Новости при резбонарязването

Нарязването с метчик е сред традиционните методи за изработване на вътрешни резби в съществуващи отвори. При него инструментът – винт с нарязани прави и винтови режещи канали, които образуват режещи ръбове, навлиза аксиално в обработвания детайл, като нарязва резба до определена дълбочина в отвора (частична резба) или през целия отвор (проходна резба). Използват се и метчици без стружкови канали, които нарязват резбата чрез пластична деформация.

Метчиците също се подразделят на такива за глухи и за проходни отвори, като могат да бъдат твърдосплавни, да са изработени от бързорезна стомана и т. н. При нарязването обикновено се използват последователно няколко метчика с различни размери и точност на профила, като всеки следващ е за по-фина обработка на отвора.

Макар методът да се прилага отдавна в практиката както ръчно, така и машинно съвременните достижения в механичната обработка го превръщат в гъвкава технология с много възможности. Сред новостите в областта, от които производствените цехове могат да се възползват, са портативното оборудване, хидравличните резбонарезни машини, както и изцяло автоматизирани и роботизирани системи.

Независимо от избраното решение в ерата на високотехнологичното машиностроене основен фокус остава ефективността. За да се постигне оптимално ефективна и производителна обработка, е препоръчително да се приложи цялостен подход към резбонарязването, който отчита най-подходящия метод, обема и изискванията към продукцията, материалите на обработваните детайли и инструменталната екипировка, износването и живота на инструмента, рисковете от счупване и потребностите от смяна на резбонарезните инструменти, необходимите допълнителни и довършителни операции, времетраенето на циклите на обработка и т. н.

Технологични възможности

Макар технологията значително да се е усъвършенствала с годините, някои нейни аспекти са останали непроменени. Необходима е добра организация на резбонарезните инструменти по размер и вид, за да могат работниците бързо и лесно да откриват търсения инструмент.
Нарязването на резба с метчик се предпочита пред нарязването с фреза в много приложения, макар вторият метод също да има редица предимства.

Сред факторите в полза на резбонарязването с метчик са относителната простота на операцията и възможността да се изпълнява на по-широк набор от машини с конвенционални скорости, без спираловидно интерполиран ход на инструмента. По-тежките и взискателни приложения често изискват използването на фреза.
Основното предимство на фрезоването е възможността да се контролира прилягането.

Отворът с резба се фрезова при високи обороти, а инструментът се въвежда в предварително фрезован отвор. Така операторът на машината има възможност да регулира размера на резбата, като вместо със свредло обработва отвора с фреза. Това може да бъде по-подходяща стратегия, ако има тесни допуски по отношение размера на резбата или ако трябва да се направят по-дълбоки резби с възможност за повърхностна обработка като боядисване например.
Резбонарезните фрези могат да обработват широк диапазон от диаметри на отворите.

Чрез такъв инструмент каналите на резбата могат да бъдат ситуирани по-близо до дъното на глух отвор и с лекота да се нарязват резби в по-големи отвори. Фрезите оставят и място за падане на стружките. Една резбонарезна фреза, за разлика от метчиците, може да комбинира и различни операции за обработка на отвори с един инструмент.

Също така за фрезоването на резби може да се използва един-единствен инструмент, за да се направи широк диапазон от размери на отворите. Това намалява както разходите за инструментална екипировка, така и времето, свързано със смяна на инструмента. Резбонарезните фрези могат да бъдат използвани за изработване на вътрешни и външни резби, десни и леви, както и много големи резбови отвори (например тръбни резби). В последния случай това елиминира необходимостта да се инвестира в твърдосплавни метчици с големи размери за обработка на по-големите отвори.

Нарязването на резби с фреза дава възможност на потребителя да проектира и изработка на нестандартни резби, без да се налага да инвестира в нестандартни метчици, които могат да бъдат много скъпи и самите те да изискват дълги срокове за изработка. При обработването на много плитки глухи резби при тънки материали нарязването с фреза позволява максимален брой канали на малка дълбочина. Недостатък на фрезоването е, че обикновено са необходими високоскоростни фрезови машини със скорост на шпиндела от порядъка на 60 000 RPM.

Особености на нарязването с метчик

Най-голямото предимство при нарязването на резби с метчик е скоростта. Високоскоростните резбонарезни центри с твърд неподвижен метчик могат да обработят редица отвори само за част от времето, което е необходимо на резбонарезните фрези. Нарязването с метчик може да постигне по-дълбоки отвори в по-твърди материали, например в стомана.

