Ручные машины для образования отверстий

Т3. МАШИНЫ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ

 

Ключевые слова и понятия: зенковать (3.1), развертывать (3.2), подача (3.3), резание (3.4).

 

ВХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

Приступая к изучению данной темы, ВАМ необходимо восстановить в памяти (или восполнить) знания из прошлых периодов обучения: с курса « Технологические основы машиностроения»: понятиязенковать (3.1), развертывать (3.2).

 

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

3. Ручные машины для образования отверстий

3.1. Ручные перфораторы.

Ручные машины для образования отверстий

3.1. Ручные сверлильные машины по объему выпуска они занимают первое место в мире среди всех выпускаемых ручных машин. Ими выполняются глухие и сквозные отверстия в самых разнообразных материалах (металле, дереве, пластмассе, бетоне, камне, кирпиче и т. д.), они являются базовыми для универсальных ручных машин, ими можно зенковать (3.1) и развертывать (3.2) отверстия и применять для сборочных работ. В соответствии с общей классификацией сверлильные ручные машины относятся к непрерывно-силовым машинам с вращательным движением рабочего органа, работают в легком режиме, могут быть реверсивными и нереверсивными, одно- и многоскоростными со ступенчатым, бесступенчатым и смешанным регулированием частоты вращения рабочего органа. Двигатели ручных сверлильных машин – электрические (1.2), пневматические (1.3) и гидравлические (1.4). По классам защиты от поражения током электрические машины выпускаются всех трех классов. По взаимному расположению двигателя и рабочего органа машины делятся на прямые и угловые. Угловые машины применяются для работы в труднодоступный местах. Промышленность выпускает сверлильные машины для наибольших диаметров сверл 6, 8, 10, 13, 23 и 32 мм. Машины для диаметров до 10 мм выпускаются с рукояткой пистолетного типа, которые могут располагаться как в задней, так и в передней части корпуса. Все остальные выпускаются со сменными боковыми рукоятками, причем если машины для диаметров до 14 мм изготовляют с задней замкнутой рукояткой, то свыше 14 мм – с грудным упором или механизмом подачи. Сверла диаметром до 14 мм обычно закрепляют в патрон, а более 14 мм – непосредственно в шпинделе машины с внутренним конусом Морзе.

Сверление – один из наиболее распространенных способов получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в различных материалах. Процесс сверления происходит при совершении двух совместных движений рабочего органа – сверла – вращательным, создаваемым двигателем машины, и поступательным, осуществляемым оператором вручную. Скорости этих движений зависят в основном от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров и материала сверла. При сверлении оператор прикладывает осевое усилие на сверле и воспринимает реактивный момент, образующийся на корпусе машины от крутящего момента на сверле. Усилие подачи (3.3) на сверло, развиваемое оператором, обычно составляет 200...300 Н, что достаточно лишь для сверления отверстий до 14 мм. Отверстия больших диаметров обычно сверлят с применением механических нажимных устройств (рычажных или винтовых).

Основными сборочными единицами ручной сверлильной машины являются: двигатель, редуктор, пусковое устройство, заключенные в корпус, рукояток. Крутящий момент от электродвигателя передается редуктору, а от него шпинделю, который имеет коническую часть для закрепления в нем рабочего инструмента машины.

Пневматическая ручная сверлильная машина (рис. 3.1). Сжатый воздух подается компрессором и через пусковое устройство 6 поступает в пневматический двигатель 4, выходной конец вала которого является солнечной шестерней планетарного редуктора 3, смонтированного в корпусе 2. Водило редуктора является шпинделем машины 1, который выполнен с наружным конусом для закрепления трехкулачкового сверлильного патрона. Машина имеет рукоятку пистолетного типа, в передней части которой смонтирован глушитель шума 7.

Рис. 3.1. Пневматическая ручная сверлильная машина.

а – общий вид; б – кинематическая схема.

