Vrtání - Drilling
Vrtání je řezný proces, který používá vrták k vyříznutí otvoru kruhového průřezu do pevných materiálů. Vrták je obvykle rotační řezací nástroj , často vícebodový. Vrták je přitlačen k obrobku a otáčí se rychlostí od stovek do tisíců otáček za minutu . To tlačí ostří proti obrobku a při vrtání odřízne třísky (třísky) z otvoru.
Při vrtání hornin se otvor obvykle neprovádí kruhovým řezným pohybem, ačkoli se bit obvykle otáčí. Místo toho je otvor obvykle vytvořen zatloukáním vrtáku do otvoru rychle opakovanými krátkými pohyby. Zatloukání lze provádět z vnějšku otvoru ( vrtací kladivo s horním kladivem ) nebo z otvoru ( vrták s vrtáním dolů , DTH). Vrtáky používané pro horizontální vrtání se nazývají drifterské vrtáky .
Ve výjimečných případech se k řezání otvorů nekruhového průřezu používají speciálně tvarované bity; čtvercový průřez je to možné.
Proces
Vyvrtané otvory se vyznačují ostrou hranou na vstupní straně a přítomností otřepů na výstupní straně (pokud nebyly odstraněny). Také vnitřek otvoru má obvykle šroubovicové značky posuvu.
Vrtání může ovlivnit mechanické vlastnosti obrobku vytvořením nízkých zbytkových napětí kolem otvoru otvoru a velmi tenké vrstvy vysoce namáhaného a narušeného materiálu na nově vytvořeném povrchu. To způsobí, že obrobek bude náchylnější ke korozi a šíření trhlin na namáhaném povrchu. Aby se těmto škodlivým podmínkám zabránilo, lze provést dokončovací operaci.
U skládaných vrtáků jsou všechny třísky odstraněny pomocí drážek. Čipy mohou tvořit dlouhé spirály nebo malé vločky, v závislosti na materiálu a procesních parametrech. Typ utvářených třísek může být indikátorem obrobitelnosti materiálu, přičemž dlouhé třísky naznačují dobrou obrobitelnost materiálu.
Pokud je to možné, vyvrtané otvory by měly být umístěny kolmo k povrchu obrobku. To minimalizuje tendenci vrtáku „chodit“, to znamená, že je vychýlen z předpokládané středové osy otvoru, což způsobí nesprávné umístění otvoru. Čím vyšší je poměr délky vrtáku k průměru, tím větší je tendence chodit. Sklon k chůzi je také předcházen různými jinými způsoby, mezi které patří:
- Vytvoření středicí značky nebo prvku před vrtáním, například:
- Lití , lisování nebo kování značky do obrobku
- Středové děrování
- Bodové vrtání (tj. Středové vrtání)
- Bodové obrábění, což je obrábění určité oblasti na odlitku nebo kování za účelem vytvoření přesně umístěné plochy na jinak drsném povrchu.
- Omezení polohy vrtáku pomocí vrtacího přípravku s pouzdry vrtáku
Povrchová úprava vytvořená vrtáním se může pohybovat od 32 do 500 mikro palců. Dokončovací řezy budou generovat povrchy v blízkosti 32 mikropalců a hrubování se bude blížit 500 mikropalcům.
Řezná kapalina se běžně používá k ochlazení vrtáku, prodloužení životnosti nástroje, zvýšení rychlosti a posuvu , zvýšení povrchové úpravy a pomoci při vysouvání třísek. Aplikace těchto kapalin se obvykle provádí zaplavením obrobku chladicí kapalinou a mazivem nebo aplikací postřikové mlhy.
Při rozhodování, které vrtáky použít, je důležité zvážit daný úkol a vyhodnotit, který vrták by nejlépe splnil daný úkol. Existuje celá řada stylů vrtání, z nichž každý slouží jinému účelu. Podmořský vrták je schopen vrtat více než jeden průměr. Rydlový vrták se používá k vrtání větších velikostí otvorů. Indexovatelný vrták je užitečný při správě čipů.
Bodové vrtání
Účelem bodového vrtání je vyvrtat otvor, který bude fungovat jako vodítko pro vrtání konečného otvoru. Otvor je vyvrtán pouze částečně do obrobku, protože slouží pouze k vedení začátku dalšího procesu vrtání.
Středové vrtání
Středová vrtačka je nástroj se dvěma břity, který se skládá ze spirálového vrtáku se zahloubením 60 °; používá se k vrtání středových otvorů zahloubení do obrobku, který má být namontován mezi středy pro soustružení nebo broušení.
Vrtání hlubokých děr
Vrtání hlubokých otvorů je definováno jako vrtání otvoru s hloubkou větší než desetinásobek průměru otvoru. Tyto typy otvorů vyžadují speciální vybavení, aby byla zachována přímost a tolerance. Dalšími faktory jsou zaoblení a povrchová úprava.
Vrtání hlubokých děr je obecně dosažitelné pomocí několika nástrojů, obvykle vrtání pistolí nebo vrtání BTA. Ty se rozlišují podle způsobu vstupu chladicí kapaliny (interní nebo externí) a metody odstraňování třísek (interní nebo externí). Používání metod, jako je rotující nástroj a protiběžný obrobek, jsou běžnými technikami k dosažení požadovaných tolerancí přímosti. Mezi sekundární metody nástrojů patří trepanování, bruslení a leštění, vytahování nebo vyvrtávání lahví. Konečně je k řešení tohoto problému k dispozici nový druh technologie vrtání: vibrační vrtání. Tato technologie štěpí třísky pomocí malých řízených axiálních vibrací vrtáku. Malé třísky lze snadno odstranit drážkami vrtáku.
K ovládání síly , točivého momentu , vibrací a akustických emisí se používá špičkový monitorovací systém . Vibrace jsou považovány za hlavní vadu při vrtání hlubokých děr, která může často způsobit zlomení vrtáku. Na pomoc při tomto druhu vrtání se obvykle používá speciální chladicí kapalina.
Vrtání zbraní
Vrtání zbraní bylo původně vyvinuto k vrtání hlavně a běžně se používá k vrtání hlubokých děr menšího průměru. Poměr hloubky k průměru může být dokonce větší než 300: 1. Klíčovou vlastností vrtání zbraní je, že bity jsou samostředící; právě to umožňuje tak hluboké přesné otvory. Bity používají rotační pohyb podobný kroucenému vrtáku; bity jsou však navrženy s ložiskovými podložkami, které kloužou po povrchu otvoru a udržují vrták uprostřed. Vrtání zbraní se obvykle provádí při vysokých rychlostech a nízkých rychlostech posuvu.
Trepanning
Trepanning se běžně používá k vytváření otvorů s větším průměrem (až 915 mm (36,0 palce)), kde standardní vrták není proveditelný ani ekonomický. Trepanning odstraní požadovaný průměr vyříznutím pevného disku podobného fungování kreslícího kompasu . Trepanning se provádí na plochých výrobcích, jako je plech, žula ( curlingový kámen ), desky nebo konstrukční prvky, jako jsou I-nosníky . Trepanning může být také užitečný při vytváření drážek pro vkládání těsnění , jako jsou O-kroužky .
Microdrilling
Mikrodrtání se týká vrtání otvorů menších než 0,5 mm (0,020 palce). Vrtání otvorů na tomto malém průměru představuje větší problémy, protože vrtáky s přívodem chladicí kapaliny nelze použít a jsou vyžadovány vysoké otáčky vřetena. Vysoké otáčky vřetena, které překračují 10 000 ot / min, také vyžadují použití vyvážených držáků nástrojů.
Vibrační vrtání
První studie vibračních vrtů začaly v 50. letech 20. století (Pr. VN Poduraev, Moskevská univerzita Bauman). Hlavní princip spočívá v generování axiálních vibrací nebo oscilací kromě pohybu posuvu vrtáku tak, aby se tříska rozpadala a poté byla snadno odstraněna ze zóny řezání.
