Как уменьшить отверстие в металле

Металлические изделия по сравнению с деталями из других материалов обладают повышенной твердостью и прочностью, поэтому для успешной работы с ними требуется соблюдение технологического процесса и применение качественного режущего инструмента.

Инструменты для сверлильных работ по металлу:

• Электрическая или ручная дрель;
• Спиральное сверло;
• Кернер;
• Молоток;
• Защитные очки.

Сверла по металлу подбирают, исходя из диаметров отверстий и свойств обрабатываемого материала. Как правило, они изготовляются из быстрорежущих сталей, таких как Р6М5К5, Р6М5, Р4М2. Твердосплавные сверла используют для работы с чугуном, углеродистыми и легированными закаленными сталями, нержавейкой, а также другими труднообрабатываемыми материалами.

Мощность электродрели должна быть рассчитана на то, чтобы просверлить отверстие требуемого диаметра. Производители электроинструмента указывают соответствующие технические характеристики на изделии. Например, для дрелей мощностью 500…700 Вт максимальный диаметр сверления по металлу составляет 10…13 мм.

Различают глухие, неполные, а также сквозные отверстия. Они могут применяться для соединения деталей между собой посредством болтов, шпилек, штифтов и заклепок. Если отверстие сверлится с целью нарезания резьбы, стоит обратить особое внимание на выбор диаметра сверла. По причине его биения в патроне происходит разбивка отверстия, которую нужно учитывать. Ориентировочные данные представлены в таблице.

Чтобы уменьшить разбивку, сверление выполняют в два этапа: сначала сверлом меньшого диаметра, а затем основным. Этот же метод последовательного рассверливания применяют, когда необходимо сделать отверстие большого диаметра.

Как правильно сверлить металл дрелью

Особенность сверления металла дрелью заключается в том, что необходимо вручную удерживать инструмент, придавать ему правильное положение, а также обеспечивать требуемую скорость резания.

После разметки обрабатываемой детали следует накернить центр будущего отверстия. Это предотвратит смещение сверла от заданной точки. Для удобства работы заготовку следует зажать в слесарных тисках или положить на подставку так, чтобы она заняла устойчивое положение. Сверло устанавливается строго перпендикулярно поверхности, которую нужно просверлить. Это важно, чтобы избежать его поломки.

При сверлении металла на дрель не нужно оказывать большого давления. Наоборот, оно должно уменьшаться по мере продвижения. Это предотвратит поломку сверла, а также уменьшит образование заусенцев на выходной кромке сквозного отверстия. Следует следить за удалением стружки. Если произошло заедание режущего инструмента, его освобождают, предав обратное вращение.

Выбор режима резания

Когда используется инструмент из быстрорежущей стали, можно ориентироваться на частоту вращения согласно данным таблицы. При работе с твердосплавными сверлами допустимые значения в 1,5…2 раза выше.

Сверление металлических изделий нужно вести с охлаждением. Если его не использовать, велика вероятность потери инструментом режущих свойств из-за перегрева. Чистота поверхности отверстия при этом будет достаточно низкой. В качестве охлаждающей жидкости для твердых сталей обычно используют эмульсию. В домашних условиях подойдет машинное масло. Чугун и цветные металлы можно сверлить без охлаждающей жидкости.

Особенности сверления глубоких отверстий

Отверстия считаются глубокими, если их размер больше пяти диаметров сверла. Особенность работы здесь заключатся в трудностях, связанных с охлаждением и удалением стружки. Длина режущей части инструмента должна быть больше глубины отверстия. В противном случае тело детали перекроет винтовые канавки, по которым удаляется стружка, а также поступает жидкость для охлаждения и смазки.

Сначала отверстие сверлится жестким коротким сверлом на небольшую глубину. Эта операция необходима для задания направления и центрирования основного инструмента. После этого делают отверстие необходимой длины. По мере продвижения нужно время от времени извлекать металлическую стружку. Для этой цели используют охлаждающую жидкость, крючки, магниты или переворачивают деталь.

Владельцы патента RU 2543576:

Способ уменьшения диаметра отверстия (2) в стенке детали включает сплющивание стенки детали на входе отверстия (2) по периметру (3) при помощи инструмента, контактный конец которого имеет сферическую форму или форму усеченного конуса. Стенку детали выполняют из жаропрочного материала. Предложен также способ коррекции проницаемости детали (9, 10), содержащей множество отверстий (2) для прохождения газообразной текучей среды. Способ содержит также этапы идентификации по меньшей мере одного отверстия (2), диаметр (D_r) которого превышает заранее определенный верхний предел (D_max), и уменьшения упомянутого избыточного диаметра (D_r) посредством сплющивания отверстия (2) по периметру. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение касается способа уменьшения диаметра отверстия.

Выполнение отверстий, в частности, посредством механической обработки создает особые проблемы допуска. Если недостаточный диаметр можно откорректировать, прибегнув к повторной механической обработке детали, то снятый материал невозможно восстановить, когда диаметр отверстия достиг слишком большого значения. Поэтому такие детали обычно не сохраняют и выбраковывают, что ведет к увеличению расходов.

