Vyvrtávání (výroba) - Boring (manufacturing)
Při obrábění je vyvrtávání proces zvětšení díry, která již byla vyvrtána (nebo odlita ) pomocí jednobodového řezného nástroje (nebo vyvrtávací hlavy obsahující několik takových nástrojů), například při vyvrtávání hlavně zbraně nebo válec motoru . Vyvrtávání se používá k dosažení větší přesnosti průměru díry a lze ji použít k vyříznutí zúžené díry. Na vrtání lze pohlížet jako na protějšek soustružení s vnitřním průměrem , který snižuje vnější průměry.
Existují různé typy vrtání. Vyvrtávací tyč může být podepřena na obou koncích (což funguje pouze v případě, že stávající otvor je průchozí otvor), nebo může být podepřen na jednom konci (který funguje pro oba průchozí i slepé otvory ). Lineboring (vyvrtávání čar, vyvrtávání čar) znamená první. Backboring (zpětné vyvrtávání, zpětné vyvrtávání) je proces dosažení skrz existující otvor a poté vyvrtání na "zadní" straně obrobku (vzhledem k vřeteníku stroje).
Vzhledem k omezením konstrukce nástrojů, která vyplývají ze skutečnosti, že obrobek nástroj většinou obklopuje, je vyvrtávání ze své podstaty poněkud náročnější než soustružení, pokud jde o sníženou tuhost upnutí nástroje, zvýšené požadavky na úhel hřbetu (omezující rozsah podpory, kterou lze poskytnout ostří) a obtížnost kontroly výsledného povrchu (velikost, tvar, drsnost povrchu ). To jsou důvody, proč je nuda vnímána jako oblast praxe obrábění sama o sobě, oddělená od soustružení, s vlastními tipy, triky, výzvami a tělem odborných znalostí, navzdory skutečnosti, že jsou do jisté míry identické.
První vyvrtávací stroj vynalezl John Wilkinson v roce 1775.
Vyvrtávání a soustružení mají abrazivní protějšky při vnitřním a vnějším válcovém broušení . Každý proces je vybrán na základě požadavků a hodnot parametrů konkrétní aplikace.
Použité obráběcí stroje
Vyvrtávací proces lze provádět na různých obráběcích strojích , včetně (1) univerzálních nebo univerzálních strojů, jako jsou soustruhy (/ soustružnická centra) nebo frézky (/ obráběcí centra), a (2) stroje určené ke specializaci na vyvrtávání jako primární funkce, například souřadnicové vyvrtávačky a vyvrtávačky nebo vyvrtávačky , které zahrnují vertikální vyvrtávačky (obrobek se otáčí kolem svislé osy, zatímco vyvrtávací tyč / hlava se pohybuje lineárně; v podstatě svislý soustruh) a vodorovné vyvrtávačky (obrobek sedí na stole zatímco vyvrtávací tyč se otáčí kolem vodorovné osy; v podstatě specializovaná vodorovná frézka).
Vyvrtávačky a frézky
Rozměry mezi kusem a nástrojovým vrtákem lze změnit kolem dvou os, aby se vertikální a horizontální řez do vnitřního povrchu. Řezný nástroj je obvykle jednobodový, vyrobený z rychlořezné oceli M2 a M3 nebo karbidu P10 a P01 . Zúžený otvor lze také vytvořit otočením hlavy.
Vyvrtávací stroje přicházejí v široké škále velikostí a stylů. Vyvrtávací operace na malých obrobcích lze provádět na soustruhu, zatímco větší obrobky se obrábějí na vyvrtávacích frézách. Obrobky mají průměr obvykle 1 až 4 metry (3 ft 3 v až 13 ft 1 v), ale mohou být až 20 m (66 ft). Požadavky na výkon mohou činit až 200 koňských sil (150 kW). Chlazení otvorů se provádí dutým průchodem vyvrtávací tyčí, kde může volně proudit chladicí kapalina. Disky ze slitiny wolframu jsou utěsněny v tyči, aby se zabránilo vibracím a chvění během vrtání. Řídicí systémy mohou být počítačové, což umožňuje automatizaci a vyšší konzistenci.
