Съображения при пробиване на отвори с големи диаметри

• Ако отворите са с голям диаметър, например над 50 мм, използването на монолитни твърдосплавни свредла става не толкова икономично
  
  
• Изборът на правилната геометрия и клас за пробивания материал е основен компонент от процеса на планиране
  
  
• Външните вложки са проектирани за високи скорости на рязане и могат да имат CVD покритие, което също да подпомогне работата на инструмента

Пробиването е бърз, икономичен и ефективен метод за изработване на отвори. Ако отворите са с голям диаметър обаче, например над 50 мм, използването на монолитни твърдосплавни свредла става не толкова икономично, като същото се отнася в известна степен и за свредлата със сменяеми глави. Експертите препоръчват в такива ситуации да се използват свредла със сменяеми вложки.

Свредлата със сменяеми вложки обикновено имат две вложки и тяло от закалена стомана. Използват се централна (вътрешна) вложка и периферна (външна) вложка, като периферната вложка често стандартно разполага с режещ ръб тип wiper. Свредлата за по-големи диаметри могат да имат повече от две вложки. Броят им се избира въз основа на размера на вложките, които трябва да осигурят правилната степен на припокриване, за да се получи пълният диаметър на свредлото.

В зависимост от оперативните изисквания и материалът, който се реже, тези вложки могат да бъдат еднакви по размер и форма, но с различни класове, или могат да бъдат напълно различни вложки. Тази гъвкавост по отношение на вложките позволява на операторите да изберат наистина най-подходящия инструмент за конкретното приложение. Трябва да се има предвид обаче, че ако се използват вложки с големи размери, ще се получат и стружки с големи размери. Вложките с квадратна и триъгълна форма обикновено се използват в комбинация, защото те прекъсват стружките и ги чупят на по-лесно управляеми части.

Лесен начин да се предвидят резултатите от създаването на отвора е да се определи най-добрият начин за получаването на необходимите диаметър и дълбочина с желаното качество. Изборът на свредло се влияе и от установката на машината, както и от формата и материала на детайла.

Избор на свредло

При избора на свредло трябва да се отчетат следните фактори: какъв е материалът, който ще се реже и каква е твърдостта му; има ли материалът добри свойства на стружкочупене или ще генерира дълги стружки, които се оплитат; има ли детайлът тънки стени, които вибрират, или други проблемни характеристики. По отношение на машината е важно да се вземе предвид дали установката е стабилна и дали е хоризонтална или вертикална (въртяща се или не), дали шпинделът е в добро работно състояние, дали обемът на охлаждащата течност е достатъчен и дали се генерира достатъчно налягане за свредла с големи диаметри, както и дали машината има достатъчно мощност и въртящ момент за изработката на отвори с големи диаметри.

Самият процес на пробиване зависи от добрата стартова позиция. Праволинейността, кръглостта и цялостната форма на отвора са много по-добри, ако се започне в перфектна позиция. Затова е важно да е налице инструмент със самоцентрираща геометрия. Стартовата позиция определя почти всички характеристики на отвора.

Коравината е от ключово значение. Колкото по-стабилен е процесът на пробиване, толкова по-добри стават резултатите. А стабилността и резултатите от обработката зависят от коравината на инструмента, шпиндела на машината, захващането и самия детайл.

Свредлата със сменяеми пластини се отличават с конструкции, подпомагащи поддържането на инструмента центриран при навлизане в материала, и осигуряващи ефективно рязане и добър финиш. Това се постига чрез използването на свредло с две вложки - вътрешна и външна.

Всяка ротация на инструмента, при която режещият ръб докосва стената, оставя резка по стената на отвора, подобно на следите, оставащи при процес на струговане. Тези линии могат да бъдат елиминирани чрез вложка с режещ ръб тип wiper, който оставя гладка повърхност.

При твърдосплавните свредла опашката се шлифова прецизно, за да осигури максимална сила на захващане в държача. Опашките също се подготвят за специфично навлизане на охлаждащата течност за стандартно високо налягане, а някои са предназначени и за мазане с минимално количество смазка (minimum quantity lubrication, MQL).

