Effiziente Bohrungsbearbeitung mit höchster Genauigkeit
Otwory są podstawowym elementem konstrukcyjnym komponentów mechanicznych. Przyjmują one wiele zadań związanych z prowadzeniem lub pozycjonowaniem i dlatego w naturalny sposób podlegają różnym wymaganiom. Mogą to być wymagania dotyczące dokładności geometrycznej (przebieg, okrągłość lub wymiar), a także wytrzymałości i właściwości powierzchni.
Dobrze znanymi przykładami otworów o szczególnie wysokich wymaganiach powierzchniowych są cylindry hydrauliczne, tuleje prowadzące lub, klasyczna w przemyśle motoryzacyjnym, powierzchnia bieżna cylindra. W przypadku wszystkich tych otworów stawiane są szczególnie wysokie wymagania dotyczące kształtu, ale przede wszystkim jakości powierzchni. Powierzchnie otworów cylindrów są wykańczane na specjalnych maszynach w procesie honowania. Pozwala to uzyskać specyficzną topografię powierzchni w celu zminimalizowania tarcia podczas pracy silnika.
Jednocześnie jednak otwory zawsze osłabiają strukturę mechaniczną i mogą prowadzić do inicjacji pęknięć pod obciążeniem dynamicznym. Dobitnym tego przykładem są otwory chłodzące w wałach korbowych. W tym przypadku obciążenie skrętne może prowadzić do pęknięć na wejściu otworu.
Jednym ze sposobów optymalizacji właściwości otworu jest mechaniczna obróbka powierzchni. Gładkie walcowanie, głębokie walcowanie lub śrutowanie można wykorzystać do optymalizacji właściwości powierzchni i strefy krawędziowej w ukierunkowany sposób. Jest to skuteczny sposób na zminimalizowanie chropowatości podczas produkcji lub wprowadzenie szczątkowych naprężeń ściskających w celu zwiększenia żywotności pod obciążeniem dynamicznym.
Narzędzia do gładkich i głębokich otworów tocznych
Istnieje wiele różnych koncepcji narzędzi do walcowania gładkiego i głębokiego w celu niezawodnej i przede wszystkim wydajnej obróbki otworów. Podstawowe rozróżnienie dotyczy narzędzi do walcowania mechanicznego i hydrostatycznego. W przypadku obróbki otworów, klasycznym podejściem jest nagniatanie wałków za pomocą wielorolkowych mechanicznych narzędzi do walcowania. Jednak ze względu na bardziej precyzyjną kontrolę procesu, narzędzia do walcowania hydrostatycznego lepiej nadają się do ukierunkowanego hartowania elementu.
Wielorolkowe narzędzia mechaniczne
Ten typ narzędzia charakteryzuje się bardzo prostą konstrukcją. Zasada działania jest zasadniczo wzorowana na łożysku wałeczkowym. Narzędzie składa się z urządzenia mocującego, obudowy, wewnętrznego stożka, koszyka i rolek tocznych rozmieszczonych na obwodzie. Stożek odpowiada pierścieniowi wewnętrznemu łożyska wałeczkowego. Rolki są równomiernie rozmieszczone na obwodzie narzędzia i są utrzymywane w pozycji i prowadzone przez koszyk.
Takie narzędzie jest zawsze zaprojektowane dla określonej średnicy. Stożek wewnętrzny można przesuwać w kierunku osiowym za pomocą urządzenia regulacyjnego w obudowie. Zmienia to średnicę odśrodkową walców tocznych, a średnica toczenia staje się mniejsza lub większa. Oznacza to, że narzędzie może być minimalnie regulowane w zakresie średnicy obróbki w stosunku do zaprojektowanej średnicy.
Stopień formowania materiału jest określany przez naddatek ustawiony dla otworu. W tym procesie operator maszyny ustawia naddatek na narzędziu. Narzędzie jest następnie przesuwane osiowo do otworu podczas obracania. Pod względem kinematycznym proces ten odpowiada procesowi wiercenia. Można jednak ustawić znacznie wyższe prędkości posuwu na obrót za pomocą kilku specjalnych rolek. Możliwe jest wprowadzenie narzędzia do otworu z prędkością posuwu do 3 mm na obrót.
