Глубокое сверление

Глубокое сверление определяет особые требования к инструментам. Решающую роль при удалении стружки играет смазочно-охлаждающая жидкость (фото: Hoffmann Group)

Процесс глубокого сверления ставит серьезную задачу перед инструментом. При большом соотношении длины к глубине отверстия необходимо спланировать процесс оптимальным образом,  особенно в случае закаленной стали. По словам журналиста Бернхарда Куттката (Bernhard Kuttkat), требуется найти оптимальное соотношение  высокой скорости процесса и точности сверления.  

Ульрих Кренцер

Ульрих Кренцер (Ulrich Krenzer), технический руководитель экспертно-консультационного центра Mapal: «Наши сверла имеют сложный профиль канала, который изменяется от точки сверления по направлению вверх таким образом, чтобы стружка смывалась даже при умеренном напоре охлаждающей жидкости».

При определении требований к сверлильным инструментам важную роль играют сверла для глубокого сверления. Вот как видит рынок таких высокоточных инструментов технический менеджер экспертно-консультационного центра Mapal (Альтенштадт, Германия) Ульрих Кренцер: «Около 80 % всех требуемых отверстий имеют глубину менее 5 × D, тогда как на отверстия с глубиной свыше 20 × D едва приходится 5 %, но они, без сомнения, очень важны для нормальной работы компонентов, и для их выполнения необходимо проделать сложную техническую работу».

По его словам, не следует недооценивать положительный эффект, который оказывает на короткие сверла разработка специальных сверл для глубоких отверстий, потому что сложная геометрия последних позволяет продлить срок службы и улучшить функционирование коротких сверл.

Гельмут Гшри

Гельмут Гшри (Helmut Gschrey), старший менеджер по продукции Walter AG: «Если глубина превышает 16хD, необходима определенная стратегия сверления – направляющее отверстие, установка, начало сверления основного отверстия, удаление инструмента со сниженной скоростью вращения».

Определение процесса глубокого сверления

Когда следует говорить о необходимости глубокого сверления? Гельмут Гшри, старший менеджер по оборудованию для обработки отверстий в немецкой компании Walter (Тюбинген),  так определяет этот момент: «С нашей точки зрения, глубокое сверление начинается с глубины  16 × D. Здесь важно обеспечить безопасность процесса. Поэтому инструменты должны быть высочайшего качества. Кроме того, при глубине, более чем в 16 раз превышающей диаметр, требуется определенная стратегия сверления – направляющее отверстие, установка, начало сверления основного отверстия, удаление инструмента со сниженной скоростью вращения. Для отверстий глубиной до 8 или 12 диаметров сверла выпускают многие производители, для отверстий глубиной  более 12 диаметров – только лидеры рынка».

Сверла MEGA-Deep-Drill и MEGA-Alu-Deep-Drill

Сверло для глубокого сверления MEGA-Deep-Drill со специальным покрытием TiAlN (слева) подходит для обработки стальных деталей и литых изделий, сверло MEGA-Alu-Deep-Drill без покрытия (справа) – для обработки алюминия и цветных металлов.

Поскольку отдельной официальной статистики по производителям инструментов для глубокого сверления не ведется, можно только приблизительно оценить их долю рынка. Например, немецкой промышленности требуется в год цельных твердосплавных сверл и однокромочных сверл на сумму от 20 до 25 млн. евро. Спиральных сверл из высокопрочной стали, эжекторных систем и систем для глубокого сверления ВТА — еще на 15 млн. евро.

У Mapal стандартно есть две модели спиральных сверл в запасе. Материал исполнения и геометрия инструмента Mega-Deep-Drill предусматривают резку стали, а сверло Mega-Alu-Deep-Drill предназначено для алюминия и цветных металлов. По словам Кренцера, сверление базового отверстия является очень важным шагом при работе с глубокими сверлами, и это очень часто приходится делать на наклонных поверхностях.  Центр Mapal недавно представил инструмент Mega 180, который прекрасно справляется с этой сложной задачей и позволяет работать на скоростях, которые раньше были доступны только для спиральных сверл.

Как создать идеальную спиральную стружку

Юрген Бек

Юрген Бек (Jürgen Bek), директор по сверлильным инструментам компании TBT Tiefbohrtechnik: «При разработке инструментов для глубокого сверления наблюдается четкая тенденция к повышению эксплуатационных характеристик за счет новой геометрии инструмента и ультрагладкого покрытия».

Важным фактором для спиральных сверл является создание канала. Он определяет форму стружки на кончике сверла. Узкие каналы означают туго закрученную стружку.  С другой стороны, при этом требуется очень высокое давление подачи смазочно-охлаждающей жидкости. Кренцер: «У сверл Mapal очень сложный профиль канала, который изменяется от точки сверления по направлению вверх таким образом, чтобы стружка смывалась даже при  умеренном напоре охлаждающей жидкости».