Процесът

Пробиването по своята същност е процес на груба обработка. В повечето случаи то е последвано от нарязване на резба, разстъргване или райбероване. Понякога тези вторични операции могат да спасят лошо изработен отвор, но по-често един лошо пробит отвор означава бракуване на детайла.

Някои твърдосплавни свредла имат характеристики, позволяващи получаването на отвори с високо качество, като понякога модифицирани геометрии могат дори да заменят инструмент за фино разстъргване. По-големите свредла обаче обикновено не трябва да се използват като инструменти за финишна обработка.

Оптимизирането на процеса на пробиване започва във фазата на планиране, която трябва да включва тестови срезове. По време на този етап може да се получи представа за експлоатационния живот на инструмента, да се определят скоростите и подаванията и да се разбере как ще се износят вложките. Целта е да се добие идея за това колко продължително и колко тежко да се натоварват инструментите, за да се постигне максимална производителност, като същевременно се получи представа и за тяхната прогнозируемост.

Според експертите прогнозируемостта е много важен фактор, поради което изборът на правилната геометрия и клас за пробивания материал е основен компонент от процеса на планиране. След това настройките се оптимизират чрез провеждането на тестове и установяването на добри процеси на стружкочупене и рязане.
Мощността на металорежещата машина също е неразделна част от уравнението. След като се установят задоволителните експлоатационни параметри, операторът трябва да следи мощността на машината и да обърне внимание на всяка промяна в шума и вибрациите. Вибрациите водят не само до нежелан шум, те повреждат вложките.

Тестването спомага за определяне на максималния експлоатационен живот на инструмента. След това към този живот се прилага буфер, който предоставя безопасно и прогнозируемо време за смяна на вложките. Когато свредлото е оптимизирано, износването обикновено се следи на база изработката на предварително определен брой отвори или детайли. Разбира се, опитните оператори винаги следят и за необичаен шум и вибрации. Поуката е компаниите да слушат операторите си, защото те слушат машините.

Това е особено важно, когато се използват нови свредла. Машинните оператори са много чувствителни към шума, който генерира оборудването. Те наистина знаят как трябва да звучи едно свредло и че ако възникне някакъв проблем, шумът ще е първият индикатор за това, както и вибрациите.

По време на пробиването граничната повърхност между инструмента и детайла не се вижда. Това затруднява бързото отстраняване на възникнали проблеми. При другите видове механична обработка например, един прост поглед към получаващите се стружки може да предостави много информация въз основа на техните размери, форма и цвят.

При процеса на пробиване работата се извършва под повърхността на детайла. Ако в отвора възникне проблем, то когато операторът види стружките, вероятно вече ще бъде прекалено късно да се предприемат някакви действия, тъй като свредлото може да се е заварило към детайла.
Наблюдението и слушането на машината могат да дадат индикатор и кога инструментът се затруднява със задачата. Подмяната на вложка и промяната на настройките на рязане обикновено могат да разрешат този проблем.

Скорост и износване

Скоростта е ниска в централната зона на отвора, защото диаметърът е много малък. Стойността й обаче може да бъде много висока в края на външния диаметър. Външните вложки са проектирани за тези високи скорости и могат да имат CVD покритие, което също да подпомогне работата на инструмента.

Не е изненада, че когато се използват инструменти със сменяеми вложки, подмяната им е важен процес. Въпреки че в този период машината не реже метал, това е отлична възможност за инспектиране на вложките за нежелано износване, почистване на седлото и потвърждаване, че инструментът е все още годен за експлоатация.

Износването на задната повърхнина на режещия ръб е предпочитаният тип износване, когато е равномерно на двете вложки. Прекомерното износване от този вид обаче може да доведе до лош повърхностен финиш, разбити отвори и увеличена мощност на машината.

Причината за износването на задната повърхнина на режещия ръб е прекалено високата скорост на рязане. Понижаването й може да разреши проблема. Друга възможна причина е използването на клас, който не притежава достатъчна износоустойчивост.