Vzhledem k tomu, že vyvrtávání má snížit tolerance produktu u již existujících otvorů, platí několik konstrukčních úvah. Za prvé, velké průměry délky k díře nejsou upřednostňovány kvůli vychýlení řezného nástroje. Dále jsou upřednostňovány průchozí otvory před slepými otvory (otvory, které neprocházejí tloušťkou obrobku). Přednostně se předchází přerušovaným vnitřním pracovním povrchům - tam, kde mají řezný nástroj a povrch diskontinuální kontakt. Vyvrtávací tyč je vyčnívající rameno stroje, které drží řezný nástroj (nástroje), a musí být velmi tuhé.
Kvůli právě zmíněným faktorům jsou vrtání hlubokých děr a vrtání hlubokých děr neodmyslitelně náročnou oblastí praxe, která vyžaduje speciální nástroje a techniky. Přesto byly vyvinuty technologie, které produkují hluboké díry s působivou přesností. Ve většině případů se jedná o diametrálně odlišné body řezu, jejichž vychylovací síly se navzájem ruší. Obvykle také zahrnují dodávku řezné kapaliny čerpané pod tlakem nástrojem do otvorů v blízkosti řezných hran. Klasickým příkladem jsou vrtání zbraní a vrtání děla. Tyto techniky obrábění, které byly původně vyvinuty pro výrobu sudů střelných zbraní a dělostřelectva, nacházejí dnes široké využití pro výrobu v mnoha průmyslových odvětvích.
V CNC řízeních jsou k dispozici různé pevné cykly pro vyvrtávání . Jedná se o předprogramované podprogramy, které nástrojem procházejí po sobě jdoucích průsecích řezu, zasunutí, posunu, opětného řezání, opětovném zasunutí, návratu do výchozí polohy atd. Nazývají se pomocí G-kódů, jako jsou G76, G85, G86, G87, G88, G89; a také jinými méně běžnými kódy specifickými pro konkrétní výrobce ovládacích prvků nebo výrobce obráběcích strojů.
Soustruhy
Vyvrtávání soustruhu je řezací operace, při které se pomocí jednobodového řezného nástroje nebo vyvrtávací hlavy vytvoří kuželovité nebo válcové povrchy zvětšením existujícího otvoru v obrobku. U nezaříznutých otvorů se řezný nástroj pohybuje rovnoběžně s osou otáčení. U kuželových otvorů se řezný nástroj pohybuje v úhlu k ose otáčení. Pomocí vyvrtávacích aplikací lze vyrobit geometrie od jednoduchých po extrémně složité v různých průměrech. Vyvrtávání je jednou z nejzákladnějších soustružnických operací vedle soustružení a vrtání.
Vyvrtávání soustruhu obvykle vyžaduje, aby byl obrobek držen ve sklíčidle a otáčen. Jak se obrobek otáčí, vyvrtává se. lišta s vložkou připevněnou ke špičce lišty se přivádí do existujícího otvoru. Když řezný nástroj zabírá s obrobkem, vytvoří se tříska. V závislosti na typu použitého nástroje, materiálu a rychlosti posuvu může být tříska kontinuální nebo segmentovaná. Vyrobený povrch se nazývá vrtání.
Geometrie vytvářená vyvrtáváním na soustruhu je obvykle dvou typů: přímé otvory a kuželové otvory. V případě potřeby lze ke každému tvarovému otvoru přidat také několik průměrů. Pro vytvoření úkosu může být nástroj podán pod úhlem k ose otáčení nebo mohou být souběžné jak posuvné, tak axiální pohyby. Rovné díry a zahloubení se vytvářejí pohybem nástroje rovnoběžně s osou otáčení obrobku.
Čtyři nejčastěji používaná upínací zařízení jsou sklíčidlo se třemi čelistmi, sklíčidlo se čtyřmi čelistmi, kleština a čelní deska . Sklíčidlo se třemi čelistmi se používá k držení kulatých nebo šestihranných obrobků, protože práce je automaticky vystředěna. Na těchto sklíčidlech čelí házení omezením; na CNC modelech s pozdním modelem může být docela nízká, pokud jsou všechny podmínky vynikající, ale tradičně je to obvykle nejméně 0,001 - 0,003 palce (0,025 - 0,075 mm). Čtyřčelisťové sklíčidlo se používá buď k uchycení nepravidelných tvarů, nebo k uchycení kulatého nebo šestihranného k extrémně malému házení (s časem stráveným označováním a upínáním každého kusu), v obou případech kvůli své nezávislé činnosti na každou čelist. Čelní deska se také používá pro nepravidelné tvary. Kleštiny kombinují samostředicí upínání s nízkým házením, ale vyžadují vyšší náklady.
