Praktyczny przewodnik po rzeczywistych problemach i sposobach ich rozwiązywania dla średnic od Ø1 do Ø25 mm
Wiercenie głębokie o stosunku głębokości do średnicy między 5 a 20 jest jedną z najbardziej krytycznych operacji obróbkowych.
W tym zakresie ewakuacja wiórów, temperatura, stabilność otworu oraz trwałość narzędzia stają się zmiennymi trudnymi do kontrolowania.
1. Zapychanie wiórami i złamanie narzędzia
Gdy wiór nie jest odprowadzany w sposób ciągły, gromadzi się przed krawędzią skrawającą, powodując:
• wzrost momentu skrawania
• lokalne przegrzewanie
• nagłe złamanie wiertła
Problem jest szczególnie krytyczny przy materiałach wytwarzających długie wióry (austenityczne stale nierdzewne, tytan).
Wiór zwija się i klinuje w kanale ewakuacyjnym.
2. Niewystarczona kontrola termiczna
Chłodziwo musi docierać do krawędzi skrawającej na dużej głębokości z odpowiednim ciśnieniem, aby chłodzić i usuwać wióry.
Jeśli ciśnienie jest zbyt niskie lub kanał jest źle zaprojektowany, temperatura szybko rośnie, pogarszając jakość i trwałość narzędzia.
3. Odchylenie osiowe
Wraz ze wzrostem głębokości otwór ma tendencję do odchylania się od teoretycznej osi z powodu:
• niezrównoważonych sił skrawania
• ugięcia narzędzia
• braku prowadzenia bocznego
Rezultat: otwory krzywe, owalne, poza tolerancją.
4. Nierówna chropowatość
Drgania, nagromadzenie wiórów oraz nierównomierne zużycie krawędzi skrawającej powodują rysy i strefy o zmiennej chropowatości na ściance otworu.
Rozwiązania techniczne
1. Prawidłowa geometria wiertła
Gun drill (jednoostrzowe) – idealne rozwiązanie dla Ø1–25 mm przy wysokich wymaganiach jakościowych:
• jedno ostrze z wewnętrznym kanałem chłodziwa
• ewakuacja wiórów przez kanał w kształcie V
Krytyczne elementy geometryczne:
• kąt natarcia – wpływa na formowanie wióra i temperaturę
• łamacz wióra – decyduje, czy wiór się łamie, czy pozostaje długi
• kanał ewakuacyjny – dobrany do rodzaju wióra
2. Odpowiednio dobrany system chłodzenia
Parametry do kontroli:
• ciśnienie: 20–80 bar w zależności od średnicy i głębokości (dla gun drill)
• jakość cieczy:
o stabilne stężenie emulsji
o skuteczna filtracja (wióry w zawiesinie obniżają smarowanie)
o kontrolowana temperatura
3. Zoptymalizowane parametry skrawania
Prędkość skrawania i posuw należy dobierać łącznie.
W wierceniu głębokim lepiej stosować podejście zachowawcze: dłuższy, ale stabilny cykl daje mniej braków niż agresywne parametry.
4. Sztywność systemu maszyna–narzędzie
Punkty kontrolne:
• współosiowość wrzeciona
• sztywność oprawki narzędziowej
• osiowość element–wrzeciono
Monitorowanie: zmiany momentu obrotowego i nietypowe drgania wskazują na występujące problemy.
Przypadek praktyczny: Ø3 mm × 24 mm w tytanie Ti6Al4V
Zastosowanie: kanały przelotowe do implantów medycznych
Tolerancje: prostoliniowość 0,05 mm, Ra < 0,8 µm
Problem:
• 15% braków
• pęknięcia co 20–25 otworów
• porysowana powierzchnia
Przyczyna:
• standardowe wiertło z niedowymiarowanym kanałem
• niewystarczające ciśnienie chłodziwa (30 bar)
Rozwiązanie:
• gun drill
• kanał w kształcie V zoptymalizowany pod wióry tytanu
• powłoka + superfinishing
• ciśnienie chłodziwa: 70 bar
• parametry: Vc 18 m/min, f 0,02 mm/obr
Wyniki:
• braki: 2%
• trwałość narzędzia: 180–200 otworów
• prostoliniowość: 0,03 mm
