Обработване на отвори

Пробиването на отвори обхваща обособен клас обработващи операции, които се прилагат специално за оформяне на отвори в детайли. Обработката придава дадени свойства на детайла чрез отнемане на ненужния материал и включва използването на обработваща машина, режещ инструмент и съответните приспособления.

Пробиването на отвори може да се извършва на различни машини, включително общо металорежещо оборудване като фрези или стругове с ЦПУ. Съществува и специализирано оборудване за пробиването на отвори като например пробивни преси или щанци.

Обработваният детайл представлява парче от предварително оформен материал, закрепено към фиксатор, който е монтиран на платформа, принадлежаща към машината. Режещият инструмент е цилиндричен инструмент с остри зъбци, който е захванат във вътрешността на устройство, наречено патронник.

Патронникът е прикрепен към шпиндела, който върти инструмента с високи скорости. Чрез подаване на въртящия се инструмент в детайла се отнема материал под формата на стружки, за да се създаде желаният отвор.

Операциите по пробиване на отвори обикновено се извършват заедно с много други операции при обработката на даден детайл. Възможно e пробиването на отвори да се извършва и като вторичен процес за обработка на съществуващ детайл, получен например след леене или коване. 

Това обикновено се прави, за да се добавят качества или свойства, които биха били твърде скъпи за формиране по време на първичния процес, както и с цел подобряване на точността на обработка или повърхностното покритие на създадените при първичния процес отвори.

Отворите биват с много различни форми. Проходните минават изцяло през детайла. Слепите отвори се пробиват само до определена дълбочина. Прекъснатите отвори се пресичат в някакъв момент с други отвори в детайла. 

Отворът може също така да има наклонен ъгъл на влизане или излизане. Отворите могат да бъдат пробити с цел преминаване на охлаждаща течност или да осигурят достъп за инспекция на даден детайл. Отворите могат също да бъдат с монтажна цел и да включват резба за влагането на крепежни елементи.

Характеристики на обработваните отвори
При машинната обработка отворът е с цилиндрична форма. Тя се изрязва в детайла чрез въртящ се режещ инструмент, който навлиза аксиално в обработвания детайл. Отворът има същия диаметър като този на режещия инструмент и съответства на геометрията му (която може да включва заострен край).

Нецилиндрични отвори или джобове също могат да бъдат обработени, но те изискват прилагането на операции по фрезоване. Макар че всички обработвани отвори имат еднаква основна форма, те могат да придобият различни свойства по време на обработката, за да отговорят най-добре на дадено приложение. Обработваният отвор се характеризира с няколко различни параметъра, които определят нужните операции за изработването му и необходимите за това инструменти.

Диаметър - отворите могат да се обработват с голямо разнообразие от диаметри, определени от избрания инструмент. Режещите инструменти, използвани за производство на отвори, се предлагат в стандартни размери, които могат да бъдат едва 0,05 мм и да достигнат над 70 мм в диаметър.

Съществуват различни стандарти за диаметрите на обработваните отвори, които се изразяват чрез фракции от стандартни размери, буквени, числови и метрични означения. За специални приложения може да се създаде персонализиран инструмент за обработка на отвор с нестандартен диаметър, но при традиционната обработка е по-рентабилно да се използва най-близкият инструмент със стандартен размер.

Точност - при всяка машинна обработка прецизността на рязането може да бъде повлияна от няколко фактора, включително остротата на инструмента, всякакви вибрации на инструмента или натрупването на стружки от материал. Предписаната точност на отвора определя операциите за неговото пробиване, тъй като не всички са подходящи за пробиване на отвори с висока точност.

Дълбочина - обработеният отвор може да достига до точка вътре в заготовката, без да преминава изцяло през нея – сляп отвор, или да преминава изцяло през детайла – проходен отвор. Слепият отвор може да има и плоско дъно, но обикновено завършва в една точка, формирана от заострения край на инструмента.

Когато се указва дълбочината на даден отвор, може да се посочи дълбочината до крайната точка на сляп отвор или дълбочината до края на детайла с пълен диаметър на проходния отвор. Общата дълбочина на отвора е ограничена от дължината на режещия инструмент.

Скосен ръб (фаскa) - често срещано при обработката на отвори е скосяването на горната част на отвора в детайла. Обикновено това се прави, за да се скрие главата на крепежния елемент и тя да се изравни напълно с повърхността на детайла. Използват се два вида отвори за такива вдлъбнатини, а именно цилиндрични и конусообразни.

Резби - отворите с резба се пробиват, за да съответстват на резбован скрепителен елемент и обикновено се характеризират от външния си диаметър и стъпката на резбата. Стъпката се определя от разстоянието между върховете на напречното сечение на резбата и може да бъде изразена в английския стандарт като брой върхове на инч (TPI) или в метричен стандарт като разстоянието в милиметри (мм) между върховете.

Операции при пробиване на отвори
Има няколко операции за пробиване, като всяка използва различен тип режещ инструмент и образува различен тип отвор. Първоначалното пробиване на отвори обикновено е последвано от някакъв вид довършителни операции: разстъргване, райбероване, полиране с ролки и т. н.

Полирането с ролки е операция, която изглажда неравностите по стената на отвора и чрез нея може да се получи огледална повърхност. Хонинговането е абразивен метод, който дава много точен окончателен размер и финиш на отвора. Други съпътстващи операции след пробиването са цилиндричното и коничното зенкероване (за фаски на отвори).

Пробиване - режещият ръб на свредлото влиза аксиално към обработвания детайл и пробива сляп или проходен отвор с диаметър, равен на този на инструмента. Свредлото е многоточков инструмент и обикновено има заострен край. Най-често се използва стандартно свредло, но други видове, като свредло-център, точково свредло или метчик, могат да се използват за стартиране (маркиране) на отвор, който ще бъде завършен с друга операция.

