Формовка отверстий трением

 

Термическое сверление или формирование сквозного отверстия в тонкостенной металлической заготовке при помощи нагрева за счет трения инструмента о заготовку. Используя технологию формовки отверстий трением (термическое сверление) могут быть произведены отверстия и втулки в металле толщиной до 12 мм, а высота втулки четырехкратно превышает толщину материала. В дальнейшем используя специальные бесстружечные метчики производится накатка резьбы.

   

 

Обрабатываемые материалы

При помощи формовки трением можно обрабатывать практически все тонкостенные металлы (кроме олова и цинка). В качестве примеров можно привести:

• Стали, подвергаемые сварке
• Нержавеющая сталь
• Алюминий
• Медь
• Латунь
• Бронза
• Магнитные материалы
• Специальные сплавы

Подробнее о  процессе  формовки отверстий трением:

1. Вначале пуансон Centerdrill располагается так, чтобы он слегка касался поверхности материала, затем к нему прилагается высокое осевое усилие.	2. За счет давления подачи и скорости вращения пуансона возникает  нагрев металла до температуры  достаточной для придания материалу пластичности. (порядка 600˚ С) После чего пуансон Centerdrill проникает в материал за считанные секунды.	3. Пуансон Centerdrill вытесняет металл в горизонтальном и вертикальном направлениях, преимущественно вниз, формируя втулку. Постепенно давление подачи уменьшается, а скорость подачи увеличивается по мере проникновения в металл.
4. В итоге получается законченная втулка. Материал, вытесненный против направления подачи, преобразуется в обрамляющий бортик в форме кольца. Это кольцо может быть срезано в процессе аналогичной операции формовки отверстия в случае использования специального торцующего пуансона Centerdrill, который имеет режущую площадку на пояске.	5. Втулка готова для формовки резьбы при помощи бесстружечного метчика Centertap. Формируемая при помощи холодной деформации резьба повышает твердость материала за счет наклепа.	6. В результате имеем резьбовое соединение, способное выдерживать большой момент затягивания без сверления и последующего приваривания винтовой гайки.

 

Преимущества процесса формовки трением

Практические преимущества:

• Высокая точность и повторяемость
• Меньший расход материала и более легкий вес деталей, благодаря использованию тонкого материала детали
• Не требуется смежный инструмент (например, матрица для пуансона), благодаря чему можно обрабатывать даже профили с труднодоступной внутренней поверхностью
• Возможность формовки трением в наклонном положении
• Повышенный момент затягивания для резьбы за счет наклепа при пластической деформации
• Повышение жесткости конструкций (например, за счет меньшего использования многократных соединений)
• Использование только одного основного материала, что позволяет избежать электрохимической коррозии
• Высокая допустимая нагрузка подшипниковых втулок
• Упрочнение материала
• Простая в изучении и доступная для начала работы новая технология

Экономические преимущества:

• Бесстружечный процесс формовки
• Не требуются соединительные элементы
• Процесс может быть автоматизирован
• Достаточно вертикально-сверлильного станка-не требуется покупать дополнительное оборудование
• Минимальное время установки

Экологические преимущества:

• Высокопрочные соединения могут быть произведены с помощью Centerdrill без использования дополнительных материалов. Основной материал остается без примесей и может быть легко использован повторно. Не требуется стружкоудаление
• Соединения Centerdrill – разъемные. Это дает существенные преимущества для последующего демонтажа в сравнении с другими процессами

Требования к процессу формовки трением:

• Любой вертикально-сверлильный станок с достаточной мощностью или обрабатывающий центр с ЧПУ с требуемой скоростью и выходной мощностью обычно применимы для выполнения процесса формовки трением. 

Скорость вращения об/мин:
Нормальная скорость (см. табл.) для маленьких диаметров отверстий относительно высока, приблизительно 3000 об/мин, и может достигать 4500 об/мин для цветных металлов. Для больших диаметров отверстия, таких как M20, требуемая скорость приблизительно 1000 об/мин. Нержавеющая сталь, теплопроводность которой меньше, может обрабатываться со скоростями до 20% меньшими.