Existují dvě hlavní technologie vibračního vrtání: vibrační systémy s vlastní údržbou a systémy s nucenými vibracemi. Většina technologií vibračních vrtů je stále ve fázi výzkumu. V případě vrtání s vlastním udržováním vibrací se používá vlastní frekvence nástroje, aby při řezání přirozeně vibroval; vibrace jsou samy udržovány pomocí systému hmotné pružiny, který je součástí držáku nástroje. Jiné práce používají ke generování a ovládání vibrací piezoelektrický systém. Tyto systémy umožňují vysoké vibrační frekvence (až 2 kHz) pro malé magnitudy (asi několik mikrometrů); jsou zvláště vhodné pro vrtání malých otvorů. A konečně, vibrace mohou být generovány mechanickými systémy: frekvence je dána kombinací rychlosti otáčení a počtu kmitů na otáčku (několik kmitů na otáčku), s velikostí asi 0,1 mm.
Tato poslední technologie je plně průmyslová (příklad: SineHoling® technologie MITIS). Vibrační vrtání je upřednostňovaným řešením v situacích, jako je vrtání hlubokých děr, vrtání do více materiálů (letectví) a vrtání za sucha (bez mazání). Obecně poskytuje zlepšenou spolehlivost a lepší kontrolu nad vrtáním.
Interpolace kruhu
Kruhová interpolace , známá také jako orbitální vrtání , je proces vytváření otvorů pomocí strojních fréz.
Orbitální vrtání je založeno na otáčení řezného nástroje kolem vlastní osy a současně kolem středové osy, která je odsazena od osy řezného nástroje. Řezný nástroj lze poté pohybovat současně v axiálním směru k vrtání nebo obrábění otvoru - a/nebo kombinovat s libovolným pohybem do strany pro obrábění otvoru nebo dutiny.
Úpravou ofsetu lze k vrtání otvorů různých průměrů použít řezný nástroj určitého průměru, jak je znázorněno na obrázku. To znamená, že zásoby řezného nástroje lze podstatně snížit.
Termín orbitální vrtání pochází z toho, že řezný nástroj „obíhá“ kolem středu díry. Mechanicky vynucené, dynamické odsazení při orbitálním vrtání má oproti konvenčnímu vrtání několik výhod, které výrazně zvyšuje přesnost otvoru. Nižší Výsledky tahová síla v Burr-méně otvoru při vrtání v kovech. Při vrtání do kompozitních materiálů odpadá problém s delaminací .
Materiál
Vrtání do kovu
Při běžném používání jsou třísky unášeny vrtákem nahoru a pryč od špičky vrtáku. Břity produkují více třísek, které pokračují v pohybu třísek ven z otvoru. To je úspěšné, dokud se třísky příliš netěsní, a to buď z důvodu hlubších než normálních otvorů, nebo nedostatečného opuštění (při vrtání vrták mírně nebo úplně vyjměte z otvoru). Řezná kapalina se někdy používá ke zmírnění tohoto problému a prodloužení životnosti nástroje chlazením a mazáním toku špičky a třísky. Chladicí kapalinu lze zavádět otvory skrz dřík vrtáku, což je běžné při použití dělového vrtáku. Zejména při řezání hliníku pomáhá řezná kapalina zajistit hladký a přesný otvor a zároveň zabraňuje tomu, aby kov při vrtání otvoru zachytil vrták. Při řezání mosazi a jiných měkkých kovů, které mohou zachytit vrták a způsobují „drnčení“, je plocha cca. Na ostří lze brousit 1–2 milimetry a vytvořit tupý úhel 91 až 93 stupňů. Tím se zabrání „klábosení“, během kterého vrták spíše trhá, než řezá kov. S tímto tvarem ostří bitu však vrtačka tlačí kov pryč, než aby ho uchopila. To vytváří vysoké tření a velmi horké třísky.
Pro těžké posuvy a poměrně hluboké otvory se ve vrtáku používají vrtáky s olejovými dírami , přičemž mazivo je čerpáno do vrtací hlavy malým otvorem v bitu a vytéká podél drážkování. Při vrtání olejových děr lze použít konvenční uspořádání vrtacího lisu , ale častěji se vyskytuje u automatických vrtacích strojů, ve kterých se obrobek otáčí spíše než vrták.