Эффект дополняют очень гладкая полированная поверхность и покрытие. Юрген Бек, директор по сверлильным инструментам TBT Tiefbohrtechnik (Деттинген/Эрмс), отмечает направление, в котором развивается эта отрасль: «При разработке инструментов для глубокого сверления наблюдается четкая тенденция к повышению эксплуатационных характеристик за счет новой геометрии инструмента и ультрагладкого покрытия, чтобы уменьшить количество станков и занимаемую ими площадь».

В развитии оборудования для глубокого сверления конструкции определяются преимущественно конечным количеством методов и моделей. Дальнейшая разработка специальных методов глубокого сверления играет главную роль. Вот что говорит Лотар Кюнцель (Lothar Künzel), менеджер по оборудованию для глубокого сверления компании  Gühring (Альбштадт, Германия): «Заказчики в большинстве своем хотят добиться лучших результатов обработки. При этом следует разделять требования к скорости обработки и точности сверления. Спиральные сверла для глубокого сверления имеют очевидные преимущества по скорости (резания и подачи), тогда как классические сверла для глубокого сверления обеспечивают максимальное качество отверстия». Главная цель компании  Gühring – непрерывная оптимизация параметров обработки при использовании классических сверл.

Простота – ключ к глубокому сверлению

Томас Бруххаус

Д-р Томас Бруххаус (Thomas Bruchhaus), менеджер по процессам сверления и резцедержателям Sandvik Coromant Deutschland: «В стандартных процессах наши инструменты позволяют достичь соотношения глубины сверления до 150, но мы уже проводили обработку с коэффициентами свыше 300».

Кроме того, есть требования к повышению качества работы спиральных сверл, когда сверла для сверления отверстий 75 × D используются на традиционных сверлильных станках. Число таких операций постоянно растет. Диапазон номинальных диаметров, для которых требуются такие операции, составляет от 2 до 16 мм.

Томас Бруххаус, менеджер по процессам сверления и резцедержателям Sandvik Coromant Deutschland, описывает требования к инструментам: «Современные сверлильные инструменты должны быть просты в использовании и иметь различную геометрию, разновидности для твердых сплавов и разные покрытия. Также важны малое количество изнашиваемых деталей и короткие сроки поставки. Что касается  процессов обработки, следует различать серийное производство и эксклюзивные изделия. В первом случае ключевой фактор – издержки в расчете на одно сверло, тогда как при производстве единичных более дорогих экземпляров внимание уделяется технологической безопасности и воспроизводимости. Кроме того, желательны свойства дробления стружки и минимальное отклонение от линии сверления».

Он также отмечает: «Все наши инструменты для глубокого сверления пригодны для обработки рабочих материалов с повышенными характеристиками. Для жаростойких сплавов, например, мы разработали специальные режущие материалы. В стандартных процессах наши решения позволяют получать коэффициент глубины до 150, но мы уже пробовали сверление, где этот показатель превышал 300».

Берт Блейхер

Берт Блейхер (Bert Bleicher), исполнительный партнер Hoffmann Holding и спикер Hoffmann Group: «Наша новая система глубокого сверления GARANT предназначена для сверления до 50хD».

Берт Блейхер из мюнхенской Hoffmann Group рассказывает об одном из продуктов компании: «Наша новая система глубокого сверления Garant предназначена для отверстий глубиной до 50 диаметров». Геометрия, угол наконечника и допуски – все показатели согласованы друг с другом для определенной глубины сверления. Таким образом, серия инструментов может использоваться непрерывно в производственном процессе. Выбрать нужный инструмент помогает система цветных колец: для легкообрабатываемых материалов, например, алюминия, подходят инструменты с желтым кольцом, для стали, в том числе устойчивой к коррозии и кислотам, – с зеленым.

Д-р Рейнхард Дурст

Д-р Рейнхард Дурст (Reinhard Durst), директор по НИОКР в области инструментов для твердых металлов и развертывания отверстий компании Komet Group GmbH: «Для безопасного и быстрого сверления важно, чтобы стружка быстро дробилась и удалялась из отверстия».

Эмульсия для смазки каналов сверления

Нет сомнений, что пользователям нужно безопасное быстрое сверление, которое обеспечивает результат, соответствующий установленным параметрам. Для этого, считает Рейнхард Дурст, директор по НИОКР в области инструментов для твердых металлов и развертывания отверстий компании Komet Group, Безигхайм (Германия), важно, чтобы стружка быстро дробилась и удалялась из отверстия. Кроме того, необходимо проводить сверление глубоких отверстий на станках без смазки, используя только эмульсию в обычных количествах. Komet постоянно оптимизирует геометрию, поверхность и покрытие инструмента KUB Drillmax XL. Всегда актуальными остаются  вопросы соблюдения требований заказчика и контроля стружки.