Съществен недостатък на метода е, че е необходим различен метчик за обработка на всеки отделен отвор с резба. Това може да консумира голям брой ценни, но ограничени позиции в инструменталния магазин. Освен това, необходимостта от смяна на инструментите за обработка на всеки отвор с различен размер увеличава времетраенето на обработващия цикъл.

Друг съществен недостатък е, че нарязването с метчик не позволява напасване на изработената резба. След приключване на механичната обработка резултатът е краен. В допълнение, твърдите метчици се използват предимно за нарязване на вътрешни резби. Тъй като върхът на твърдите метчици е предназначен да навлезе в материала, а не да нарязва идеална резба, тези инструменти са най-подходящи за обработка на проходни, а не на глухи отвори.

В случай на глуха резба най-дълбоките канали в отвора се нарязват с частта от инструмента, която е проектирана да навлезе в материала, а не да нарязва резба. За да се довършат тези зони, е необходим вторичен инструмент, което често води до по-дълги времена на цикъл. Най-общо, резбонарязването с метчик се предпочита пред фрезоването в приложения, които изискват обработка на голям брой отвори, но с малки вариации в диаметъра и размерите на резбата.

Операторите на оборудване за нарязване на резби с метчик традиционно застават пред колонната вертикално-пробивна машина. Лазерният или плазмен източник е пробил първичния отвор, а операторът допълнително го обработва, за да изработи резбата с метчик. При тази операция съществува висок риск от счупване на резбонарезния инструмент на всеки няколкостотин детайла.

Налице е необходимост от преместване на детайла от пробивната до резбонарезната машина, към станциите за допълнителни обработващи операции, както и усилия за затягане на заготовката на различните машини. Този метод е свързан с доста труд, време и ангажираност от страна на оператора и се оказва неефективен за редица по-взискателни приложения.

През последните години във все по-динамичните производства се налагат резбонарезните машини с ЦПУ и CNC обработващите центри, които позволяват работа с висока скорост, точност и производителност. При тях голяма част от процеса е автоматизирана, като са възможни и допълнителни операции в един и същи цикъл на обработка на отвора с метчик като фрезоване и прецизно разстъргване. В резултат се постигат по-висока ефективност, подобрени възможности за обработка и по-голяма надеждност в сравнение с традиционното резбонарязване.

Еволюция при материалите

Макар в голяма част от практическите приложения да се използват стандартни метчици за нарязване на резби във въглеродни и неръждаеми стомани, технологичното развитие в машиностроенето налага обработка на отвори в детайли от много по-нестандартни и труднообработваеми материали. Титановите и никелови сплави, въглеродните композити и хром-молибденът – материал, използван предимно в космическите и военните приложения, са само част от предизвикателствата пред съвременните резбонарезни инструменти.

Метчиците от високоскоростна стомана (HSS) все още се доказват като стандартно решение при резбонарязването на детайли от повечето популярни класове въглеродна и неръждаема стомана. Все по-често обаче приложенията налагат използването на метчици с покритие, например от титаниев нитрид (TiN). Покритията удължават живота на инструмента, като увеличават твърдостта му, намаляват триенето между метчика и обработвания детайл и позволяват работата с по-високи скорости и по-високи темпове на обработка.

В по-критични практически сценарии, при които удълженият живот на инструменталната екипировка е задължително условие за ефективно нарязване на резби, все по-масово се използват именно метчиците с покритие от титанов нитрид. В комбинация със смазочно-охлаждаща течност тази технология може значително да намали риска от счупване и износване. Твърдият хром пък се превръща във все по-често срещан избор при нарязването на резби с метчик в заготовки от цветни метали, макар в приложения с големи топлинни натоварвания TiN да се предпочита.

Портативно оборудване

Операторите често се налага да преместват детайлите много пъти при нарязването на резби в серии от отвори по осите X и Y. Това изисква време и вдига цената на готовия компонент, като същевременно увеличава риска от грешки и бракувани части. Тъй като нарязването на резби с метчик е едностъпкова операция, е трудно да се спести време.

Освен ако държачът на метчика не включва специално приспособление, съединителен механизъм, съществува висок риск от счупване на инструмента вътре в детайла, което може да се окаже твърде времеемко и скъпо за коригиране, особено при обработка на сложни детайли с висока стойност. Така в много случаи целият детайл е необходимо да бъде бракуван.