Электрическая ручная сверлильная машина. Пуск машины производится выключателем 9, к которому подводится ток посредством кабеля 10. Электрический двигатель, состоящий из статора 4 и ротора 6, встроен в корпус 5 и заключен между передней 13 и задней 12 крышками. Момент с вала ротора 7 передается шпинделю 1 через двухступенчатый редуктор 3 сцилиндрическими косозубыми колесами, расположенными в корпусе 2. Ведущая шестерня редуктора нарезана на валу ротора, а ведомая закреплена на шпинделе, который установлен на двух шарикоподшипниках и имеет внутренний конус Морзе № 1 для закрепления сверл. Машина имеет замкнутую рукоятку 8, в которой смонтировано устройство для устранения радиопомех. Рис. 3.2. Электрическая ручная сверлильная машина.

а – общий вид; б – кинематическая схема.

Для охлаждения двигателя служит вентилятор 11, сидящий на валу ротора. Основными рабочими органами сверлильных машин являются сверла.

При работе по металлу применяют спиральные сверла, которые промышленность изготовляет диаметром до 6 мм с цилиндрическим хвостовиком (рис. 3.3, а), а большего диаметра – с цилиндрическим и коническим (рис. 3.3, б).

Рис. 3.3. Сверла для работы по металлу               Рис. 3.4. Сверла для работы по дереву

 

Рабочая часть сверла включает режущую и направляющую части со спиральными канавками. Режущая часть состоит из двух главных режущих кромок, расположенных на конической поверхности и выполняющих основную работу резания (3.4), и поперечной кромки. Шейка сверла – промежуточная часть, соединяет рабочую часть с хвостовиком. Последний служит для закрепления сверла в шпинделе или патроне и для передачи крутящего момента от шпинделя к рабочей части. Лапка (у сверл с коническим хвостовиком) предназначена для выбивания сверла из конического отверстия шпинделя. Главные режущие кромки образуются при пересечении передних и задних поверхностей сверла. Винтовые ленточки – две узкие винтовые фаски обеспечивают направление, калибровку и центрирование сверла в отверстии.

При работе по дереву применяют сверла, изготовленные из стали 45 с термообработанными наконечниками (рис. 3.4.). В зависимости от структуры и твердости породы применяют сверла разных диаметров. Для сверления вдоль волокон – ложечное 1, с конической заточкой 2, поперек – центровое 3, спиральное с подрезателями 4, глубоких отверстий – винтовое 5, шнековое 6, фанеры – штопорное 7 с круговыми подрезателями.

 

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ !  NB !

Для облегчения извлечения сверла при сверлении глубоких отверстий машина должна быть реверсивной.

 

Сверление отверстий в кирпиче, керамзитобетоне, шлакобетоне и гипсолите можно выполнять двухлезвийными резцами, у которых режущим органом являются пластинки из твердого сплава ВК6. Наиболее эффективно сверлить монолитный бетон и железобетонные конструкции с применением алмазных кольцевых сверл. Эффективность алмазного сверления достигается за счет использования износостойких режущих элементов – алмазов, их способности к самозатачиванию и сохранению исходных размеров длительное время.

Технологические параметры сверлильный машины рассчитываются следующим образом.

При сверлении отверстий в металле силовые параметры рабочего процесса зависят от:

- диаметр сверления;

-  скорость вращения рабочего органа;

-  механических свойств материала;

- осевого усилия на машину.

Крутящий момент на шпинделе машины:

где α- коэффициент пропорциональности;

Р - осевое усилие на сверло, Н,

D - диаметр сверла, м;

Н_В - твердость металла по Бринеллю;

т, п, р – степенные коэффициенты.

Мощность, затрачиваемая на выполнение операций (кВт).

N=Mω/1000,

где ω - угловая скорость вращения шпинделя, с^-1.

Производительность сверлильных машин, м/с

П = L/t,

где L - длина сверления, м;

   t - время сверления, с.

