W jaki sposób rozwiercanie poprawia dokładność otworów i jakość wykończenia powierzchni?

Czym jest rozwiercanie?

Rozwiercanie to proces wykańczania otworów, w którym rozwiercacz usuwa bardzo cienką warstwę metalu ze ścianki otworu w celu poprawy dokładności wymiarowej i zmniejszenia chropowatości powierzchni. Jest ono powszechnie stosowane do wykańczania otworów o średniej średnicy w materiałach, które nie są nadmiernie twarde, a także może służyć jako etap przygotowawczy przed honowaniem lub docieraniem. Rozwiercanie maszynowe charakteryzuje się wysoką wydajnością i niskim zapotrzebowaniem na siłę roboczą, dzięki czemu nadaje się do produkcji seryjnej.

Rozwiercanie pozwala osiągnąć dokładność w zakresie od IT9 do IT7 oraz typową chropowatość powierzchni od Ra 1,6 do 0,8 µm. Wyniki te wynikają ze specjalnej geometrii rozwiertaka, niewielkiego naddatku obróbczego oraz niskiej prędkości skrawania.

Na przykład sześć równomiernie rozmieszczonych otworów o wymiarach Ø20H7, dla których wymagana jest gładkość powierzchni Ra 1,6, stanowi odpowiednie zadanie do rozwiercania.

Otwór o tolerancji IT8 można zazwyczaj wyfrezować w jednym przejściu. Otwór o tolerancji IT7 należy wyfrezować dwukrotnie: najpierw frezem o średnicy mniejszej o 0,05–0,2 mm od wymiaru otworu, a następnie frezem wykańczającym, który zapewnia zgodność z tolerancją otworu. Otwór o tolerancji IT6 należy wyfrezować trzykrotnie.

Rozwiercanie ma ograniczoną zdolność do korygowania błędów położenia, dlatego wymagane położenie musi zostać ustalone podczas poprzednich operacji. Otwór o wąskich tolerancjach współosiowości lub położenia można najpierw nawiercić punktowo, następnie wywiercić, wykonać zgrubne rozwiercanie, a na koniec rozwiercić. Przed rozwiercaniem chropowatość powierzchni otworu powinna wynosić poniżej Ra 3,2 µm.

Płyn chłodzący pomaga uzyskać lepszą powierzchnię i usunąć wióry. Rozwiercanie nie powoduje wytwarzania dużej ilości ciepła, więc zazwyczaj wystarcza standardowy płyn chłodzący.

Budowa i dobór rozwiertaków

Budowa rozwiertaka

W centrach obróbczych stosuje się zazwyczaj standardowe rozwiertaki. Do najpopularniejszych rodzajów należą rozwiertaki z trzpieniem prostym, stożkowym oraz rozwiertaki skorupowe. Typowe zakresy średnic wynoszą od Ø6 do Ø20 mm dla narzędzi z trzpieniem prostym, od Ø10 do Ø32 mm dla narzędzi z trzpieniem stożkowym oraz od Ø25 do Ø80 mm dla rozwiertaków skorupowych. Rozwiertaki są powszechnie dostępne w klasach dokładności H7, H8 i H9.

Początkową częścią głowicy jest fazka wchodząca, która ułatwia wprowadzenie narzędzia do otworu bez fazy. Niektóre rozwiertaki posiadają stożkową sekcję skrawającą, która wykonuje większość pracy skrawania. Jej mały kąt połowy, wynoszący zazwyczaj od 1° do 15°, poprawia centrowanie i zapewnia powstawanie cienkich wiórów.

Sekcja wymiarowa koryguje średnicę otworu, wykańcza ściankę otworu oraz prowadzi narzędzie. Jej cylindryczna część utrzymuje średnicę rozwiertaka i stanowi powierzchnię pomiarową. Nieznaczny stożek tylny w końcowej części zmniejsza tarcie o ściankę otworu.

Określanie średnicy rozwiertaka

Dokładność otworu zależy przede wszystkim od dokładności wymiarowej rozwiertaka. Nowy standardowy rozwiertak cylindryczny często posiada naddatek szlifierski i może charakteryzować się niewystarczającą gładkością powierzchni. Przed wykonaniem otworów o dokładności większej niż IT8 należy zatem zszlifować jego średnicę do wymaganego wymiaru.

Otwór rozwiercony może się rozszerzać lub kurczyć, a nie ma jednej uniwersalnej wartości rezerwy uwzględniającej to zjawisko. Praktyczną metodą doboru wymiarów jest:

• Średnica podstawowa rozwiertaka = średnica podstawowa otworu.
• Odchylenie górne = dwie trzecie tolerancji średnicy otworu.
• Mniejsze odchylenie = jedna trzecia tolerancji średnicy otworu.