Други форми на износване, като пластична деформация, нащърбване и др., също могат да се проявят при пробиване. Важно е да може те да бъдат забелязани, в идеалния случай във фазата на тестване, за да се елиминира рискът от счупване на инструмента и да се удължи прогнозният му експлоатационен живот.

Действащи сили

Аксиалните сили, въртящият момент и енергопотреблението на шпиндела обикновено се покачват много бавно и плавно. Ако това покачване стане прекалено рязко, то това е индикатор, че е достигната действителната граница на експлоатационния живот на инструмента.

Ако се следва този принцип, може да се извлече максималният сервизен живот на режещите ръбове. Това е широко разпространено при операции на механична обработка, чрез които се получават хиляди части в една партида. Когато се обработват големи отвори обаче, има други начини да се гарантира производителност и дълъг живот на инструмента.

Ако при нарастване на силите на рязане се появяват вибрации и ако повърхностният финиш започне да се влошава, това може да е индикатор, че вложката може да се счупи скоро. Също така, ако в свредлото са заредени две (или повече) различни вложки, те вероятно няма да се износят в еднаква степен.

В такива случаи повечето оператори биха сменили и двете вложки едновременно, за да запазят нивото на прогнозируемост. В производствената среда обаче е често разпространена практика да се подмени само една вложка, но това изисква по-внимателно наблюдение на процеса на рязане.

Силите, генерирани от рязането, са свързани до голяма степен с вида на използваната вложка. Вложките със стружкочупачи прилагат големи сили на рязане, за да отчупят стружката. От друга страна, материалите, от които са изработени детайлите и които не се характеризират с много висока твърдост, например високотемпературни сплави, изискват плавно режещо действие. Тези сплави изискват режещ ръб със силно положителен преден ъгъл, осигуряващ по-малки режещи сили. Ситуацията може да се оптимизира чрез използването на различни вложки с различни режещи ръбове.

Стружки и охлаждане

Ако има проблем с процеса на пробиване, то операторът ще разбере за него доста бързо. В случай че стружките в началото на среза изглеждат необичайно, то това ще продължи в рамките на целия процес. Причината е, че вероятно се използват грешна геометрия и параметри на рязане.
По време на един производствен процес за малко време се генерират много стружки. Поради липсата на предимството да се вижда зоната на рязане е изключително важно стружките да се извеждат от отвора бързо.

Охлаждащата течност обикновено е най-добрият избор за отвеждане на стружките от зоната на рязане с цел предотвратяване на запушването на отвора. Повечето машини предлагат променливи налягания и обеми на охлаждащата течност за ефективно отвеждане на стружките, избягвайки възникването на вибрации.

Запушването на отвора, заваряването и счупването на инструмента са възможните последствия от лошото управление на стружките. Отворите с голям диаметър обикновено се изработват в детайли, които са с висока стойност. Затова вместо да рискуват счупване на вложката по време на процеса на механична обработка, което може да повреди детайла необратимо, операторите предпочитат да бъдат по-внимателни и да сменят инструментите, когато има някакво съмнение.

Експертите обясняват, че е честа практика да се определи времето за смяна на вложките по време на тестване, обикновено на база параметър като брой изработени отвори или брой части в партидата, след което стойността да се намали с 10% или повече за самия производствен процес. Това се дължи на факта, че ситуацията се изменя по време на производствения процес – температурата в работната зона може да се повиши или дори да се стигне до промяна в твърдостта на обработвания материал.

Няма правилен или погрешен начин да се реши кога трябва да се сменят вложките. Множество фактори, включително обема на детайлите, са от значение. Ако се изработват хиляди малки детайли, които не са с голяма стойност, бракуването на един от тях може да не е толкова съществено, за да се увеличи максимално животът на инструмента и да се редуцират разходите. От другата страна е производството на много малки партиди от много скъпи детайли. Бракуването на един от тях заради счупване на свредлото в отвора би било недопустимо, когато се сравни цената на инструмента с тази на частта.