ТЕРМИЧЕСКОЕ (ТЕРМО) СВЕРЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ

Новости / 6 June 2019 /

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СВЕРЛА, ТЕРМОСВЕРЛА В МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ

Раскроем подробней тему, что же это за технология термическое сверление, какие возможности скрываются за термином - сверление трением и какие производители выступают форвардами в данной области металлообработки.

До недавнего времени сверление металла происходило стандартным путем, использовались обычные спиральные сверла по металлу и корончатые сверла - кольцевые фрезы, которые устанавливались на сверлильные и магнитные станки.

Теперь же с появлением технологии сверления трением, в претенденты на победу выступили термические сверла для формовки и сверления металла путем сухого трения. Изготавливают этот вид сверл пока, что несколько немецких производителей, это Centerdrill и Formdrill.

ТЕРМИЧЕСКОЕ СВЕРЛЕНИЕ

Термическое сверление инструментом Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill - процесс пластического формирования сквозного отверстия в тонкостенной металлической заготовке при помощи нагрева за счет трения инструмента о заготовку (Рис.1). В процессе термического сверления в заготовке вокруг формируемого сквозного отверстия с обеих сторон образуются кольцевые буртики.

Рис.1 Процесс термического сверления

Основным инструментом в процессе пластического формирования отверстия является наконечник Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill. Он может использоваться на любом сверлильном, фрезерном станке или обрабатывающем центре с ЧПУ. В сочетании с главным вращательным и поступательным движением подачи наконечника за счет трения о заготовку происходит нагрев инструмента и заготовки до высоких температур, которые могут достигать 900°C для инструмента и 700°C для заготовки. Для предотвращения перегрева наконечника и оснастки используется специальный цанговый патрон, снабженный охлаждающим радиатором (Рис.2).

Рис.2 Оснастка и инструмент для термического сверления

1 - Патрон; 2 - Цанга; 3 - Зажимная гайка; 4 - Наконечник

Благодаря высокой температуре материал заготовки становится пластичным, позволяя инструменту сформировать в тонкой стенке с обеих сторон кольцевой буртик, который в 3 раза больше первичной толщины металла. Таким образом, сформированные буртики идеально подходят для накатывания в них резьбы, так как получаемое количество витков и допускаемая нагрузка на резьбу значительно увеличиваются. Это является прекрасной альтернативой приваренным гайкам и резьбовым вставкам.

Режим формирования отверстия при термическом сверлении определяется частотой вращения наконечника Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill и его подачей. Частота вращения наконечника в зависимости от материала и диаметра составляет от 1100 до 6000 об/мин и подача от 270 до 700 мм/мин., т.е. использование данного способа сверления позволяет сократить технологический процесс формирования отверстия с уже готовыми кольцевыми буртиками под резьбу до 2-3 секунд.

Необходимым условием успешного применения технологии термического сверления является эффективное смазывание. Использование консистентной смазки способствует увеличению стойкости наконечников, уменьшению износа и предотвращению налипания обрабатываемого материала.

Сформировать отверстие при помощи наконечников возможно в изделиях с толщиной стенки от 1 до 10 мм и изготовленных из большинства видов черных и цветных металлов, включая малоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, медь и алюминий.

По виду наконечники можно разделить на два вида: обычный и срезающий наконечник (Рис.3). В отличие от обычного наконечника, срезающий наконечник удаляет кольцевой буртик с передней поверхности заготовки, в которой формируется отверстие. Так же они различаются по длине. В зависимости от толщины материала используется короткий или длинный наконечник.

Рис.3 Виды наконечников и получаемых отверстий

Короткий	Короткий срезающий	Длинный	Длинный срезающий

Простота, универсальность и долговечность инструмента и оснастки, отсутствие образования стружки при термическом сверлении позволяет эффективно применять данную технологию как при массовом производстве на автоматизированном оборудовании, а так и при опытных единичных испытаниях.

НАКАТЫВАНИЕ РЕЗЬБЫ

Следующим шагом в формировании крепления тонкостенной детали является накатывание резьбы. Накатывание внутренней резьбы бесстружечными метчиками Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill – это один из наиболее производительных способов образования резьбы в деталях без снятия стружки. Специальная геометрия бесстружечного метчика (Рис.4)позволяет уменьшить трение и обеспечить легкий доступ смазочного материала в зону деформирования.

В отличие от процесса нарезания резьбы при накатывании материал подвергается пластическому деформированию с усилием, превышающим предел текучести, что делает процесс необратимым. Образуется наклеп, благодаря которому увеличивается усталостная прочность и износостойкость поверхности резьбы.

Рис.4 Геометрия метчиков и структура получаемой резьбы

Обычный метчик	Бесстружечный метчик

Здесь так же уместно обратить внимание на то, что при накатывании, отверстие под резьбу сверлится с несколько большим диаметром (Рис.5, 1), чем под нарезание резьбы обычным метчиком (Рис.5, 2). Это обусловлено тем, что при накатке резьбы, материал заготовки перемещается, подвергаясь пластическому деформированию, а не удаляется, как при нарезании обычным метчиком.

Рис.5 Процесс накатывания резьбы

1 - Диаметр отверстия под накатывание резьбы
2 - Диаметр отверстия под нарезание резьбы

Данный способ изготовления резьбы имеет некоторые специфические особенности. Одним из основных факторов, определяющих эффективность процесса накатывания внутренней резьбы, является охлаждение-смазывание. Правильный выбор смазочно-охлаждающей жидкости является очень важным фактором, обеспечивающим работоспособность бесстружечных метчиков. Чем эффективнее охлаждение и смазывание метчика в процессе обработки, тем выше его стойкость и лучше качество получаемого резьбового отверстия.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Использование комбинации операций термического сверления и накатывания резьбы несет в себе определенные преимущества, такие как:
• формирование отверстий и резьбы без образования стружки;
• высокая точность и низкая шероховатость отверстия и резьбы;
• высокая производительность;
• высокая стойкость инструмента (при соблюдении рекомендуемых режимов работы, ресурс использования наконечника – 10 000 отверстий, метчика – 20 000 отверстий);
• не требуется дополнительного спец. оборудования и может производиться на любом сверлильном или фрезерном станке при условии некоторых технических требований к оборудованию;
• высокая прочность резьбы.

БОЛЕЕ ПОДРОБНО О ЭТАПАХ ФОРМИРОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ:

1. Подготовка к сверлению

Пуансон располагается таким образом, что бы чуть касаться материала, затем на него оказывается давление за счет вращения.

2. Начало сверления

Из-за оказываемого давления и вращения пуансона, материал нагревается до температуры плавления - порядка 600°, затем сверло мгновенно проваливается сквозь металл.

3. Завершение

Пуансон выдавливает расплавленный металл вверх и вниз, благодаря чему образуется втулка, увеличивается скорость вращения идеально выравнивающая стенки по диаметру отверстия.