Термопластичное сверление и формовка отверстий в металле путем трения

Термопластичное сверление и формовка отверстий в металле путем трения

Начнем с того, что еще недавно для сверления металла использовали спиральные и корончатые сверла — их устанавливали на сверлильные и магнитные станки. Позже появилась технология сверления трением. Так стали использовать термические сверла. Технология новая, и производителей изделий такого типа пока немного. В частности, это Centerdrill и Formdrill — немецкие компании.

Описание процесса

Формовка предполагает нагрев поверхности. Этого достигают за счет высоких оборотов сверла при осевом давлении и трении о металл. Под воздействием температуры он становится податливым. Под давлением создается отверстие заданного диаметра. Процесс состоит из нескольких этапов.

1.Подготовительный этап

Пуансон располагается так, чтобы было соприкосновение с материалом, после чего на металл оказывается давление, вызванное вращением.

2. Начало работ

Под давлением при вращении пуансона происходит нагрев материала до температуры плавления (примерно 600°). Сверло проходит сквозь металл.

3. Завершение

Пуансон выдавливает часть расплавленного металла вверх и вниз, образуется втулка. Ввиду увеличения скорости вращения, стенки отверстия выравниваются.

4. Нарезание резьбы

Используется метчик бесстружечного воздействия. Как результат — отверстие с резьбой. Таким образом, приваривать винтовую гайку нет необходимости.

Технологию используют при создании:

• резьбовых и подшипниковых втулок;
• втулок под пайку;
• сквозных отверстий, в том числе с уплотненной кромкой для круглых профилей.

Работают, как правило, с вертикальным или сверлильным станком с ЧПУ. Используются сверла с карбидовым фасонным пуансоном. Скорость сверления и параметры мощности подбираются по таблице.

Требования по параметрам станков для использования сверл 

Требования к процессу формовки трением

Технология предполагает использование вертикально-сверлильного станка с достаточной мощностью. Альтернативный вариант — обрабатывающий центр с ЧПУ.

Работа ведется при высокой скорости вращения и серьезной нагрузке на пуансон сверла, ввиду чего требуется грамотная жесткая установка. Используют цанговые патроны МС2, 3, а также двухконусные изделия. Предотвратить перегрев помогает специальный рассеиватель тепла. При работе с ЧПУ можно использовать устройства HSK зажимного типа.

В числе базовых требований также отметим:

• цанги — нужны для поддержания достаточной жесткости и надежного крепления фасонных пуансонов;
• разделительная паста — продлевает время службы пуансона, наносится вручную или при помощи распыляющего устройства.

Вне зависимости от размера отверстия, необходимо использовать сверлильный станок со скоростью вращения до 4000 об/мин, выходной мощностью до 5 кВт и скоростью подачи до 1000 мм/мин. На этапе преобразования конической втулки в цилиндрическую требуется максимальный вращательный момент. При работе с маленькими диаметрами отверстий нормальной считается скорость приблизительно 3000 об/мин. В отдельных случаях она достигает 4500 об/мин (для цветных металлов). При больших диаметрах отверстий (например, M20) достаточно скорости 1000 об/мин. Конкретные условия зависят также от используемых материалов. Например, у нержавеющей стали невысокая теплопроводность, так что скорость можно снизить в среднем на 20%.

Еще один критический параметр — скорость подачи. Она варьируется в диапазоне от 100 до 150 мм/мин (+/- 20 %) для металла толщиной 1-3 мм. Если технология предусматривает использование торцующих пуансонов, рекомендуем увеличивать скорость подачи при переходе к последнему этапу процесса. Так при срезании кольца материал, удаляемый с поверхности, успеет отделиться от рабочего инструмента.

При обработке тонких материалов часто используют подкладку. Она помогает избежать прогиба.

Типы и свойства сверла

Стандартные фасонные пуансоны различаются цилиндрической частью. Она может быть короткой или удлиненной при одинаковом угле конической части. Существуют также короткие и удлиненные торцующие пуансоны. Ключевое отличие состоит в конструкции фланца. На нем предусмотрена специальная часть, при помощи которой происходит срез обрамляющего кольца после завершения процесса формирования отверстия. Благодаря этому вы сразу получаете плоскую поверхность.

Рис. 9-1: Короткий/удлиненный пуансон Рис. 9-2: Короткий/удлиненный торцующий пуансон

Для выполнения отдельных операций не подходят стандартные изделия. В таких случаях сверла создают под конкретные нужды технологического процесса. Это могут быть модели с:

Сверла, используемые для работы с металлом методом сверления, имеют такие характеристики:

• отсеченной или закругленной конусной частью;
• заостренным углом конусной части;
• без фланца;
• увеличенной рабочей цилиндрической частью или без таковой;
• сверлообразным наконечником и т. д.
• цилиндрический хвостовик;
• цилиндрический фланец;
• цилиндрический стержень;
• коническая часть.

Преимущества сверла, используемого при сверлении путем трения

Такие сверла:

• подходят к большинству станков;
• создают идеальные отверстия для нарезания резьбы;
• обеспечивают экономное расходование материалов;
• позволяют работать без образования стружки;
• увеличивают момент затяжки в материале за счет наклепывания;
• применяются при работе с цветными и черными металлами.

Сверла подходят для работы с тонкостенными металлами, такими как:

• медь;
• нержавеющая сталь;
• алюминий;
• латунь;
• бронза;
• металлы, поддающиеся сварке.

Преимущества технологии сверления трением

Метод имеет ряд достоинств, ввиду чего получает повсеместное распространение. В числе основных:

• высокая точность;
• экономичный расход материала;
• легкий вес деталей;
• возможность обработки профиля с труднодоступной внутренней поверхностью;
• исключение электрохимической коррозии за счет использования одного основного материала;
• упрочнение обрабатываемого материала;
• автоматизация процесса;
• отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании — можно ограничиться вертикально-сверлильным станком;
• быстрый монтаж.

Метод эффективен как с точки зрения технологического процесса, так и в аспекте экологии. Например, высокопрочные соединения, созданные при помощи Centerdrill, предполагают использование одного материала, без примесей. Его в последствии можно обрабатывать повторно. Так как соединения Centerdrill разъемные, проводить монтаж гораздо проще.

Формовка резьбы

Это процесс, предполагающий перемещение материала в пластичном состоянии из основания резьбы в гребенки. У такого метода есть свои преимущества:

процесс не требует резки;

уплотнение материала дает резьбу с большим усилием вытягивания;

• высокая точность резьбы — защита от стачивания;
• повышенная жесткость соединения, а значит, меньший износ;
• производительность в разы выше, чем при нарезке резьбы;
• повышенная стойкость, которую обеспечивает покрытие TiN;
• минимум заусенцев и неровностей.

Для формовки резьбы подходят устройства, применяемые при традиционной нарезке. Вместе с тем есть требования по скорости обработки — в 3-10 раз быстрее, чем для нарезки. Если в станке не предусмотрена опция реверсивного переключения направления скорости вращения, лучше отдать предпочтение специальному резьбонарезному станку. Чтобы исключить зависимость формовки от осевого давления и компенсировать вероятное вращение по инерции шпинделя в точке реверса, рекомендуем использовать плавающий патрон с компенсацией по длине с предохранительной муфтой. При каждой операции необходимо использовать смазку. Например, Сentertap. Она прошла экологические испытания в соответствии со стандартами DIN.

Для получения более подробной информации, обращайтесь к нашим техническим специалистам. Вы получите исчерпывающую информацию в короткий срок. Размеры и цены на сверла представлены в прайсе.