W przypadku otworu Ø20H7 o tolerancji +0,021/-0 mm, średnica podstawowa rozwiertaka wynosi Ø20 mm, odchylenie górne wynosi 2/3 × 0,021 = 0,014 mm, a odchylenie dolne wynosi 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. Wybrana średnica rozwiertaka wynosi zatem Ø20 mm z odchyleniami +0,014/+0,007 mm.

Wybór liczby zębów

Rozwiertak jest narzędziem wieloostrzowym, a liczba zębów zależy od średnicy otworu i wymaganej dokładności. Standardowe rozwiertaki mają od 4 do 12 zębów. Zbyt duża liczba zębów utrudnia produkcję i ostrzenie, zmniejsza wytrzymałość zębów przy danej średnicy, ogranicza przestrzeń na wióry i może powodować ich gromadzenie się, zarysowania ścianek otworu lub wykruszanie się krawędzi. Zbyt mała liczba zębów zmniejsza stabilność, zwiększa obciążenie na ząb i zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia błędów geometrycznych.

Rozwiertaki mogą mieć zęby proste lub spiralne. Rozwiertak spiralny z rowkami lewoskrętnymi nadaje się do otworów przelotowych, ponieważ spirala kieruje wióry w dół i do otwartej przestrzeni poza otworem. Nie nadaje się on do otworów nieprzelotowych.

Wybór parametrów rozwiercania

Naddatek na rozwiercanie

Naddatek na rozwiercanie to głębokość materiału zarezerwowana na operację rozwiercania. Zazwyczaj jest on mniejszy niż naddatek na pogłębianie lub wiercenie. Zbyt duży naddatek zwiększa nacisk skrawania, może spowodować uszkodzenie rozwiertaka i prowadzi do uzyskania złej jakości powierzchni. Gdy naddatek jest duży, należy zastosować oddzielne przejścia rozwiercania zgrubnego i wykańczającego.

Niewystarczający naddatek może powodować przedwczesne zużycie narzędzia, uniemożliwić prawidłowe skrawanie, a także pogorszyć jakość wykończenia. Typowy naddatek wynosi od 0,1 do 0,25 mm i nie powinien przekraczać 0,3 mm w przypadku większych otworów. Ogólną zalecaną wartością naddatku średnicy jest 1% do 3% średnicy rozwiertaka.

Prędkość posuwu

Posuw rozwiercania wynosi zazwyczaj dwa do trzech razy więcej niż posuw wiercenia. Wyższy posuw sprzyja cięciu przez rozwiercacz, a nie jego ocieraniu się o powierzchnię, choć wraz ze wzrostem posuwu wzrasta chropowatość powierzchni Ra.

Jeśli posuw jest zbyt mały, wzrasta tarcie promieniowe. Wówczas rozwiertak szybko się zużywa, może drgać i pozostawić chropowatą powierzchnię otworu.

Prędkość wrzeciona

Wszystkie parametry skrawania mają wpływ na chropowatość powierzchni rozwiercanej, jednak największe znaczenie ma prędkość skrawania. Aby uzyskać wartość Ra wynoszącą około 0,63 przy użyciu rozwiercaka ze stali szybkotnącej do stali średniowęglowej, prędkość skrawania nie powinna przekraczać 5 m/min, co zapobiega tworzeniu się krawędzi narastającej. Wióry żeliwne rozpadają się na drobne cząstki i nie tworzą łatwo nawarstwienia krawędzi, dlatego prędkość można zwiększyć do 8–10 m/min.

Często przyjmuje się, że prędkość obrotowa wrzeciona podczas rozwiercania powinna wynosić dwie trzecie prędkości wiercenia w tym samym materiale. Jeśli na przykład podczas wiercenia stosuje się prędkość 500 obr./min, rozsądna prędkość rozwiercania wynosi 500 × 0,660 = 330 obr./min.

Wykorzystanie cyklu gotowego do rozwiercania

Sekwencja rozwiercania przypomina inne operacje związane z wykonywaniem otworów. W przypadku otworu nieprzelotowego po wierceniu następuje rozwiercanie, jednak wióry pozostałe w otworze mogą zakłócić pracę rozwiercaka. Dlatego przed rozpoczęciem rozwiercania należy zastosować zatrzymanie programu M00, aby operator mógł usunąć wszystkie wióry.

Programy do rozwiercania również wykorzystują cykle stałe. Sterowniki FANUC nie definiują specjalnego cyklu rozwiercania, ale kod G85 jest odpowiedni, ponieważ zapewnia ten sam posuw zarówno podczas wchodzenia do otworu, jak i podczas wychodzenia z niego.