Изобретение согласно настоящей заявке прежде всего призвано предложить способ уменьшения диаметра отверстия, позволяющий восстанавливать детали, в которых диаметр, по меньшей мере, одного отверстия превысил предписанные допуски.

Способ в соответствии с настоящим изобретением содержит этап сплющивания периметра отверстия. При сплющивании периметра отверстия часть материала периметра выталкивается внутрь отверстия, уменьшая, таким образом, его диаметр.

Предпочтительно упомянутое сплющивание можно производить при помощи инструмента, центрованного по отверстию. За счет этого можно достичь равномерного уменьшения диаметра по всему периметру отверстия, сохраняя, таким образом, первоначальную форму отверстия.

Предпочтительно контактный конец упомянутого инструмента может содержать шарик по существу сферической формы. Использование такого шарика для сплющивания обеспечивает значительное уменьшение диаметра отверстия при минимальном воздействии на поверхность, контактирующую с шариком по периметру отверстия.

Вместе с тем контактный конец упомянутого инструмента может иметь и другие формы, например по существу форму усеченного конуса.

Предпочтительно упомянутый периметр отверстия может быть металлическим. Металлический материал обладает некоторой ковкостью, что в некоторых пределах обеспечивает пластическую деформацию периметра отверстия.

В частности, упомянутый периметр отверстия может быть выполнен из жаропрочного материала, например, такого как сплав на основе никеля, такой как Inconel® 718 или Hastelloy® X, или сплав на основе кобальта, такой как MAR M 509, или сплав на основе никеля-железа. Такие жаропрочные сплавы являются дорогими и тяжело поддаются механической обработке. Поэтому степень выбраковки является высокой, что приводит к большим затратам. В связи с этим еще больший интерес представляет применение способа в соответствии с настоящим изобретением для деталей из жаропрочного сплава.

Проблема малых допусков для диаметра отверстий встает особенно остро в случае деталей, содержащих множество отверстий небольшого диаметра для прохождения газообразной текучей среды. Такие детали, как правило, должны обеспечивать определенную проницаемость для упомянутой газообразной текучей среды. Если слишком низкую проницаемость можно скорректировать посредством расширения отверстий для прохождения газа, то слишком большую проницаемость исправить практически невозможно, что обычно приводит к выбраковке деталей.

Второй задачей настоящего изобретения является разработка способа коррекции проницаемости детали, содержащей множество отверстий для прохождения газообразной текучей среды.

Способ коррекции проницаемости в соответствии с настоящим изобретением содержит этапы идентификации, по меньшей мере, одного отверстия, диаметр которого превышает заранее определенный верхний передел, и уменьшения этого диаметра при помощи вышеупомянутого способа уменьшения диаметра.

Предпочтительно упомянутый способ коррекции может дополнительно содержать предварительный этап контроля проницаемости детали. Таким образом, проницаемость корректируют только при превышении заранее определенного максимального порога.

Упомянутые отверстия могут быть охлаждающими отверстиями. Как правило, такие отверстия имеют небольшой диаметр, а также отличаются ограниченными допусками изготовления. Кроме того, чтобы поддерживать на детали некоторый температурный профиль, эти отверстия распределены на ней с очень строгим соблюдением условий расположения. Поэтому, как правило, чрезмерную проницаемость такой детали невозможно исправить посредством простого закупоривания некоторых из охлаждающих отверстий.

Еще одной задачей настоящего изобретения является ограничение выбраковки и снижение стоимости изготовления газовых турбин, в том числе для турбореактивных двигателей, турбовинтовых двигателей, газотурбинных двигателей и т.д. Упомянутая деталь может быть деталью горячей секции и/или камеры сгорания, например котелком камеры сгорания или дном камеры сгорания.

Более подробное описание изобретения представлено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 — схематичный вид отверстия до применения способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 2 — схематичный вид этапа сплющивания периметра отверстия, показанного на фиг. 1, в рамках способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 3 — схематичный вид отверстия, показанного на фиг. 1, после применения способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 4а — вид сплющивающего инструмента для применения способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 4b — вид альтернативного сплющивающего инструмента для применения способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 5 — вид в разрезе камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащей два охлаждающих отверстия, которые можно обрабатывать при помощи способа уменьшения диаметра согласно варианту выполнения изобретения.

Показанная на фиг. 1 стенка 1 содержит отверстие 2, реальный диаметр D_r которого превышает почти на 10% необходимый максимальный диаметр D_max. В показанном на фиг. 2 варианте выполнения способа уменьшения диаметра в соответствии с настоящим изобретением периметр 3 отверстия 2 сплющивают при помощи инструмента 6, содержащего на контактном конце 7 шарик 4 по существу большего диаметра, например, в 5-10 раз превышающего диаметр D_r отверстия 1. Этот инструмент 6 показан на фиг. 4а. Во время сплющивания, показанного на фиг. 2, шарик 4 центруют по оси отверстия 2. Чтобы избежать деформации прогиба стенки 1 ее располагают на опоре. Таким образом, давление со стороны шарика 4 приводит к пластической деформации входного периметра 3 отверстия 2, которая заставляет материал продвигаться внутрь отверстия 2. Таким образом, образуется направленный внутрь буртик. После завершения сплющивания, как показано на фиг. 3, диаметр отверстия 2 на уровне его входного периметра уменьшился и имеет значение, меньшее необходимого максимального диаметра D_max. В то же время механические и термические свойства стенки 1 практически не изменились, поэтому стенку 1 можно использовать по ее назначению.

