WYKŁAD 10

Procesy wiercenia i frezowania podział procesów i zakres ich stosowania

Wiercenie

Odmiany wiercenia. W zależności od tego, czy otwór wykonywany jest w pełnym materiale czy w uprzednio już wykonanym otworze o mniejszej średnicy, rozróżnia się wiercenie pełne (wstępne), krótko nazywane wierceniem oraz wiercenie wtórne nazywane również powiercaniem. Zarówno wiercenie pełne jak i wtórne może być przelotowe, gdy długość wykonywanego otworu obejmuje całą grubość lub długość materiału w miejscu wiercenia lub nieprzelotowe, gdy długość (głębokość) otworu jest mniejsza od grubości lub długości materiału wierconego.

Wiercenie otworów krótkich (l < 5d) przeprowadza się najczęściej wiertłami krętymi, natomiast otworów długich (I > 10d) - wiertłami specjalnymi przystosowanymi do ciągłego wypłukiwania wiórów. Wiercenie krótkich otworów odbywa się w układzie pionowym lub poziomym, natomiast otworów długich tylko w układzie poziomym na specjalnych wiertarkach do głębokich otworów.

Dokładność obróbki otworów wierconych wiertłami krętymi odpowiada 12, 13 klasie ISO. Możliwa jest do osiągnięcia 10 klasa dokładności jedynie w przypadkach starannie naostrzonych wierteł i przy prowadzeniu ich w tulejkach wiertarskich. Gładkość powierzchni otworów odpowiada przeciętnie 3, 4 klasie chropowatości, możliwa do osiągnięcia jest 6 klasa chropowatości.

Rys.1 Geometria warstwy skrawanej przy wierceniu: a) pełnym, b) wtórnym

Elementy geometryczne warstwy skrawanej przy wierceniu pełnym i wtórnym pokazano na rys. 1. Przez analogię do jednoczesnej pracy dwóch ostrzy noży tokarskich głębokość skrawania jest równa:

przy wierceniu pełnym

g =
[mm]

przy wierceniu wtórnym

g =
[mm]

natomiast grubość warstwy skrawanej

a =
[mm]

szerokość warstwy skrawanej jest równa

przy wierceniu pełnym

b =
[mm]

przy wierceniu wtórnym

b =
[mm]

Dobór warunków skrawania

Przy wierceniu dobór warunków skrawania sprowadza się do ustalenia optymalnego posuwu wiertła oraz okresowej szybkości skrawania.

Przy wierceniu otworów posuw zalecany oblicza się ze wzoru

p = C_sd^0,6 [mm/obr]

gdzie: C_s - współczynnik zależny od własności materiału skrawanego i warunków technologicznych.

Wartości współczynnika C_s podano w tabl. 1. W tablicy tej uwzględnione są trzy grupy posuwów, które zależą od następujących warunków technologicznych 1-sza grupa posuwów (wiercenie otworów nieprzelotowych)

II-ga grupa posuwów (wiercenie otworów nieprzelotowych i przelotowych)

III-cia grupa posuwów (wiercenie otworów nie przelotowych i przelotowych)

Tab. 1 Wartość współczynnika C_s

Czas maszynowy

Czas maszynowy wiercenia oblicza się ze wzoru

t_m =
[min]

gdzie: L - długość całkowitej drogi wiertła, mm; I_d - dobieg wiertła, mm; I - długość wierconego

otworu, mm; I_w - wybieg wiertła, mm; n - prędkość obrotowa, obr/min; p - posuw, mm/obr.

Długości dobiegu i wybiegu wiertła krętego pokazano na rys. 2.

Rys.2 Długość dobiegu, wybiegu i drogi skrawania przy wierceniu

Pogłębianie

Pogłębianiem nazywa się obróbka polegająca na powiększeniu średnicy lub innym kształtowaniu otworów na części ich długości, jak również na obróbce czołowej powierzchni otworu, bezpośrednio związanej z danym otworem. Przykłady pogłębiania pokazane są na rys. 3. Na rysunku tym zaznaczono elementy geometryczne warstwy skrawanej przy pogłębianiu czołowym. Pogłębianie otworów odbywa się zawsze przy istniejącym już otworze częściowo obrobionym i z tego względu jest ono bardzo zbliżone do wiercenia wtórnego. Zalecane wartości posuwów przy pogłębianiu podano w tabl. 2.

Rys. 3 Odmiany pogłębiania otworów: a) czołowe, b) stożkowe, c) nadlewka, d) kształtowe

Tab. 2 Zalecane wartości posuwów przy pogłębianiu otworów narzędziami o ostrzach ze stali szybkotnącej

Rozwiercanie

Rozwiercaniem nazywa się obróbkę wykańczającą otworów mająca na celu usunięcie błędów geometrycznych otworów wierconych, jak np. błędów stożkowatości, owalizacji, skrzywienia osi otworu itp. oraz uzyskanie dużej dokładności wymiaru średnicowego otworu i wysokiej gładkości powierzchni. Za pomocą rozwiercania wykańczane są zarówno otwory cylindryczne jak i stożkowe.

Do obróbki otworów cylindrycznych w klasach dokładności wykonania 12 - 14 stosowane jest tylko wiertło. W klasie dokładności 11 przy średnicach do 7 mm stosowane jest również tylko wiertło, a przy średnicach powyżej 7 mm otwór po wywierceniu wykańczany jest rozwiertnikiem zdzierakiem. Otwory wykonywane w klasach dokładności

6 - 10 muszą być po rozwiercaniu zgrubnym wykańczane rozwiertakiem wykańczającym (wykańczakiem), przy czym przy średnicach do 7 mm pomijane jest rozwiercanie zgrubne rozwiertakiem zdzierakiem. Z powyższego wynika, że rozwiertak zdzierak może pełnić funkcję narzędzia wstępnego lub wykańczającego otwór zależnie od klasy dokładności jego wykonania.

Wytyczne doboru średnic wierteł, rozwiertaków zdzieraków i rozwiertaków wykańczaków, w zależności od średnicy otworu i klasy dokładności wykonania podano w PN-61/M-57025. Praca rozwiertaka w dużym stopniu przypomina wiercenie wtórne z tą tylko różnicą, że na rozwiercanie pozostawiane są stosunkowo bardzo małe naddatki.

Grupy posuwów dla rozwiertaków zdzieraków

I - Posuwy maksymalne (rozwiercanie wstępne otworów nietolerowanych).

II - Posuwy średnie (rozwiercanie wstępne otworów, które będą następnie wykańczane jednym rozwiertakiem wykańczakiem oraz rozwiercanie wykańczające otworów w klasie 11).

III - Posuwy minimalne (rozwiercanie wstępne otworów, które będą następnie wykańczane również rozwiertakiem zdzierakiem z małą głębokością skrawania lub rozwiertakiem wykańczakiem).

Rozwiercanie otworów nieprzelotowych rozwiertakami zdzierakami przeprowadza się najczęściej z posuwem 0,2-0,6 mm/obr.

Grupy posuwów dla rozwiertaków wykańczaków

I - Posuwy maksymalne (wstępne rozwiercanie otworu rozwiertakiem wykańczakiem). Ten przypadek rozwiercania ma miejsce wtedy, gdy obróbka otworów w klasach 6-10 przewiduje zamiast jednego rozwiertaka wykańczaka, dwa rozwiertaki wykańczaki różniące się między sobą tylko wymiarem średnicy. Rozwiertak wykańczak wstępny (półwykańczak) ma średnicę mniejszą od rozwiertaka wykańczaka ostatecznego o 0,03-0,15 mm. Ten przypadek dwukrotnego rozwiercania wykańczającego jest stosowany wtedy, gdy jest wymagana bardzo duża gładkość powierzchni otworu.

II - Posuwy średnie (rozwiercanie wykańczające otworów w 7 klasie dokładności i przy wymaganej 7 klasie chropowatości powierzchni otworu).

III - Posuwy minimalne (rozwiercanie wykańczające otworów w 6 klasie dokładności i przy wymaganej 8, 9 klasie chropowatości powierzchni otworu).

Rozwiercanie otworów nieprzelotowych rozwiertakami wykańczakami przeprowadza się podobnie jak zdzierakami najczęściej z posuwem 0,2-0,6 mm/obr.

Frezowanie

Rozróżnia się dwie odmiany frezowania: obwodowe (walcowe) i czołowe. Frezowaniem obwodowym (rys. 4a) nazywa się takie frezowanie, przy którym oś obrotu freza zajmuje położenie równoległe do powierzchni obrabianej, natomiast frezowaniem czołowym (rys. 4 b i c) - przy którym oś obrotu freza (głowicy frezowej) zajmuje położenie prostopadłe do powierzchni obrabianej.

Rys. 4 Odmiany frezowania: a) obwodowe (walcowe), b) czołowe frezem walcowo - czołowym, c) czołowe głowicą frezową

Frezowanie czołowe odznacza się wieloma zaletami w porównaniu z frezowaniem obwodowym. Do zalet tych należą przede wszystkim większa wydajność obróbki, spokojniejsza praca obrabiarki, większa dokładność wymiarowa i większa gładkość powierzchni obrobionej. Względy te spowodowały, że obecnie przy obróbce płaszczyzn coraz częściej frezowanie obwodowe zastępuje się frezowaniem czołowym.

