Почему глубокое сверление сложно — и как цеха точной обработки преодолевают это

Когда цех точной обработки получает запрос на котировку (RFQ), одна из вещей, которые они проверяют на чертеже — глубокие отверстия. Глубокие отверстия создают ряд вызовов для обработки. Их решение добавляет время и стоимость к производственному процессу, особенно когда допуски тесные. Эта статья обсуждает трудности глубокого сверления и то, что цех должен сделать для успеха.

Что такое глубокое отверстие?

Определение глубокого отверстия — то, где глубина более 10 раз превышает диаметр. Таким образом, отверстие диаметром ¼ дюйма (6,35 мм) становится «глубоким», когда превышает 2 ½ дюйма (63,5 мм) в глубине. (Или когда отверстие диаметром 6 мм превышает 60 мм.)

Стволы пушек и не только

Глубокое сверление иногда называют «сверлением стволов» (gun drilling). Это потому, что одной из первых инженерных деталей, нуждающейся в длинном, глубоком и прямом отверстии, был ствол пушки. Сегодня многие механически обработанные детали полагаются на глубокие отверстия для функции. Например:

• Коленчатые и распределительные валы, где сверленные отверстия поставляют смазку
• Топливные форсунки
• Пробивные матрицы (используются в пищевой промышленности и др.)
• Охлаждающие каналы для газа или жидкости
• Хирургические инструменты
• Корпуса гидравлических клапанов и подобные детали

Вызовы глубокого сверления

Четыре основных вызова:

• Биение инструмента (runout)
• «Брожание» (walking)
• Вывоз стружки (chip evacuation)
• Охлаждение (cooling)

Биение (runout) — тенденция кончика сверла вращаться вокруг оси вращения. Величина биения растет с удлиннением сверла и увеличивает диаметр отверстия.

«Брожание» (walking) происходит в точке контакта кончика сверла с заготовкой. Если поверхность не полностью перпендикулярна, боковая сила толкнет сверло в ту сторону (и длинное тонкое сверло может слегка согнуться). Это приводит к смещению отверстия и сверлению под углом. Может также сломать сверло. То же может случиться, если поверхность имеет литую или грубо-фрезерованную отделку.

Материал, удаленный у дна отверстия, должен быть удален, чтобы освободить место для продвижения сверла. В глубоких отверстиях стружка склонна наматываться на канавки сверла и накапливаться до трения со стенками отверстия. Это повышает температуру и в конечном счете заставляет сверло заклинивать и/или ломаться.

В большинстве операций точной обработки охлаждающая жидкость держит режущий интерфейс прохладным. В глубоком отверстии очень трудно доставить жидкость на дно. В результате температура кончика сверла поднимается до уровня, где она может повредить заготовку или даже привариться к ней.

Лучшие практики точного глубокого сверления

Производство точных глубоких отверстий начинается со станочного инструмента. Лучшие результаты достигаются на станке с ЧПУ с высококачественным шпинделем. Это снижает биение и дает высокий уровень контроля над циклом сверления. (Заметка: на круглых деталях может быть лучше вращать заготовку и держать сверло неподвижным, или даже иметь оба компонента противовращающимися.)

Далее идет держатель инструмента и само сверло. Держатель должен держать сверло на оси, и сверло должно быть идеально прямым и симметричным относительно своей оси.

Чтобы остановить «брожание», поверхность должна быть подготовлена. Помимо оснастки заготовки для перпендикулярности поверхности, это может включать фрезеровку плоской площадки. Начало с центрового или пилотного сверла гарантирует правильное положение отверстия, но добавляет еще одну смену инструмента.

Само сверло должно быть пригодным для глубокого сверления. Главное требование — центральное отверстие для подачи охлаждающей жидкости на кончик. Это снизит температуры резания и выдавит стружку. Для более длинных отверстий специальное сверло для глубокого сверления будет иметь только один режущий край вместо двух. Это снова помогает с вывозом стружки.

Где сквозная подача жидкости невозможна, альтернатива — «пошаговое сверление» (peck drilling). Это означает вытягивание сверла из отверстия, которое вытягивает стружку вместе с ним, и повторную вставку. Некоторые цехи используют набор сверл постепенно увеличивающейся длины: это увеличит время цикла.

Специализированная возможность точной механической обработки

Глубокие отверстия неизбежны во многих инженерных металлических деталях, но их производство — вызов для обработки. Цех точной обработки, такие как те, что эксплуатирует Impro, будут иметь возможности ЧПУ точной обработки для производства этих признаков точно и последовательно. Свяжитесь с нами для обсуждения ваших потребностей в обработке.