Долбление

Долбление — это технологический процесс обработки материалов (преимущественно металлов, древесины, пластмасс) путём снятия стружки, при котором режущий инструмент совершает возвратно-поступательное движение (главное движение) вдоль оси обрабатываемого отверстия или паза. В отличие от сверления, где инструмент вращается, при долблении резание происходит за счёт вертикального или горизонтального перемещения долбяка. Долбление применяется для создания шпоночных пазов, шлицев, канавок, квадратных и многоугольных отверстий, а также для обработки фасонных поверхностей, недоступных для других видов лезвийной обработки.

История развития

Первые упоминания о долблении как о методе обработки относятся к XVIII веку, когда для создания пазов в металлических деталях использовались ручные зубила и напильники. С развитием промышленной революции возникла потребность в механизации этого процесса. В 1830-х годах в Англии и Франции начали появляться первые долбёжные станки, приводимые в движение от паровых машин. Конструкция таких станков основывалась на кривошипно-шатунном механизме, преобразующем вращательное движение привода в возвратно-поступательное движение инструмента.

Значительный вклад в развитие технологии долбления внёс американский изобретатель Джозеф Браун (Joseph R. Brown), который в 1850-х годах усовершенствовал конструкцию долбёжного станка, добавив механизм автоматической подачи и систему регулировки длины хода. В России первые долбёжные станки начали применяться на Тульском оружейном заводе в середине XIX века для обработки стволов и затворов.

В XX веке, с появлением электродвигателей и гидравлических приводов, долбёжные станки стали более точными и производительными. Однако с развитием фрезерования, протягивания и электроэрозионной обработки долбление постепенно утратило свою универсальность, сохранившись в основном в единичном и мелкосерийном производстве, а также в ремонтных целях.

Классификация долбления

Долбление классифицируется по нескольким признакам: типу движения инструмента, характеру обрабатываемой поверхности и способу подачи.

По типу движения инструмента

• Вертикальное долбление — наиболее распространённый вид, при котором долбяк совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости. Используется для обработки шпоночных пазов, шлицевых отверстий, внутренних канавок.
• Горизонтальное долбление — инструмент движется горизонтально. Применяется для обработки длинных пазов на наружных поверхностях, например, в направляющих станин станков.
• Наклонное долбление — используется для обработки конических пазов или фасонных поверхностей, когда ось движения инструмента наклонена относительно оси заготовки.

По характеру обрабатываемой поверхности

• Внутреннее долбление — обработка внутренних полостей, отверстий, пазов. Требует точного позиционирования инструмента и часто выполняется на специализированных долбёжных станках.
• Наружное долбление — обработка наружных поверхностей, например, шлицев на валах или пазов на цилиндрических заготовках. Может выполняться как на долбёжных, так и на строгальных станках.

По способу подачи

• Ручная подача — оператор вручную перемещает заготовку или инструмент после каждого рабочего хода. Используется в единичном производстве и при ремонтных работах.
• Механическая подача — автоматическое перемещение заготовки или инструмента с заданным шагом. Реализуется с помощью кулачковых, винтовых или гидравлических механизмов.
• Числовое программное управление (ЧПУ) — современные долбёжные станки с ЧПУ позволяют программировать траекторию движения инструмента, глубину резания и количество проходов, что повышает точность и повторяемость обработки.

Оборудование для долбления

Основным оборудованием для долбления являются долбёжные станки. По конструктивному исполнению они делятся на:

• Вертикально-долбёжные станки — наиболее распространённый тип. Имеют массивную станину, на которой установлен ползун (долбяк) с режущим инструментом. Заготовка закрепляется на подвижном столе, который может перемещаться в продольном и поперечном направлениях. Примеры моделей: 7Д430, 7А420 (Россия), GZ4230 (Китай).
• Горизонтально-долбёжные станки — используются для обработки длинных заготовок. Инструмент закреплён в ползуне, движущемся горизонтально. Применяются реже вертикальных, в основном для обработки направляющих станин.
• Специализированные долбёжные станки — предназначены для выполнения конкретных операций, например, для долбления шпоночных пазов в отверстиях или для обработки шлицевых муфт. Часто оснащаются автоматическими системами подачи и зажима.

Кроме станков, долбление может выполняться на универсальных фрезерных станках с использованием специальных долбёжных головок (приставок). Такие головки преобразуют вращательное движение шпинделя в возвратно-поступательное движение инструмента.

Инструмент для долбления

Режущим инструментом при долблении служит долбяк — стержень с заточенной режущей кромкой на конце. По форме и назначению долбяки делятся на:

• Прямые долбяки — имеют прямую режущую кромку, используются для обработки прямых пазов и канавок.
• Фасонные долбяки — режущая кромка повторяет профиль обрабатываемой поверхности (например, для шлицевых соединений).
• Долбяки для внутренних пазов — имеют удлинённую шейку, позволяющую обрабатывать глубокие отверстия.
• Долбяки из быстрорежущей стали (Р6М5, Р18) — применяются для обработки конструкционных сталей и цветных металлов.
• Долбяки с твердосплавными пластинами (ВК8, Т15К6) — используются для обработки закалённых сталей и труднообрабатываемых сплавов.

Геометрия долбяка включает передний угол (обычно 5–15°), задний угол (6–12°) и угол заострения. Для снижения трения и улучшения отвода стружки на долбяках часто выполняют стружколомные канавки.

Технология процесса

Процесс долбления состоит из нескольких этапов:

1. Установка и закрепление заготовки — заготовка фиксируется на столе станка с помощью тисков, прихватов или специальных приспособлений. Для внутреннего долбления заготовка может закрепляться в патроне.
2. Настройка станка — устанавливается длина хода долбяка (должна превышать длину обрабатываемого паза на 10–20 мм), частота ходов (обычно от 20 до 200 двойных ходов в минуту), глубина резания (за один проход снимается 0,5–3 мм) и подача (0,1–1 мм на двойной ход).
3. Черновая обработка — выполняется за несколько проходов с постепенным увеличением глубины резания. При обработке глубоких пазов применяется поперечная подача.
4. Чистовая обработка — выполняется с уменьшенной подачей (0,05–0,2 мм на ход) для достижения требуемой шероховатости поверхности (Ra 3,2–1,6 мкм).
5. Контроль — после обработки проверяются размеры паза (глубина, ширина, длина) и его положение относительно базовых поверхностей.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Возможность обработки пазов и отверстий сложной формы (квадратных, шестигранных, шлицевых), недоступных для сверления и фрезерования.
• Высокая точность получения прямолинейных поверхностей (допуск на ширину паза до 0,05 мм).
• Относительно низкая стоимость оснастки по сравнению с протяжками или специальными фрезами.
• Возможность обработки заготовок из труднообрабатываемых материалов (закалённые стали, титановые сплавы) при использовании твёрдосплавных долбяков.

Недостатки

• Низкая производительность по сравнению с протягиванием или фрезерованием — процесс занимает больше времени из-за возвратно-поступательного движения.
• Высокая вибрация и шум при работе, особенно на больших частотах ходов.
• Ограниченная длина хода (обычно до 500 мм на стандартных станках), что делает невозможным обработку длинных пазов.
• Износ инструмента — режущая кромка долбяка быстро затупляется при обработке абразивных или вязких материалов.

Применение

Долбление используется в различных отраслях промышленности, преимущественно в машиностроении и металлообработке:

• Производство шпоночных пазов — в валах, втулках, шкивах для установки шпонок.
• Изготовление шлицевых соединений — внутренние шлицы в муфтах, зубчатых колёсах, корпусах редукторов.
• Обработка направляющих — пазы в станинах станков, прессов, штампов.
• Ремонтные работы — восстановление изношенных пазов, канавок, отверстий на деталях.
• Инструментальное производство — изготовление штампов, пресс-форм, кондукторов, где требуется высокая точность прямолинейных поверхностей.
• Деревообработка — долбление пазов и гнёзд в деревянных заготовках (например, при изготовлении мебели, оконных рам) с использованием стамесок или долот.

Интересные факты

• В кузнечном деле термин «долбление» исторически означал процесс вырубания пазов в раскалённом металле с помощью зубила и молота.
• На некоторых долбёжных станках XIX века для привода использовалась мускульная сила рабочего — через педальный механизм.
• В современном машиностроении долбление постепенно вытесняется протягиванием, которое обеспечивает в 5–10 раз большую производительность, однако требует дорогостоящей оснастки и применяется только в крупносерийном производстве.

Источники

• «Резание металлов» — учебник для машиностроительных специальностей, под редакцией В. А. Кривоухова, 2012.
• «Оборудование машиностроительных производств» — В. И. Анурьев, 2006.
• «Технология машиностроения» — А. М. Дальский, 2004.
• «Справочник технолога-машиностроителя» — под редакцией А. Г. Косиловой, 2003.
• «Металлорежущие станки» — Н. С. Колев, 1999.
• «Долбление и строгание» — техническая статья на портале «Машиностроение и технологии», 2020.