Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Бурение (значения) .
Сверление титана

Сверление - это процесс резания , при котором сверло используется для вырезания отверстия круглого поперечного сечения в твердых материалах. Сверло обычно представляет собой вращающийся режущий инструмент , часто многоточечный. Бита прижимается к заготовке и вращается со скоростью от сотен до тысяч оборотов в минуту . Это прижимает режущую кромку к заготовке, срезая стружку (стружку) из отверстия по мере его сверления.

При бурении горных пород отверстие обычно не проделывается круговым режущим движением, хотя долото обычно вращается. Вместо этого отверстие обычно делается путем вбивания сверла в отверстие быстро повторяющимися короткими движениями. Ударное воздействие может выполняться снаружи отверстия ( перфоратор ) или внутри отверстия ( сверло с погружным перфоратором , DTH). Сверла, используемые для горизонтального бурения, называются бурильными молотками .

В редких случаях для вырезания отверстий некруглого поперечного сечения используются коронки специальной формы; возможно квадратное сечение. [1]

Процесс [ править ]

Просверленные отверстия характеризуются острой кромкой на входной стороне и наличием заусенцев на выходной стороне (если они не были удалены). Кроме того, внутри отверстия обычно имеются метки винтовой подачи. [2]

Сверление может повлиять на механические свойства заготовки, создавая низкие остаточные напряжения вокруг отверстия отверстия и очень тонкий слой сильно нагруженного и нарушенного материала на вновь сформированной поверхности. Это приводит к тому, что заготовка становится более восприимчивой к коррозии и распространению трещин на напряженной поверхности. Чтобы избежать этих неблагоприятных условий, может быть проведена чистовая операция.

Для сверл с канавками вся стружка удаляется через канавки. В зависимости от материала и параметров процесса стружка может образовывать длинные спирали или небольшие хлопья. [2] Тип образовавшейся стружки может указывать на обрабатываемость материала, при этом длинные стружки указывают на хорошую обрабатываемость материала.

По возможности просверленные отверстия следует располагать перпендикулярно поверхности детали. Это сводит к минимуму тенденцию бурового долота «ходить», то есть отклоняться от намеченной центральной линии отверстия, вызывая смещение отверстия. Чем выше отношение длины бурового долота к диаметру, тем больше вероятность ходьбы. Тенденция к ходьбе также предотвращается различными другими способами, в том числе:

  • Нанесение центрирующей метки или элемента перед сверлением, например:
    • Литье , формование или штамповка метки на заготовке
    • Перфорация центра
    • Точечное сверление (например, центрирование)
    • Точечная облицовка - это обработка определенной области на отливке или поковке с целью создания точно расположенной грани на шероховатой поверхности.
  • Ограничение положения сверла с помощью кондуктора со сверлильными втулками

Чистота поверхности, получаемая путем сверления, может составлять от 32 до 500 микродюймов. При чистовой резке поверхность будет составлять около 32 микродюймов, а при черновой обработке - около 500 микродюймов.

Смазочно-охлаждающая жидкость обычно используется для охлаждения сверла, увеличения срока службы инструмента, увеличения скорости и подачи , улучшения качества поверхности и помощи в удалении стружки. Эти жидкости обычно наносятся путем заливки заготовки охлаждающей и смазочной жидкости или распыления тумана. [2]

При принятии решения, какое упражнение использовать, важно рассмотреть поставленную задачу и оценить, какое упражнение лучше всего выполнит эту задачу. Существует множество стилей упражнений, каждый из которых служит своей цели. Сверло для обработки грунта может сверлить более одного диаметра. Перфоратор используется для сверления отверстий большего диаметра. Сверло со сменными пластинами полезно для удаления стружки. [2]

Точечное бурение [ править ]

См. Также: Сверло § Центровые и центрирующие сверла

Цель точечного сверления - просверлить отверстие, которое будет служить ориентиром для сверления последнего отверстия. Отверстие просверливается в заготовке только частично, поскольку оно используется только для направления начала следующего процесса сверления.

Центровочное сверление [ править ]

См. Также: Сверло § Центровые и центрирующие сверла

Центровочное сверло представляет собой инструмент с двумя зубьями, состоящий из спирального сверла с зенковкой 60 °; Используется для сверления отверстий под зенковку в заготовке, устанавливаемой между центрами для токарной обработки или шлифования.

Бурение глубоких отверстий [ править ]

Взрывная скважина длиной несколько метров, пробуренная в граните

Глубокое сверление определяется как просверливание отверстия глубиной, превышающей диаметр отверстия в десять раз. [3] Эти типы отверстий требуют специального оборудования для поддержания прямолинейности и допусков. Другие соображения - это округлость и качество поверхности.

Сверление глубоких отверстий обычно возможно с помощью нескольких инструментов, обычно ружейного сверления или сверления BTA. Они различаются по способу подачи СОЖ (внутреннему или внешнему) и методу удаления стружки (внутреннему или внешнему). Использование таких методов, как вращающийся инструмент и заготовка, вращающаяся в противоположных направлениях, являются обычными методами для достижения требуемых допусков прямолинейности. [4] К дополнительным методам обработки относятся трепанирование, затачивание и полирование, растачивание методом вытягивания или растачивание бутылок. Наконец, для решения этой проблемы доступен новый вид технологии бурения: вибрационное бурение. Эта технология измельчает стружку за счет небольшой контролируемой осевой вибрации сверла. Мелкая стружка легко удаляется канавками сверла.

Для контроля силы , крутящего момента , вибрации и акустической эмиссии используется высокотехнологичная система мониторинга . Вибрация считается серьезным дефектом при сверлении глубоких отверстий, который часто может привести к поломке сверла. Для этого типа сверления обычно используется специальная охлаждающая жидкость.

Пистолетное бурение [ править ]

Основная статья: Пистолет-дрель

Пистолетное сверление было первоначально разработано для сверления стволов ружей и обычно используется для сверления глубоких отверстий меньшего диаметра. Отношение глубины к диаметру может быть даже больше 300: 1. Ключевой особенностью ручного сверления является то, что долота самоцентрируются; это то, что позволяет делать такие глубокие точные отверстия. В долотах используется вращательное движение, подобное спиральному сверлу; однако в конструкции долота предусмотрены опорные подушки, которые скользят по поверхности отверстия, удерживая сверло в центре. Пистолетное сверление обычно выполняется на высоких скоростях и низких подачах.

Трепаннинг [ править ]

Трепанирование обычно используется для создания отверстий большего диаметра (до 915 мм (36,0 дюйма)), где стандартное сверло нецелесообразно или экономично. Трепанирование удаляет желаемый диаметр, вырезая твердый диск, аналогично работе чертежного циркуля . Трепанирование выполняется на плоских изделиях, таких как листовой металл, гранит ( камень для завивки ), пластины или конструктивные элементы, такие как двутавровые балки . Трепанирование также может быть полезно для создания канавок для вставки уплотнений , таких как уплотнительные кольца .

Microdrilling [ править ]

Микросверление - это сверление отверстий менее 0,5 мм (0,020 дюйма). Сверление отверстий такого малого диаметра представляет большие проблемы, поскольку нельзя использовать сверла с подачей СОЖ и требуются высокие скорости шпинделя. Высокие скорости шпинделя, превышающие 10 000 об / мин, также требуют использования сбалансированных державок.

Вибрационное бурение [ править ]

Титановая стружка - обычное сверление или вибрационное сверление
Вибрационное бурение многослойной штабеля из алюминия и углепластика по технологии MITIS

Первые исследования вибрационного бурения начались в 1950-х годах (пр. В. Н. Подураев, МГУ им. Баумана). Основной принцип заключается в создании осевых вибраций или колебаний в дополнение к движению подачи сверла, так что стружка разрушается и затем легко удаляется из зоны резания.

Существует две основных технологии вибрационного бурения: автономные вибрационные системы и принудительные вибрационные системы. Большинство технологий вибрационного бурения все еще находятся на стадии исследований. В случае самоподдерживающегося вибрационного сверления собственная частота инструмента используется для того, чтобы заставить его естественным образом вибрировать во время резания; вибрации самоподдерживаются системой масса-пружина, включенной в держатель инструмента. [5] В других работах используется пьезоэлектрическая система для создания и управления вибрациями. Эти системы допускают высокие частоты вибрации (до 2 кГц) при небольшой величине (около нескольких микрометров); они особенно подходят для сверления небольших отверстий. Наконец, вибрации могут создаваться механическими системами: [6] частота задается комбинацией скорости вращения и количества колебаний за один оборот (несколько колебаний за оборот) с величиной около 0,1 мм.

Эта последняя технология является полностью промышленной (пример: технология SineHoling® MITIS). Вибрационное бурение является предпочтительным решением в таких ситуациях, как сверление глубоких отверстий, сверление штабелями из нескольких материалов (аэронавтика) и сухое бурение (без смазки). Как правило, он обеспечивает повышенную надежность и больший контроль над операцией бурения.

Круговая интерполяция [ править ]

Принцип орбитального бурения

Круговая интерполяция , также известная как орбитальное сверление , представляет собой процесс создания отверстий с помощью механических фрез.

Орбитальное бурение основано на вращении режущего инструмента вокруг собственной оси и одновременно вокруг центральной оси, которая смещена от оси режущего инструмента. Затем режущий инструмент может перемещаться одновременно в осевом направлении для сверления или обработки отверстия и / или в сочетании с произвольным боковым движением для обработки отверстия или полости.

Регулируя смещение, можно использовать режущий инструмент определенного диаметра для сверления отверстий разного диаметра, как показано. Это означает, что инвентарь режущего инструмента может быть существенно сокращен.

Термин «орбитальное бурение» происходит от того, что режущий инструмент «вращается» вокруг центра отверстия. Механически принудительное динамическое смещение при орбитальном бурении имеет несколько преимуществ по сравнению с обычным бурением, которое резко увеличивает точность отверстия. Меньшая сила тяги приводит к образованию отверстия без заусенцев при сверлении металлов. При сверлении композитных материалов проблема расслаивания устраняется. [7]

Материал [ править ]

Сверление в металле [ править ]

Сверление алюминия спиральными сверлами из быстрорежущей стали со смазкой на основе метилированного спирта

При нормальном использовании стружка уносится вверх и от наконечника сверла за счет фаски сверла. Режущие кромки производят больше стружки, которая продолжает движение стружки наружу из отверстия. Это происходит до тех пор, пока стружка не набивается слишком плотно, либо из-за более глубоких, чем обычно, отверстий, либо из-за недостаточного отката (небольшое или полное извлечение сверла из отверстия во время сверления). Смазочно-охлаждающая жидкость иногда используется для облегчения этой проблемы и продления срока службы инструмента путем охлаждения и смазки наконечника и стружки. Охлаждающая жидкость может подаваться через отверстия в хвостовике сверла, что является обычным явлением при использовании ружейного сверла. При резке алюминияв частности, смазочно-охлаждающая жидкость помогает обеспечить гладкое и точное отверстие, предотвращая при этом металл от захвата сверла в процессе сверления отверстия. При резке латуни и других мягких металлов, которые могут захватывать сверло и вызывать "вибрацию", поверхность прибл. На режущую кромку можно отшлифовать 1-2 миллиметра, чтобы получить тупой угол от 91 до 93 градусов. Это предотвращает "вибрацию", во время которой сверло рвет, а не режет металл. Однако с такой формой режущей кромки сверла сверло отталкивает металл, а не захватывает его. Это создает сильное трение и очень горячую стружку.

Магнитно-сверлильный станок (производитель BDS Maschinen GmbH, Германия)

Для тяжелых загрузок и сравнительно глубоких скважин в буровом долоте используются буровые установки для нефтяных скважин, при этом смазочный материал подается в буровую головку через небольшое отверстие в долоте и вытекает по канавке. При бурении нефтяных скважин можно использовать обычный сверлильный станок , но он чаще встречается в автоматическом буровом оборудовании, в котором вращается заготовка, а не буровое долото.

В ЧПУ (CNC) станки процесс , называемом клевать бурения , или прерванное вырезать сверление , используются , чтобы стружка от вредного построения при бурении глубоких скважин (приблизительно , когда глубина отверстия в три раза больше , чем диаметр сверла) . Клевое сверление включает в себя погружение сверла в заготовку на полпути, не более чем в пять раз больше диаметра сверла, а затем вытаскивание его на поверхность. Это повторяется до тех пор, пока отверстие не будет закончено. Модифицированная форма этого процесса, называемая высокоскоростным сверлением или дроблением стружки., сверло только немного втягивается. Этот процесс быстрее, но используется только в отверстиях средней длины, иначе сверло будет перегреваться. Он также используется при сверлении волокнистого материала для разрушения стружки. [8] [9] [ самостоятельно опубликованный источник? ] [10]

Когда невозможно подвести материал к станку с ЧПУ, можно использовать сверлильный станок с магнитным основанием. Основание позволяет сверлить в горизонтальном положении и даже на потолке. Обычно для этих машин лучше использовать фрезы, потому что они могут сверлить намного быстрее при меньшей скорости. Размеры фрезы варьируются от 12 мм до 200 мм DIA и от 30 мм до 200 мм DOC (глубина резания). Эти машины широко используются в строительстве, производстве, морской и нефтегазовой промышленности. В нефтегазовой промышленности используются пневматические магнитно-сверлильные станки для предотвращения образования искр, а также специальные трубные магнитные сверлильные станки, которые можно закрепить на трубах разных размеров, даже внутри. Сверлильные станки для тяжелых условий эксплуатации предоставлять высококачественные решения в производстве стальных конструкций, мостостроении, судостроительных верфях и различных областях строительного сектора.