Frezowanie obwodowe może być wykonane przy dwojakim układzie ruchów freza i przedmiotu obrabianego. W pierwszym układzie, noszącym nazwę frezowania przeciwbieżnego (rys. 5a) przedmiot obrabiany przesuwa się w kierunku przeciwnym do ruchu pracujących ostrzy freza, a w drugim układzie, noszącym nazwę frezowania współbieżnego, przedmiot obrabiany przesuwa się w kierunku zgodnym z ruchem pracujących ostrzy freza (rys. 5b).

Podczas frezowania przeciwbieżnego ostrze przy rozpoczynaniu skrawania zagłębia się w materiał w miejscu najmniejszej grubości warstwy skrawanej A, a przy wyjściu z materiału obrabianego skrawa warstwę w miejscu jej największej grubości B. Przy frezowaniu współbieżnym jest odwrotnie.

Rys. 5 Frezowanie obwodowe: a) przeciwbieżne, b) współbieżne

Przy przeciwbieżnym frezowaniu materiałów jednorodnych (nie mających np. utwardzonego naskórka odlewniczego) ostrza freza szybciej się tępią niż przy frezowaniu współbieżnym. Wynika to stąd, że ostrze freza pracującego przeciwbieżnie nie od razu zagłębia się w materiał skrawany, lecz początkowo ślizga się po materiale, trąc o powierzchnię skrawaną przez ostrze poprzednie. Przyczyną ślizgania się ostrza jest rozpoczynanie skrawania od grubości warstwy równej zeru oraz uginanie się trzpienia, na którym osadzony jest frez. Przy frezowaniu współbieżnym występuje wprawdzie również uginanie się trzpienia, lecz nie towarzyszy temu ślizganie się ostrza po materiale, gdyż od razu rozpoczyna się skrawanie materiału od pewnej grubości. Szybsze tępienie się ostrzy freza pracującego współbieżnie występuje tylko przy zgrubnym frezowaniu powierzchni surowych, jak np. powierzchni odlewów i odkuwek, których wierzchnie warstwy są utwardzone.

Dla dowolnego położenia ostrza freza (rys. 6) określonego kątem ϕ_x grubość warstwy skrawanej wyrażona jest zależnością:

a_x = p_zsin ϕ_x [mm]

Dobór warunków skrawania przy frezowaniu

Zalecane wartości posuwów na jedno ostrze freza przy zgrubnym frezowaniu płaszczyzn frezami walcowymi podano w tabl. 3, a wartości posuwów na jeden obrót freza przy wykańczającym frezowaniu w tabl. 4.

Przy frezowaniu czołowym posuw na jedno ostrze freza przyjmuje się w granicach od 0,08 do 0,3 mm przy obróbce stali i 0,3 do 0,8 mm przy obróbce żeliwa oraz 0,15 do 0,4 mm przy obróbce stopów nieżelaznych. Chropowatość powierzchni obrobionej przy czołowym frezowaniu płaszczyzny z dużymi szybkościami skrawania może osiągnąć klasę 7 lub 8.

Zużycie ostrza frezów walcowych, tarczowych i kształtowych odbywa się głównie na powierzchni przyłożenia. We frezach walcowo-czołowych i głowicach frezowych zużycie ostrza występuje również na powierzchni natarcia.

Tab. 3 Wartości posuwów na jedno ostrze w mm przy zgrubnym frezowaniu płaszczyzn frezami walcowymi ze stali szybkotnącej

Tab.4 Wartości posuwów na jeden obrót freza przy wykańczającym frezowaniu płaszczyzn frezami walcowymi ze stali szybkotnącej

Przy zgrubnym frezowaniu stali frezami walcowymi dopuszczalna szerokość starcia powierzchni przyłożenia wynosi h_p = 0,5 - 0,6 mm, a przy zgrubnej obróbce żeliwa h_p = 0,3 - 0,8 mm.

Przy frezowaniu wykańczającym zużycie ostrza może być dopuszczane najwyżej do takiej granicy, po przekroczeniu której nie uzyskuje się wymaganej gładkości powierzchni.

Czas maszynowy

Czas maszynowy frezowania oblicza się ze wzoru

t_m =
i [min]

gdzie:

L - długość drogi freza, p_t - posuw minutowy, mm/min, i - ilość przejść