Kolejną zaletą tego typu narzędzia jest to, że kilka rolek jest zaangażowanych, wyrównując w ten sposób obciążenie mechaniczne procesu walcowania. Wszystkie siły promieniowe są pochłaniane przez stożek i wyrównywane. Wynikająca z tego siła osiowa w kierunku posuwu jest minimalna ze względu na niski kąt stożka i nie stanowi wyzwania dla obrabiarek.
Ponieważ kontrola procesu nie musi być tak ściśle kontrolowana w przypadku walcowania gładkiego, a wynik procesu reaguje słabiej na wahania siły, narzędzie to jest dobrze dostosowane do procesu. Wahania średnicy podczas obróbki wstępnej mają oczywiście bezpośredni wpływ na siłę walcowania, co wpływa na powstawanie szczątkowych naprężeń ściskających lub utwardzonych mikrostruktur. Jednak siła walcowania w tym obszarze ma mniejszy wpływ na wynikową chropowatość.
Hydrostatyczne narzędzia toczne do obróbki otworów
W przeciwieństwie do walcowych narzędzi do nagniatania, narzędzia do walcowania hydrostatycznego doskonale nadają się do głębokiego walcowania. W przypadku tego typu narzędzi, tocząca się kula jest dociskana do powierzchni za pomocą medium hydraulicznego. Oznacza to, że siła zależy tylko od ciśnienia walcowania, ale nie od średnicy obróbki wstępnej.
Również w tym przypadku istnieją narzędzia specjalnie zaprojektowane do obróbki otworów. Składają się one również z dostosowanego urządzenia mocującego dla obrabiarki i głowicy tocznej z dwiema przeciwległymi kulami tocznymi. Kulki toczne są mocowane w głowicy tocznej za pomocą pazurów. Narzędzie może być również wyposażone w dyszę płuczącą. Wykorzystuje ona medium hydrauliczne wraz z ciśnieniem walcowania w celu oczyszczenia powierzchni przed walcowaniem, tak aby do środka nie dostały się żadne cząstki, wióry itp.
Ciśnienie walcowania dla narzędzi do walcowania hydrostatycznego może wynosić do 600 barów. W przypadku obróbki otworów, uchwyt kulowy jest tutaj elementem decydującym, więc maksymalne ciśnienie toczenia może się różnić w zależności od narzędzia. W końcu tocząca się kula musi być zawsze bezpiecznie zamocowana w uchwycie kulowym i nie może zostać wypchnięta poza zastosowane ciśnienie.
Narzędzia te są również zaprojektowane dla określonej średnicy. Otwór nie musi być jednak dokładnie okrągły. Owalne otwory lub tak zwane kształty trąbki mogą być również obrabiane. Kulka ma niewielki luz w uchwycie kulowym i dlatego jest zawsze przykładana do powierzchni z taką samą siłą toczenia poprzez nacisk toczenia.
Kinematyka procesu również odpowiada klasycznemu procesowi wiercenia. Przy obracającym się narzędziu lub obrabianym elemencie, narzędzie porusza się w elemencie z określoną prędkością posuwu. W porównaniu z mechanicznym narzędziem wielowalcowym można tu jednak stosować tylko znacznie niższe prędkości posuwu. Powierzchnia styku między kulką a otworem jest po prostu znacznie mniejsza, więc stosowane są standardowe prędkości posuwu w zakresie 0,1 - 0,3 mm.
Gładkie i głębokie procesy walcowania poprawiają jakość otworów dzięki wydajnemu procesowi produkcji
Zastosowanie narzędzi mechanicznych lub hydrostatycznych do obróbki otworów oferuje doskonałą możliwość poprawy jakości otworu w ukierunkowany sposób. Proces ten jest w stanie zastąpić złożone procesy szlifowania lub rozwiercania, a tym samym zoptymalizować produkcję pod względem kosztów.