Способы уменьшения биения при работе с длинномерным сортовым прокатом

07.06.2025

При работе с прутками длиной свыше 2,5 метров отклонения торца и центральной оси при вращении вызывают нестабильность, приводящую к неравномерной обработке. На токарных и фрезерных станках такой эффект особенно заметен при высоких скоростях вращения шпинделя. Первое, что стоит изменить — это способ закрепления заготовки.

В тех случаях, когда прут зажимается только в патроне, возникает консольное свешивание, что усиливает отклонение по окружности. При использовании задней бабки либо люнета биение резко снижается.

Подвижные люнеты лучше всего устанавливать ближе к середине нефиксированной части заготовки. Диаметр опорных роликов должен быть не менее 25 мм, контактная поверхность — полированная, с минимальным зазором, не превышающим 0,2 мм.

Для работы с металлопрокатом с диаметром менее 20 мм люнеты оснащают роликами с подшипниками закрытого типа, чтобы исключить перегрев. Загрязнение дорожек качения или люфт в подшипниках резко увеличивает биение.

Поэтому перед установкой каждый ролик должен быть проверен на равномерность вращения. На практике часто используются самодельные приспособления с пластиковыми втулками. Они допустимы только при обработке деталей из мягких сплавов алюминия и латуни, когда обороты шпинделя не превышают 700 в минуту.

При работе с конструкционной сталью (Ст3, 09Г2С) такие втулки быстро изнашиваются и создают вибрацию.

Один из рабочих методов уменьшения колебаний при вращении — предварительное центрирование. Перед основной обработкой заготовку стоит предварительно подточить с обоих концов на глубину до 2 мм, с образованием центровочного отверстия диаметром 4–6 мм, соответствующего углу 60°.

Такие отверстия позволяют точно установить прут между центрами и распределить нагрузку по длине. В случае с нержавеющими сталями, имеющими повышенную жёсткость, допустимо использование угла 75°, чтобы обеспечить более плотную посадку.

При работе на токарных станках ТВ-16, 1К62 и аналогичных предпочтительнее использовать заднюю бабку с усиленной пружиной, позволяющей компенсировать температурные расширения заготовки.

При использовании прутков длиной свыше 4 метров основное внимание уделяется не только точности установки, но и контролю прямолинейности. По ГОСТ 2590 для горячекатаного проката допускается отклонение не более 0,4% от длины.

Это значит, что при длине 5 м допустимая кривизна — 20 мм, что при высоких оборотах создаёт сильное смещение центра масс. В реальной практике изгиб часто превышает этот параметр, особенно при хранении в навале.

Перед установкой длинномерный прокат должен быть выпрямлен. Это делают с использованием вальцовочного станка или вручную с помощью опор и регулируемого домкрата. На участке длиной 500 мм прогиб не должен превышать 1 мм, иначе отцентровать деталь без биения будет невозможно.

Обработка прутка диаметром 30 мм и длиной 3000 мм на универсальном станке без люнета вызывает биение до 1,5 мм при 600 об/мин. Установка переднего люнета снижает показатель до 0,4 мм. Дополнительная фиксация задним центром — до 0,1 мм.

Если торец заготовки обрабатывается фрезой или сверлом, биение более 0,15 мм вызывает нарушение геометрии отверстия. Особенно это критично при сверлении под резьбу М12, где диаметр отверстия составляет 10,2 мм, и отклонение приводит к браку. Поэтому заготовка должна быть жёстко зафиксирована в трёх точках.

Если используется труба, а не сплошной прут, ситуация усложняется. При одинаковом диаметре и длине, труба с толщиной стенки 2 мм в два раза менее устойчива к изгибу, чем прут. Поэтому для труб необходимо добавлять внутренние распорки — деревянные или пластиковые вкладыши, заполняющие полость.

Такой способ снижает резонанс и предотвращает деформацию при подаче. В случае с трубами из нержавейки добавляется ещё один фактор — упругая отдача. При неравномерной подаче заготовка начинает пружинить, что усиливает вибрации. Противодействовать этому помогает настройка подачи с меньшей скоростью и стабилизация подачи вручную.

Существуют также практические решения по изменению частоты вращения. При уменьшении оборотов до 400 в минуту биение автоматически снижается. Расчёт оптимальной скорости проводится по формуле V = π × D × n / 1000, где V — скорость резания в м/мин, D — диаметр, n — обороты.

Для стали Ст45 при диаметре 25 мм и скорости 25 м/мин получается n = 318 об/мин. Эта скорость считается безопасной для детали длиной до 2 м, при большей длине лучше понизить до 250.

Дополнительным фактором является сбалансированность хвостовика. Если длина прутка выходит за пределы шпинделя, его выступающую часть необходимо надёжно закрепить. Часто применяют направляющие втулки, встроенные в заднюю часть шпинделя, с внутренним диаметром, близким к наружному диаметру прутка с зазором 0,2–0,3 мм.

Это позволяет стабилизировать ось вращения и уменьшить колебания. Втулки делают из бронзы или полиамида, в зависимости от частоты работы. Для прутков до 12 мм подойдут полиамидные втулки с втулочным посадочным диаметром не более 12,2 мм.

Чтобы минимизировать колебания в процессе подачи заготовки в автоматизированные станки, применяют направляющие лотки. Они удерживают заготовку по всей длине до входа в шпиндель.

Металлические или пластиковые лотки монтируются с минимальным люфтом. Расстояние между лотком и осью должно быть в пределах 1–1,5 мм. Если прут попадает в патрон под углом, возникает динамическое отклонение и прерывистая подача. Поэтому направляющий канал должен иметь форму, приближенную к окружности с замкнутой поверхностью.

Для изделий из прецизионных сплавов типа 12Х18Н10Т или бронзы БрАЖ9-4 биение выше 0,05 мм становится критичным. Чтобы добиться стабильного результата, используют предварительное шлифование на цилиндровом станке.

Удаление микронеровностей и уменьшение эллиптичности поверхности помогает достичь высокой соосности при зажиме. В ряде случаев, особенно при фрезеровке торцов, заготовку фиксируют в трехкулачковом патроне с мягкими кулачками, прошлифованными под конкретный диаметр. Это решение снижает погрешности до 0,02 мм.

Нагрузку на шпиндель также помогает уменьшить правильный выбор подачи. Уменьшение подачи на 30% снижает силу инерции при столкновении резца с заготовкой, особенно при начальном касании.

В случае с чугуном СЧ20 выбирают подачу не более 0,12 мм/об при обработке деталей длиной свыше 1,5 м. При превышении этого значения увеличивается сила удара, вызывающая осевое смещение. Наиболее стабильной считается подача 0,08 мм/об для заготовок диаметром 16–25 мм.

При фрезеровании торца длинного проката с установкой в тиски биение можно уменьшить, установив упорный винт с торцевой стороны. Он компенсирует осевое давление и снижает вероятность вибрации.

В случае, если длина превышает 2 м, под заготовку подкладывают прокладку из фторопласта толщиной 2 мм. Это позволяет избежать перекоса при зажиме и создать равномерное усилие на всю площадь опоры.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев