывать сложные профили с высокой повторяемостью.

Ограничения метода

К недостаткам растачивания относится пониженная производительность по сравнению со сверлением и зенкерованием, что связано с меньшими режимами резания из-за ограниченной жесткости консольного инструмента. Шероховатость поверхности уступает развертыванию, поэтому для достижения наивысшего качества требуется дополнительная финишная обработка.

При растачивании глубоких отверстий возникают сложности с отводом стружки и подачей СОЖ, что снижает стойкость инструмента. Вибрации борштанги при отношении длины к диаметру более 5:1 приводят к потере точности и ухудшению качества поверхности. Необходимость использования задней опоры или люнета усложняет наладку станка.