Метрическая резьба
Диаметр резьбы	centerdrill диаметр пуансона, мм	centerdrill скорость вращения* при формировании отверстия, об/мин	Выходная мощность станка, кВт	centertap скорость вращения* при формировании резьбы, об/мин
M3	2.7	3000	0.7	1500
M4	3.7	2600	0.8	1100
M5	4.5	2500	0.9	900
M6	5.4	2400	1.1	800
M8	7.3	2100	1.5	600
M10	9.2	1800	1.7	380
M12	10.9	1500	1.9	300
M16	14.8	1400	2.4	200
M20	18.7	1200	3.0	160

 

Типы пуансонов:

 

Стандартные фасонные пуансоны бывают с короткой и удлиненной цилиндрической частью L5. При этом угол конической части у них одинаковый.
При использовании этих версий пуансонов, материал, перемещаемый против направления подачи, остается на поверхности рабочей детали и образует обрамляющее кольцо.

 

 

 

   

 

Существуют также короткие и удлиненные торцующие пуансоны. Отличие заключается в конструкции фланца, который имеет специальную часть для срезания обрамляющего кольца после завершения формирования отверстия. Она позволяет сразу получать плоскую поверхность за одну операцию формовки.

 

 

 

   

Накатка резьбы с помощью метчиков Centertap

Формовка резьбы обладает теми же преимуществами, что и процесс формовки отверстий трением. Это бесстружечный процесс, в котором материал в пластичном состоянии перемещается из основания резьбы в резьбовые гребенки, подобно принципу накатки наружной резьбы. Существуют метчики Centertap для всех стандартных размеров резьб. Благодаря тому, что материал на поверхностных слоях резьбы уплотняется в процессе формовки, вытягивающее усилие для полученной таким образом резьбы больше, чем при нарезке.

   

Преимущества формовки резьбы: 

• Производственный процесс без резки;
• Уплотнение материала при формовке дает резьбу, способную выдерживать большее усилие вытягивания;
• Высокая точность резьбы, что предохраняет ее от стачивания;
• Меньший износ при многократных соединениях благодаря, повышенной жесткости к соединениям;
• Производительность процесса выше в 3-10 раз, чем при нарезке резьбы;
• Повышенная стойкость благодаря специальному покрытию TiN;
• Уменьшенное трение, меньшее количество заусенцев и неровностей;
• Процесс может быть автоматизирован.

Благодаря тому, что материал на поверхностных слоях резьбы уплотняется в процессе формовки, вытягивающее усилие для полученной таким образом резьбы больше, чем при нарезке.  

Оснастка и СОЖ

Зажимной патрон с охлаждающим кольцом:
Благодаря высоким температурным колебаниям и радиальной нагрузке, надежное крепление рабочей детали и фасонного пуансона имеют критическое значение. Тепло выделяемое во время процесса не должно передаваться на шпиндель. Для этого, специально для процесса формовки трением Centerdrill, разработан специальный цанговый патрон с охлаждающим кольцом, которое рассеивает тепло и обеспечивает безопасное крепление. Цанговый патрон MC2 – стандартный для пуансонов диаметрами до 14 мм. Для больших диаметров рекомендуется использовать MC3. Для обрабатывающих центров с ЧПУ могут быть также использованы зажимные устройства HSK. 

Цанги:
Для оптимальной жесткости и надежного крепления фасонных пуансонов Centerdrill используются специальные цанги.

Разделительная паста:

 

 

Для того чтобы продлить время службы пуансона Centerdrill, необходимо смазывать его специальной устойчивой к высокой температуре пастой, соответствующей обрабатываемому материалу. Паста может наноситься вручную или специальным распыляющим устройством.

 

 

 

Специалисты компании "СтройТехНавигатор" готовы более подробно проконсультировать по всем вопросам, связанным с особенностями выбора и использования инструментов для формовки отверстий и накатки резьбы, а так же предоставить всю необходимую техническую документацию.