V obráběcích strojích počítačového numerického řízení (CNC) se nazývá proces vrtání peckem nebo vrtání s přerušovaným řezemse používá k tomu, aby se třísky při vrtání hlubokých otvorů nehromadily (přibližně když je hloubka otvoru třikrát větší než průměr vrtáku). Peckové vrtání zahrnuje zanoření části vrtáku skrz obrobek, ne více než pětinásobek průměru vrtáku, a jeho následné zasunutí na povrch. To se opakuje, dokud není díra hotová. Upravená forma tohoto procesu, nazývanávysokorychlostní vrtání s vrtánímnebolámání třísek, vrták zatáhne pouze mírně. Tento proces je rychlejší, ale používá se pouze ve středně dlouhých otvorech, jinak vrták přehřeje. Používá se také při vrtání vláknitého materiálu k lámání třísek.
Pokud není možné přivést materiál do stroje СNС, lze použít vrtačku s magnetickou základnou. Základna umožňuje vrtání ve vodorovné poloze a dokonce i na strop. Obvykle je pro tyto stroje lepší použít frézy, protože mohou vrtat mnohem rychleji s menší rychlostí. Velikosti fréz se pohybují od 12 mm do 200 mm DIA a od 30 mm do 200 mm DOC (hloubka řezu). Tyto stroje jsou široce používány ve stavebnictví, výrobě, námořním a ropném a plynárenském průmyslu. V ropném a plynárenském průmyslu se používají pneumatické magnetické vrtačky, aby se zabránilo jiskrám, a také speciální trubkové magnetické vrtačky, které lze upevnit na trubky různých velikostí, a to i uvnitř. Vysoce výkonné kotoučové vrtačky poskytují vysoce kvalitní řešení při výrobě ocelových konstrukcí, mostních staveb, loděnic a různých oborů stavebnictví.
Vrtání do dřeva
Dřevo je měkčí než většina kovů, vrtání do dřeva je podstatně jednodušší a rychlejší než vrtání do kovu. Řezné kapaliny se nepoužívají ani nepotřebují. Hlavním problémem při vrtání dřeva je zajištění čistých vstupních a výstupních otvorů a zabránění spálení. Vyhnout se spálení je otázka použití ostrých bitů a odpovídající řezné rychlosti . Vrtáky mohou vytrhávat třísky ze dřeva kolem horní a spodní části otvoru, což je nežádoucí u jemných dřevozpracujících aplikací.
Všudypřítomné spirálové vrtáky používané při obrábění kovů také dobře fungují ve dřevě, ale mají tendenci štěpkovat dřevo při vstupu a výstupu z otvoru. V některých případech, jako v otvorů pro hrubé tesařské práce, kvalita otvoru nezáleží, a počet bitů k rychlému dělení v exist dřeva, včetně násady a self-krmení hadovitých bitů. Bylo vyvinuto mnoho typů specializovaných vrtáků pro vyvrtávání čistých otvorů do dřeva, včetně bitů s ostřím , Forstnerových vrtáků a děrovek . Čipování při výstupu lze minimalizovat použitím kusu dřeva jako podložky za obrobkem a stejná technika se někdy používá k udržení úhledného vstupu do otvoru.
Otvory ve dřevě začínají snadněji, protože vrták lze přesně umístit zatlačením do dřeva a vytvořením důlku. Bit tak bude mít malou tendenci bloudit.
Ostatní
Některé materiály, jako jsou plasty , stejně jako jiné nekovy a některé kovy, mají tendenci se dostatečně zahřívat, aby se roztáhly, čímž se otvor zmenší, než je žádoucí.
Související procesy
Níže jsou uvedeny některé související procesy, které vrtání často doprovázejí:
- Counterboring
- Tento proces vytvoří stupňovitý otvor, ve kterém větší průměr následuje za menším průměrem částečně do otvoru.
- Zahloubení
- Tento proces je podobný zahloubení, ale krok v otvoru má tvar kužele.
- Nudný
- Vyvrtávání přesně zvětšuje již existující otvor pomocí jednobodové frézy.
- Třecí vrtání
- vrtání otvorů pomocí plastické deformace předmětu (za tepla a tlaku) místo jeho řezání.
- Vystružování
- Vystružování je navrženo tak, aby zvětšilo velikost otvoru a zanechalo hladké strany.
- Bodové obložení
- To je podobné frézování, používá se k zajištění rovného povrchu stroje na obrobku v lokalizované oblasti