Ручные перфораторы.

Ручные перфораторы они используются главным образом для образования отверстий различных диаметров и глубины в материалах различной крепости. Наряду с этим некоторые модели могут использоваться для работы в режиме молотка и сверлильной машины. Такая универсальность использования определяет весьма высокий спрос и эффективность применения перфораторов.

В соответствии с принятой классификацией перфораторы являются импульсно-силовыми машинами со сложным движением рабочего органа – бура. Принцип работы перфоратора обусловлен наличием двух механизмов – ударного и механизма вращения, которые и обеспечивают сложное движение рабочего органа. В некоторых конструкциях перфораторов эти механизмы совмещены. Подводимая к рабочему органу энергия преобразуется в ударные импульсы. За весьма малый промежуток времени, соответствующий времени удара, рабочий орган получает огромную силу, позволяющую ему преодолеть предел упругости или прочности обрабатываемого материала.

 

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ !  NB !

Основными параметрами перфораторов являются энергия и частота ударов

По назначению перфораторы подразделяют на машины для образования неглубоких отверстий (300...500 мм) в материалах с относительно высокой прочностью (40...50 МПа) и мощные машины для образования глубоких отверстий (2000... 4000 мм и более) в материалах практически любой прочности (200 МПа и более).

По типу привода перфораторы подразделяются на машины с электрическим (1.2) (электромагнитным и электромеханическим), пневматическим (1.3) приводом и от двигателя внутреннего сгорания (1.5).

Электромеханические перфораторы с энергией удара до 10 Дж имеют массу не более 16 кг и используются при работе во всех направлениях, а большей массы– при работе сверху вниз. Электроперфораторы с энергией удара до 10 Дж подключают к однофазной сети переменного тока нормальной частоты напряжением 220 В, но они могут работать и от трехфазной сети. В первом случае в качестве привода перфораторов используются коллекторные двигатели с двойной изоляцией, во втором – асинхронные с короткозамкнутым ротором, при этом для обеспечения безопасности перфораторы снабжаются защитно-отключающим устройством. С помощью электроперфораторов с энергией удара до 10 Дж получают отверстия диаметром 5...80 мм и глубиной 600...700 мм и более в бетоне, кирпичной кладке и других строительных материалах, а также производят и другие виды работ.

Электроперфораторы с энергией удара более 10 Дж имеют массу 30...35 кг. Без специальных устройств ими работают, как правило, сверху вниз, получают в крепких породах отверстия диаметром 32...60 мм значительной глубины (до 6 м). Эти машины имеют асинхронный двигатель.

Ввиду удобства эксплуатации и универсальности электрические ручные перфораторы получили широкое распространение. Существует мнение, что пневматические перфораторы целесообразно использовать только при наличии централизованной подачи сжатого воздуха или в специальных условиях, где использование электродвигателей исключено. Промышленностью выпускается весьма широкая номенклатура электроперфораторов с энергией удара 1...25 Дж с разным типом привода, различными конструктивными решениями ударного и поворотного механизмов, рабочего-инструмента, системы удаления шлама из шпура и т. д.

Ударные механизмы перфораторов могут быть пружинными, воздушными (компрессионно-вакуумными) и комбинированными (пружинно-воздушными). Наиболее распространены компрессионно-вакуумные ударные механизмы, принцип работы которых применен в перфораторе с электрическим приводом.

 

Рис. 3.5. Перфоратор ручной электрический

1 – бур; 2 – фартук; 3 – фиксатор; 4 – букса; 5 – амортизатор; 6 – предохранительная муфта; 7 – переходник; 8 – боек; 9 – ствол; 10 – корпус ствола; 11 – поршень; 12 – шатун; 13 – кривошип; 14 – корпус кривошипно-шатунного механизма; 15 – токоподводящий кабель; 16 – рукоятка; 17 – курок выключателя; 18 – электродвигатель; 19 – промежуточный щит; 20 – вал – шестерня; 21 – вал узла непрерывного вращения; 22 – дополнительная рукоятка; 23 – крышка редуктора

 

Перфоратор ИЭ-4712 рис. 3.5. состоит из корпуса, коллекторного однофазного электродвигателя с двойной защитой (два слоя изоляции), редуктора и кривошипно-шатунного механизма, ствола с ударным механизмом, механизма непрерывного вращения рабочего инструмента, вентилятора, основной и боковой рукояток, токоподводящего кабеля. В комплект перфоратора входят запасные части и рабочие инструменты, в том числе зубила, буры, переходники и др.

Электродвигатель перфоратора заключен в корпус и является отдельным узлом перфоратора. Якорь двигателя вращается в двух подшипниках. Охлаждение электродвигателя производится потоком воздуха, засасываемым вентилятором через окна корпуса со стороны ручки. Воздух проходит между корпусом и статором и выдувается через другие окна корпуса.

Корпус редуктора крепится винтами к промежуточному щиту, а корпус ствола – к корпусу редуктора.

Редуктор и кривошипно-шатунный механизм расположены в разных полостях одного корпуса. Редуктор состоит из вала, цилиндрической и конической шестерен. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа, вала, конической шестерни и шатуна.

Ударный механизм компрессорно-вакуумного типа состоит из кривошипно-шатунного механизма, поршня, бойка и ствола.

Предохранительная муфта представляет собой набор шестерен и шайб, установленных на втулке. Шестерни и шайбы сжаты тарельчатыми пружинами и гайками, при этом шайбы закреплены на втулке лысками, а шестерни свободно проворачиваются на этой втулке. Крутящий момент передается на шестерни за счет сил трения между шестернями и шайбами. Если крутящий момент превышает допустимый (при заклинивании инструмента), то происходит пробуксовывание ведущих шестерен относительно шайб.

Принцип работы перфоратора крутящий момент с вала электродвигателя передается через цилиндрическую шестерню на вал-шестерню, с которого через коническую шестерню движение передается на ось кривошипа, а через цилиндрическую – на вал узла непрерывного вращения рабочего инструмента.

Кривошип с помощью шатуна преобразует вращательное движение поршня в возвратно-поступательное.

При движении поршня от нижней мертвой точки (вверх) полости ствола между торцами бойка и поршня создается разряжение (вакуум). Боек в начальный момент остается на месте, так как разность давлений атмосферного и остаточного недостаточна для начала движения бойка. Затем с возрастанием разности давлений боек начинает с нарастающей скоростью перемещаться вверх за поршнем.

В крайнем верхнем положении поршня в стволе вскрываются компенсационные окна и воздушная подушка, сообщаясь с атмосферой, пополняется воздухом. После перехода кривошипом верхней мертвой точки при движении поршня вниз боек некоторое время еще продолжает движение вверх. Разрежение между бойком и поршнем уменьшается, давление становится равным атмосферному, затем начинает ускоренно возрастать. Боек вначале тормозится, изменяет направление движения и начинает резкое движение вниз, нанося удар по переходнику, а через него и рабочему инструменту.

 

 

Рис. 3.6. Работа компрессионно-вакуумного ударного механизма

1 – бур; 2 – боек; 3 – поршень; 4 – ствол; 5 – шатун; 6 – кривошип

 

Поршень переходит в крайнее нижнее положение, при котором вскрываются компенсационные окна в стволе и воздушная подушка начинает сообщаться с атмосферой. Далее цикл повторяется.

Как уже сказано выше, крутящий момент с вала электродвигателя передается на вал узла непрерывного вращения рабочего инструмента, а с него на цилиндрические шестерни предохранительной муфты, откуда через переходник на рабочий инструмент перфоратора. Переходник опирается на ствол через амортизатор, обеспечивающий уменьшение вибрации. Рабочий инструмент вставляется в переходник и удерживается от выпадения фиксатором.