На практика статистиките сочат, че в голяма част от цеховете прекъсванията на производството се дължат именно на подобни сценарии, като много производители съобщават за счупване на метчиците средно веднъж на 300 отвора. Преходът към система за резбонарязване с осигурителен механизъм против счупване значително редуцира този риск, като инцидентите стават до десет пъти по-редки – веднъж на около 3000 или повече резби.
В много съвременни производства се преминава от стандартните колонни вертикално-пробивни машини към портативни станции за резбонарязване, като резбонарезни рамена, които позволяват монтаж на мобилна работна станция или платформа. Това позволява преместване на самата операция заедно с детайла в цеха, като пести време, разстояние и усилия.

В зависимост от приложението, специално конструираните пневматични резбонарезни рамена могат да имат голям обхват на работа от порядъка на 25 см до почти 2 м. Те могат да се въртят на 360 градуса, използват газови пружини за намаляване теглото на системата и да гарантират, че инструментът остава перпендикулярно на детайла, и осигуряват голям въртящ момент. В допълнение, не се изисква квалифициран специалист, който да работи със съвременното оборудване от този тип. При такива системи осигурителните механизми против счупване са разположени в държача на метчика, като така рискът от повреда на инструмента се свежда до минимум. Мобилните рамена за нарязване на резби с метчик могат да бъдат инсталирани и стационарно в цеха, ако производствената логика го позволява или изисква.

Обработка на отвори с големи диаметри

Много монтажни операции в модерното машиностроене използват дълги и големи резбови съединителни елементи със сериозни изисквания към резбонарязването. Хидравличните резбонарезни рамена могат да се справят с обработката на резби и в отвори с много големи диаметри, за които традиционно се използват резбонарезни фрези, а не метчици.

Съвременните хидравлични резбонарезни машини разполагат с голям работен обхват по отношение на разстоянието, както и с голям капацитет на обработка. Някои съвременни модели разполагат с иновативна технология, наречена автоматично ограничаване на дълбочината, която спира двигателя, когато желаната дълбочина на отвора и размер на резбата е достигната. Цифровият контрол на хода на метчика позволява прецизно управление на резбонарязването и поддържането на постоянна точност и качество на работа.

Системите за бърза и автоматизирана смяна на инструмента позволяват лесната му подмяна без специални приспособления.
Хидравличното резбонарязване е подходящо и за по-взискателни приложения като обработка на отвори в неръждаема стомана, както и нарязване на резби в лазерно пробити отвори. Макар този метод за пробиване на отвори да е доста по-бърз в сравнение с алтернативни технологии, той създава някои допълнителни предизвикателства по отношение на резбонарязването с метчик. Високите температури при лазерното рязане оказват влияние върху обработвания материал, което обикновено го прави по-твърд. В много цехове такива отвори първо се разпробиват преди в тях да бъде нарязана резба.

Благодарение на напредъка в технологиите в областта в много приложения съвременните системи за хидравлично резбонарязване елиминират тези допълнителни усилия. Допълнителната сила и мощност, присъща на хидравличните машини, преодоляват тази повишена твърдост вследствие на топлинната обработка с лазер. Така отпада необходимостта от допълнително разпробиване на отворите.

При обработката на отвори с по-големи диаметри, при които е необходим и по-голям въртящ момент, най-отчетливо проличават предимствата на съвременните технологии за резбонарязване. Често при обработка на конусни детайли дълбочината и размерът на резбата са критични. Ето защо производителите предпочитат да използват прецизни машини за обработка на отвори с ЦПУ, които позволяват прецизно управление на процеса. Дигиталният контрол на операциите по резбонарязване прави обработката на отвори с големи диаметри лесно и бързо.

Роботизирани технологии

Роботизираните системи за резбонарязване са все по-често предпочитано решение от машиностроителните компании за високообемни производства. Автоматизацията, включително възможностите за бързо и повторяемо ефективно резбонарязване на отвори с едни и същи диаметри помага за значително оптимизиране на процеса и минимизиране на разходите. В допълнение, намаляват и разходите за човешки труд, както и свързаните с работните операции рискове за здравето на персонала, като се повишава точността, скоростта и ефикасността на резбонарязване. Подобна конфигурация на операцията може да бъде извършвана дори и в lights-out среда без човешка намеса.

С помощта на роботизирано рамо детайлът може да бъде позициониран и захванат, а впоследствие машината да извърши самото резбонарязване. Когато обработващият цикъл приключи, роботът може да разтовари детайла и да зареди нов. Капацитетът и функционалността на системата в такива приложения могат значително да нараснат.

В мащабните производства във все повече модерни съвременни фабрики се инсталират и специализирани роботизирани клетки за резбонарязване, които са отлично решение за огромни серии от еднакви детайли. Голям потенциал за оптимизиране на процеса крие и колаборативната роботика, която обещава ефективно резбонарязване и в по-дребносерийни и нестандартни приложения.