U většiny aplikací pro vyvrtávání soustruhů lze snadno dodržet tolerance větší než ± 0,10 mm (± 0,25 mm). Tolerance odtud až do ± 0,135 mm (± 0,13 mm) jsou obvykle udržovány bez zvláštních obtíží nebo výdajů, dokonce i v hlubokých dírách. Tolerance mezi ± 0,004 in (± 0,10 mm) a ± 0,001 in (± 0,025 mm) jsou tam, kde výzva začíná stoupat. V hlubokých dírách s tak malými tolerancemi je limitujícím faktorem stejně často geometrické omezení jako omezení velikosti. Jinými slovy, může být snadné udržet průměr v 0,002 "v jakémkoli průměru diametrálního měření, ale obtížné udržet válcovitost díry v zóně vymezené omezením 0,002" ve více než 5 průměrech díry hloubka (hloubka měřená jako průměr: poměr stran hloubky ). U aplikací s nejvyšší přesností lze tolerance tolerovat v rozmezí ± 0,013 mm pouze pro mělké díry. V některých případech mohou být v mělkých dírách dodrženy tolerance až ± 0,0001 palce (± 0,0038 mm), ale je to drahé a 100% kontrola a ztráta nevyhovujících dílů se zvyšují o náklady. Broušení, honování a lapování jsou prostředkem, kdy byly splněny limity nudné opakovatelnosti a přesnosti.
Povrchová úprava ( drsnost ) při vrtání se může pohybovat od 8 do 250 mikropalců, s typickým rozsahem mezi 32 a 125 mikropalci.
Někdy může součást vyžadovat vyšší přesnost tvaru a velikosti, než jakou lze dosáhnout vyvrtáním. Například i při optimalizovaném vrtání je množství, které se průměr mění v různých částech otvoru, zřídka menší než 3 mikrometry (0,0001 palce, „desetina“) a může snadno činit 5 až 20 mikrometrů (0,0002- 0,0008 palce, „2 až 8 desetin“). Chyba zúžení, chyby kruhovitosti a válcovitosti takové díry, i když by byly ve většině ostatních částí považovány za zanedbatelné, může být pro několik aplikací nepřijatelné. U těchto dílů je typickým následným postupem vnitřní válcové broušení . Část bude často opracována a polotovarem při obrábění, poté tepelně zpracována a nakonec dokončena vnitřním válcovým broušením.
Omezení vyvrtávání, pokud jde o jeho geometrickou přesnost (tvar, polohu) a tvrdost obrobku, se v posledních desetiletích zmenšují, jak technologie obrábění pokračuje. Například nové druhy tvrdokovových a keramických břitových destiček zvýšily přesnost a kvalitu povrchu, které lze dosáhnout bez broušení, a zvýšily rozsah hodnot tvrdosti obrobku, které jsou proveditelné. Práce na tolerancích pouze několika mikrometrů (několik desetin) však nutí výrobní proces racionálně čelit a kompenzovat skutečnost, že žádný skutečný obrobek není ideálně tuhý a nepohyblivý. Pokaždé, když je proveden řez (bez ohledu na to, jak malý), nebo dojde ke změně teploty o několik stovek stupňů (bez ohledu na to, jak dočasná), je pravděpodobné, že obrobek nebo jeho část vystoupí do nového tvaru, dokonce pokud je pohyb extrémně malý. V některých případech je pohyb zlomku mikrometru v jedné oblasti zesílen pákovým způsobem, aby se vytvořila polohová chyba několika mikrometrů pro prvek obrobku vzdálený několik decimetrů . Jsou to faktory, jako jsou tyto, které na rozdíl od vnitřního a vnějšího válcového broušení někdy vylučují dokončování vrtáním a soustružením . V krajním případě nemusí stačit žádná dokonalost obrábění nebo broušení, když se v následujících dnech nebo měsících, i přes to, že je součást vyrobena, v toleranci odchýlí. Když jsou inženýři konfrontováni s takovýmto případem, vede to k hledání dalších materiálů obrobku nebo alternativních návrhů, které se tak moc nespoléhají na nehybnost prvků na mikroskopických nebo nano stupnicích.
Viz také
Reference
Bibliografie
- Kalpakjian, Schmid (2001), Manufacturing Engineering and Technology , Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall
- Todd, Robert H .; Allen, Dell K. (1994), Manufacturing Processes Reference Guide , New York, NY, USA: Industrial Press