Сверление в дереве [ править ]

Дерево мягче большинства металлов, поэтому сверление в дереве значительно проще и быстрее, чем сверление в металле. Смазочно-охлаждающие жидкости не используются и не требуются. Основная задача при сверлении дерева - обеспечение чистоты входных и выходных отверстий и предотвращение возгорания. Чтобы избежать ожогов, необходимо использовать острые биты и соответствующую скорость резания . Сверла могут вырывать древесную стружку вокруг верха и низа отверстия, что нежелательно при тонкой деревообработке .

Повсеместно распространенные спиральные сверла, используемые в металлообработке, также хорошо работают с деревом, но они имеют тенденцию откалывать древесину на входе и выходе из отверстия. В некоторых случаях, например, в отверстиях для грубых столярных работ, качество отверстия не имеет значения, и существует ряд коронок для быстрой резки дерева, в том числе лопаты и сверла с самоподъемным шнеком . Было разработано множество типов специализированных сверл для растачивания чистых отверстий в древесине, в том числе сверла со штифтом, сверла Форстнера и кольцевые пилы . Выкрашивание на выходе можно свести к минимуму, если использовать кусок дерева в качестве основы позади обрабатываемой детали, и этот же метод иногда используется для поддержания аккуратности входа в отверстие.

Отверстия в дереве легче начать, так как сверло можно точно установить, вставив его в древесину и создав ямочку. У долота, таким образом, будет мало склонности к блужданию.

Другое [ править ]

Некоторые материалы, такие как пластмассы, а также другие неметаллы и некоторые металлы, имеют тенденцию нагреваться достаточно, чтобы расшириться, делая отверстие меньше желаемого.

Связанные процессы [ править ]

Ниже приведены некоторые связанные процессы, которые часто сопровождают бурение:

Растачивание
Этот процесс создает ступенчатое отверстие, в котором больший диаметр следует за меньшим диаметром частично в отверстие.
Зенковка
Этот процесс аналогичен растачиванию, но ступенька в отверстии имеет форму конуса.
Скучный
Растачивание точно увеличивает уже существующее отверстие с помощью одноточечной фрезы.
Фрикционное сверление
сверление отверстий с использованием пластической деформации объекта (под действием тепла и давления) вместо его резки.
Расширение
Развертка предназначена для увеличения размера отверстия, чтобы края оставались гладкими. ; Точечная обработка : это похоже на фрезерование, оно используется для обеспечения плоской поверхности станка на заготовке в определенной области.

См. Также [ править ]

  • Лазерное сверление
  • Буровая установка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Веб-сайт Wolfram (математическая программа): сверление квадратного отверстия
  2. ^ a b c d Тодд, Роберт Х .; Аллен, Делл К .; Алтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Industrial Press Inc., стр. 43–48, ISBN 978-0-8311-3049-7.
  3. ^ Bralla, Джеймс Г. (1999). Дизайн для справочника по технологичности . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п. 4-56. ISBN 978-0-07-007139-1.
  4. ^ «Что такое бурение глубоких отверстий? Обзор» .
  5. ^ Пэрис, Анри (2005). «Моделирование процесса вибрационного бурения для прогнозирования параметров резания». Cirp Annals . 54 : 367–370. DOI : 10.1016 / S0007-8506 (07) 60124-3 .
  6. ^ Peigné, Грегуар (2009). Устройство осевой обработки . WO / 2011/061678 (патент).
  7. ↑ Орбитальное бурение становится основным направлением для лайнера Dreamliner , Aerospace Engineering & Manufacturing, SAE International Publications, март 2009 г., стр. 32
  8. ^ Шмид, Питер (2003), CNC программирование руководство (2 - е изд.), Industrial Press, стр. 199, ISBN 978-0-8311-3158-6.
  9. Перейти ↑ Hurst, Bryan (2006), The Journeyman's Guide to CNC Machines , Lulu.com, p. 82, ISBN 978-1-4116-9921-2.[ самостоятельно опубликованный источник ]
  10. ^ Маттсон, Майк (2009), Программирование ЧПУ: принципы и приложения (2-е изд.), Cengage Learning, стр. 233, ISBN 978-1-4180-6099-2.

Внешние ссылки [ править ]