Способ получения сквозных отверстий малого диаметра в металлах и их сплавах

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к способам получения сквозных отверстий малого диаметра в деталях из металлов и их сплавов.

Выполнение сквозных отверстий малого диаметра в металлах может производиться методами традиционного и прецизионного сверления (http://www.tochmeh.ru/info/sverl.-php) с применением спиральных и ружейных сверл. Для получения глубоких отверстий используется прецизионное сверление однолезвийными сверлами в цельном твердосплавном исполнении, выпускаемых зарубежными фирмами Guhring, TBT (http://www.dwl-e.ru/Catalogues/TBT/werkzeugkatalogRussisch_TBT.pdf) и др., для работы которых требуются надежные системы центровки, подвода смазочно-охлаждающей жидкости и удаления стружки.

Недостатками данного технического решения является то, что выполнение отверстий диаметром до 1÷3 мм традиционным и прецизионным сверлением, в том числе и твердосплавными сверлами, связано с определенными трудностями вследствие частой замены инструмента, дефицитом и стоимостью сверл малого диаметра, сложностью их заточки. Сверление сквозных отверстий является сложной и трудоемкой операцией. Вследствие малой жесткости длинных сверл под действием сил резания возникает их продольный изгиб, что может привести к искривлению оси отверстия. Кроме того, с увеличением длины отверстия создаются неблагоприятные условия образования стружки и затрудняется извлечение ее из отверстия во время работы. Особенно усложняется эта задача при выполнении отверстий в труднообрабатываемых материалах.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения сквозных отверстий малого диаметра в цветных металлах (RU 2515774 С2, 27.01.14), заключающийся в том, что в детали высверливают сквозное базовое отверстие диаметром, превышающим на величину посадки наружный диаметр медной или латунной трубки, внутренний диаметр которой соответствует требуемому диаметру сквозного отверстия, базовое отверстие зенкуют с обеих сторон, вставляют в него с натягом медную или латунную трубку соответствующей длины и производят развальцовывание концов трубки в местах зенковки.

Недостатком данного технического решения является то, что закрепление трубки в базовом отверстии производится при помощи развальцовки концов трубки по предварительно раззенкованным краям отверстия детали только в двух точках и, как следствие, такое крепление является не очень надежным и не технологичным.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является получение отверстий малого диаметра (0,3÷3 мм) в металлах и их сплавах при соотношении длины отверстия к его диаметру до 100d, а также снижение трудоемкости изготовления отверстий малого диаметра в деталях любой формы по сравнению с традиционным сверлением и другими способами.

Данная задача решается за счет того, что способ получения сквозных отверстий малого диаметра в металлах и их сплавах, включающий высверливание сквозного базового отверстия в детали диаметром, превышающим на величину посадки наружный диаметр металлической трубки, отличающийся тем, что в просверленное отверстие вставляют с натягом металлическую трубку, внутренний диаметр которой соответствует требуемому малому диаметру сквозного отверстия, а длина несколько превышает высоту базового сквозного отверстия в детали, на выступающий конец трубки и на корпус детали подают сварочный ток, приводящий к электроконтактному свариванию внутренней поверхности соприкосновения базового отверстия в детали с внешней поверхностью соприкосновения трубки, после чего выступающий конец трубки обрезают и торцуют заподлицо с деталью.

Техническим результатом, обеспечиваемым совокупностью существенных признаков, является получение в деталях из металлов и их сплавов сквозных отверстий малого диаметра (0,3÷3 мм) на глубину до 100d.

Способ осуществляют следующим образом. Для получения отверстия малого диаметра выбирается металлическая трубка, внутренний диаметр которой соответствует величине требуемого сквозного отверстия и колеблется от 0,35 мм до 3 мм в зависимости от типа и материала используемых трубок. По величине внешнего диаметра трубки в заготовке сверлится сквозное базовое отверстие с добавкой на посадку, в которое с натягом вставляется трубка длиной, несколько превышающей длину базового отверстия. К выступающим концам трубки и к детали подсоединяют токопроводящие зажимы от низковольтного сварочного трансформатора, на которые кратковременно подается напряжение с силой тока, необходимой для нагрева и расплавления металла на участках соприкосновения свариваемых деталей, т.е. происходит их контактная сварка. Прочность соединения зависит от площади соприкосновения внешней поверхности трубки с внутренней поверхностью базового отверстия, поэтому необходима предварительная подготовка деталей, заключающаяся в их очистке от грязи, масла и окислов механическими абразивными материалами, пескоструйными аппаратами или химическим травлением. Процесс фиксации трубки в заготовке можно сравнить с рельефной контактной сваркой, т.к. электрический контакт между деталями происходит не по всей поверхности, а только в местах их соприкосновения, при этом структура внутренней поверхности трубки не изменяется. Предложенный способ подходит для фиксации деталей из различных металлов и их сплавов, в том числе и цветных, и разнородных.

Для получения различных типоразмеров отверстий и их внутренней конфигурации при применении данного способа для медных и латунных деталей можно использовать медные трубчатые электроды для электроэрозионной обработки металлов. Электроды данного типа представляют собой медные трубки и бывают одноканальными с внутренним диаметром (d=0,3÷6 мм, с шагом 0,1 мм), двухканальными (d=0,4÷3 мм) и четырехканальные (d=2,1÷6 мм). В случае применения капиллярных и одноканальных тонкостенных трубок процесс их фиксации в заготовке нужно производить с большой осторожностью, учитывая величину силы тока, способного выдержать трубкой. Ориентировочно плотность тока принимается в пределах: для деталей из низкоуглеродистых сталей - 20-60 А/мм², для цветных металлов и сплавов - 50-120 А/мм². В зависимости от механических, температурных и других параметров эксплуатации получаемых данным способом отверстий режимы контактной электрофиксации пары «деталь-трубка» должны подбираться индивидуально для разных сечений, варьируя величину напряжения, силы тока и длительности подачи напряжения на детали.

Предложенный способ получения отверстий малого диаметра можно применять и к другим токопроводящим материалам различной плотности и твердости, а также к металлам различных групп. Важным условием надежности и долговечности получаемых отверстий является электрохимическая совместимость металла заготовки и металла трубки. Так, например, при выполнении отверстия медной трубкой в алюминиевой заготовке существует большая вероятность корродирования мест их соединения и увеличения шероховатости внутреннего отверстия медной трубки, так как электрохимический потенциал между двумя этими металлами составляет 0,65 мВ. При замене алюминиевой заготовки на дюралюминиевую полученное отверстие и соединение будут более надежными, так как электрохимический потенциал между металлами будет равен 0,35 мВ, что соответствует принятым стандартам механических соединений между материалами. Наилучшие результаты дает соединение, в котором заготовка и трубка выполнены из одного металла.