Хотя на этапе сплющивания, показанном на фиг. 2, сплющивающий инструмент 6 заканчивается сферическим или по существу сферическим шариком 4, можно предусмотреть и другие формы. Инструмент 6 может заканчиваться усеченным конусным контактным концом 7, как показано на фиг. 4b. Предпочтительно угол конусности α должен быть больше 120°. В частности, он должен превышать 150°.

Хотя в представленном варианте выполнения инструмент 6 направляют по оси отверстия 2, способ в соответствии с настоящим изобретением можно также применять для отверстий, образующих угол с направлением давления сплющивания. Этот угол может быть равен 30°, или может быть меньше 30°, и предпочтительно является меньшим 20°.

Способ в соответствии с настоящим изобретением представляет особый интерес для коррекции избыточной проницаемости на деталях, содержащих отверстия для охлаждения за счет прохождения газообразной текучей среды, такой как воздух. В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением можно применять для коррекции избыточной проницаемости на деталях горячей секции газотурбинного двигателя, например, таких как котелок, тонкая стенка или дно камеры сгорания. На фиг. 5 показана часть камеры 8 сгорания горячей секции газотурбинного двигателя. Эта камера 8 сгорания содержит котелок 9 и тонкую стенку 10, содержащие охлаждающие отверстия 2. Такие детали горячей секции газотурбинного двигателя, как правило, выполняют из жаропрочного сплава, такого как Inconel® 718 или Hastelloy® X, или MAR M 509. Отверстия 2 выполняют с использованием известных технологий обработки, таких как лазерная обработка. После обработки обычно трудно скорректировать избыточную проницаемость. Способ в соответствии с настоящим изобретением можно применить для коррекции избыточной проницаемости этих деталей посредством уменьшения диаметра на некоторых из охлаждающих отверстий 2.

Для этого на первом этапе контролируют проницаемость детали 8 или 9. Если она превышает максимальный порог, отверстия 2 замеряют индивидуально, чтобы определить, какие из них превышают максимальный диаметр D_max. Затем такие отверстия 2 обрабатывают с применением описанного выше способа уменьшения диаметра, чтобы уменьшить проницаемость детали и для соответствия интервалу допуска.

Жаропрочные сплавы, применяемые в таких деталях, обладают также повышенной твердостью. Поэтому обычно необходимо прикладывать большие усилия сплющивания. Ниже в таблице 1 представлены примеры сплющивания таких отверстий в стенках из жаропрочного сплава:

Таким образом, благодаря способу в соответствии с настоящим изобретением можно сохранять детали, которые в ином случае пришлось бы выбраковывать.

Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры выполнения, разумеется, в эти примеры можно вносить различные изменения, не выходя за рамки изобретения, определенные в формуле изобретения. Следовательно, описание и чертежи следует рассматривать только в качестве иллюстрации.

Способ уменьшения диаметра отверстия (2) в стенке детали, отличающийся тем, что он содержит этап, на котором сплющивают стенку детали на входе отверстия (2) по периметру (3) при помощи инструмента, контактный конец которого имеет сферическую или по существу сферическую форму, или форму усеченного конуса, причем деталь по периметру (3) отверстия (2) выполнена из жаропрочного материала.

2. Способ по п.1, в котором упомянутое сплющивание производят при помощи инструмента (6), центрованного по отверстию (2).

3. Способ по п.2, в котором контактный конец (7) упомянутого инструмента (6) содержит шарик (4).

4. Способ по п.1, в котором деталь по упомянутому периметру (3) отверстия (2) выполнена металлической.

5. Способ по п.1, в котором диаметр отверстия (2) составляет 0,5-3 мм.

6. Способ коррекции проницаемости детали (9, 10), содержащей множество отверстий (2) для прохождения газообразной текучей среды, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы:
идентифицируют по меньшей мере одно отверстие (2), диаметр (D_r) которого превышает заранее определенный верхний предел (D_max), и
упомянутый избыточный диаметр (D_r) уменьшают способом по п.1.

7. Способ по п.6, который содержит предварительный этап контроля проницаемости детали (9, 10).

8. Способ по п.6, в котором упомянутые отверстия (2) являются охлаждающими отверстиями.

9. Способ по п.6, в котором упомянутая деталь (9, 10) является деталью горячей секции газотурбинного двигателя.

10. Способ по п.6, в котором упомянутая деталь (9, 10) является частью камеры (8) сгорания.

Выбор товара по марке