Райбероване - разстъргващият елемент навлиза аксиално в обработвания детайл и увеличава съществуващия отвор до диаметъра на инструмента. Райберът е многоточков инструмент, който има много режещи ръбове, които могат да бъдат прави или спиралообразни. Райбероването отстранява минимално количество материал и често се извършва след пробиване, за да се получи по-точен диаметър и по-гладка вътрешна повърхност.

Нарязване на резба с метчик - метчикът влиза аксиално в обработвания детайл и нарязва вътрешна резба в съществуващ отвор. Съществуващият отвор обикновено се пробива с такъв размер на свредлото, който ще позволи нарязване на желаната резба.

Метчикът се избира въз основа на големия диаметър и стъпката на резбата. Тя може да бъдат нарязана до определена дълбочина в отвора (частична резба) или през целия проходен отвор (проходна резба).

Разстъргване - инструментът за разстъргване навлиза аксиално в обработвания детайл и реже по вътрешната повърхност на съществуващия отвор, за да се увеличи диаметърът или да се получат по-точни размери. Инструментът за разстъргване е едноточков, като може да бъде настроен да разстъргва желания диаметър с помощта на регулируема режеща глава.

Цилиндрично зенкероване - инструментът за зенкероване влиза аксиално в обработвания детайл и увеличава горната част на съществуващ отвор до диаметъра на инструмента.

Зенкероването често се извършва след пробиване, за да се осигури място главата на крепежен елемент, например болт, да се скрие в повърхността на детайла. Зенкерът има направляваща в края си, която го насочва направо в съществуващия отвор.

Конично зенкероване - инструментът за зенкероване влиза аксиално в обработвания детайл и увеличава конусообразно горната част на съществуващ отвор. Зенкероването отново често се извършва след пробиване, за да се осигури място главата на крепежен елемент да се скрие в повърхността на детайла.

Обикновено използваните ъгли за подаване на зенкерите включват 60, 82, 90, 100, 118 и 120 градуса.


Особености при пробиването на отвори
Пробиването, което е най-често прилаганият процес за изработване на отвори, изразходва половината от режещите инструменти, използвани при останалите процеси с отделяне на стружки. В повечето случаи свредлото създава цилиндрична дупка чрез въртеливо движение, като се врязва в неподвижен детайл.

Когато изработването на отвори се извършва на струг, свредлото се фиксира, а детайлът се завърта. Тъй като по-голямата част от отнемането на материал и генерирането на стружки се извършва в затвореното пространство на отвора, смазването е критично.

Охлаждащите средства мажат режещия инструмент, охлаждат точката на пробиване и помагат за отстраняването на стружките.

Основен проблем при изработването на отвори е отклонението на свредлото.

По правило, твърдостта на свредлото е пропорционална на четвърта степен на неговия диаметър. Поради многобройните видове инструменти и методи за пробиване на отвори, изборът им се определя от редица фактори, включително: крайния размер на отвора; дълбочината на отвора; изискваните отклонения; вида на пробивания материал; необходимото количество отвори.

Пробиване на плитки и дълбоки отвори
Процесите на пробиване се делят на пробиване на плитки отвори, което е най-често срещано, и на дълбоко пробиване. Плитък отвор се определя като отвор с малко съотношение на дълбочина към диаметър.

Обикновено това включва отвори до 30 мм с дълбочина не повече от 5 или 6 пъти този диаметър. При отворите с диаметър по-голям от 30 мм, плитки са тези, които са с дълбочина не повече от 2,5 пъти диаметъра на отвора.

Плитки отвори обикновено се пробиват с едно движение. Пробиването по-дълбоко с конвенционални свредла изисква многократно изтегляне на свредлото, за да се изчистят стружките от режещите ръбове на свредлото. Пробиването на дълбоки отвори е по-трудно, главно поради нуждата от поддържане на отвора прав, и изисква специални свредла, водачи, оборудване и методи.

Един от тези методи се нарича трепанация. Това включва изрязване на кръгов срез с помощта на инструмент за рязане с кухина. Резултатът е изрязване под формата на външен пръстен, докато централното ядро от материал падне през пробития отвор. По този начин отворите с по-голям диаметър могат да се пробиват, като се използва по-малко енергия и се отделят по-малко стружки.

Машини и параметри за пробиване на отвори
Вертикалните пробивни машини са сред широко разпространеното оборудване в производствените цехове. Много отвори в производството обаче изискват по-продуктивно и сложно оборудване, включително стругове, обработващи центрове и високопроизводителни автомати.

За пробиване на големи детайли може да се използват радиални бормашини. Главата на свредлото може да се вмъкне и излезе от колоната на машината и да се завърти около колоната до почти всяка точка. Автоматично захранващите се пробивни агрегати извършват автоматично повторяеми операции. Те могат да бъдат настроени за пробиване, както и за вторични довършителни операции за отвори.

Многошпинделните пробивни машини типично се използват в масовото производство. Ротационното им движение се генерира от централен източник и се предава на множество шпиндели. Автоматичните центровете извършват както резбонарязване, така и пробиване.

Два от основните параметри, характеризиращи точното и ефективно пробиване, са: скоростта на рязане, която се измерва в периферията на тялото за пробиване и се изразява в периферна скорост на минута; скоростта на подаване или проникване, която представлява разстоянието на проникване в материала за единица време, изразено в милиметри на минута. По правило, колкото по-твърд е материалът, толкова по-бавна е скоростта на рязане и подаване.