Конечно, безопасность, стабильность и затратная эффективность требуются не только в   случае с инструментами для глубокого сверления. Вот как объясняет ситуацию Герберт Фольк (Herbert Volk), специалист по сверлильному оборудованию компании Iscar Germany (Эттлинген): «Влияние на конечный процесс оказывает правильно подобранная комбинация инструмента, станка и смазочно-охлаждающей жидкости. Поэтому чрезвычайно важно правильно подобрать СОЖ. В процессе глубокого сверления она важна как для смазки инструмента, так и для охлаждения режущего кончика и удаления стружки. Кроме того, правильно подобранная жидкость продлит срок службы инструмента, улучшит качество поверхности и точности сверления».

Решение проблем нагревания и смазывания

Глубокое сверление имеет ряд аспектов. На рынке наблюдается конкуренция между разными процессами: сверление ружейным сверлом, системой глубокого сверления ВТА, сверление эжекторным сверлом. Область применения ружейных сверл охватывает отверстия диаметром от 0,5 до 40 мм, с расширенным  диапазоном при использовании пластин. Это позволяет сверлить на глубину более чем 100-кратного диаметра. Недостаток этих инструментов заключается в низкой скорости и высоком напоре подачи смазочно-охлаждающей жидкости для удаления стружки. Поэтому предпочтительнее использовать твердосплавные сверла до 30 × D, поскольку они обеспечивают более быструю и легкую обработку.

Системы ВТА и эжекторные сверла для глубокого сверления используются в основном для диаметров более 20 мм на специальных станках. Эти процессы действительно очень затратны из-за использования специальной смазочно-охлаждающей жидкости и системы отвода стружки, которые не являются универсальными. Поэтому их использование в основном ограничено серийными компонентами, например, гидравлическими цилиндрами.

Правильный режущий инструмент обеспечивает рост производительности 

Себастиан Рихарц

Себастьян Рихарц (Sebastian Richarz), старший инженер Института станков и оперативного управления производством Технического университета, Берлин: «В современных разработках сверлильных инструментов особенно хорошо зарекомендовали себя в качестве материала основы ультрамелкозернистые материалы».

Себастьян Рихарц, старший инженер Института станков и оперативного управления производством, Технический университет, Берлин: «Использование длинных спиральных твердосплавных сверл позволяет существенно повысить производительность благодаря тому, что скорость подачи крайне высока». Помимо роста производительности в 6-8 раз, в зависимости от области применения значительную роль играет качество сверл и безопасность процесса.

Институт занимается изучением производственной цепочки выпуска инструментов для сверлильных процессов с особыми характеристиками. Помимо этого, его сотрудники разрабатывают целостную производственную стратегию, целью которой является безопасность процесса применения инструмента и увеличение срока службы при обработке закаленной стали на универсальных станках.

Как работать с материалами повышенной твердости

При работе с материалами повышенной твердости используются твердосплавные сверла в сочетании с покрытием PVD. Основа как носитель покрытия сильно влияет на срок службы инструмента, как отмечает Рихарц. «В современных разработках сверлильных инструментов особенно хорошо зарекомендовали себя в качестве материала основы ультрамелкозернистые материалы, которые по сравнению с обычными твердыми сплавами сочетают в себе характеристики повышенной твердости и вязкости. Поэтому только в последние несколько лет стало возможным использовать спиральные инструменты с закрученными каналами для СОЖ при высокой скорости подачи».

При сверлении отверстий на большую глубину на обрабатывающих центрах особенно важно, помимо выбора инструмента и технологической последовательности в соответствии с обрабатываемым материалом, проверить установку на наличие дополнительных функций и силу зажима. Как поясняет Рихарц, здесь важно обеспечить достаточную подачу охлаждающей жидкости для удаления стружки через маленькие поперечные сечения канала даже с большой глубины сверления и гарантировать надежное смазывание режущего наконечника. Одним из методов снижения трения является использование жидкостей с содержанием жира свыше 10 %.

Небольшие погрешности инструмента, такие как осевое биение главного шпинделя или погрешность позиционирования линейных осей, могут привести к его перегрузке и поломке. Как заявляет Рихарц, опираясь на результаты сравнительных экспериментов с различными станками в Институте станков и оперативного управления производством,  требуется обеспечить минимально возможные угловые отклонения линейной оси подачи. В зависимости от процесса даже незначительные угловые отклонения могут иметь губительные последствия для инструментов с принудительным приводом при коэффициенте 30 × D и привести к поломке инструмента.

Источник материала: перевод статьи
Fast, process-secure ways to complete very deep drilling,

ETMM

Автор статьи-оригинала:
Рюдигер Крох (Rüdiger Kroh),
редактор

Статья изначально была опубликована
в журнале «MM Maschinenmarkt»



Понравилась статья? Поделитесь: