Vi siete mai chiesti come si realizzano con tanta precisione i piccoli fori nelle parti metalliche? Questo articolo esplora l'affascinante mondo della lavorazione dei fori, coprendo le tecniche di foratura, alesatura, svasatura e alesatura. Scoprite come funzionano le singole tecniche, i loro vantaggi unici e quando utilizzarle. Preparatevi a scoprire i segreti della creazione di fori perfetti nei materiali solidi!
La lavorazione dei fori è un processo familiare, ma quali sono le differenze tra foratura, alesatura, svasatura e alesatura? Oggi ve lo spiego.
La foratura è il processo iniziale di creazione di fori in materiali solidi, in genere con diametri inferiori a 80 mm. Esistono due metodi di perforazioneUno prevede la rotazione della punta, l'altro la rotazione del pezzo. Gli errori prodotti da questi due metodi sono diversi.
Nel metodo di rotazione della punta, a causa dei taglienti asimmetrici e dell'insufficiente rigidità della punta, quest'ultima può deviare, facendo sì che la linea centrale del foro diventi obliqua o non rettilinea, ma il diametro del foro rimane invariato.
Al contrario, quando il pezzo ruota, la deviazione della punta può causare una variazione del diametro del foro, ma l'asse centrale rimane rettilineo.
Gli strumenti di perforazione più comuni includono trapani a rotazioneLe punte a spirale sono le più utilizzate, con diametri compresi tra 0,1 e 80 mm.
A causa delle limitazioni strutturali, le punte hanno una bassa rigidità flessionale e torsionale e scarse capacità di centraggio, con conseguente bassa precisione di foratura, tipicamente compresa tra IT13 e IT11; rugosità della superficie è anch'esso relativamente alto, generalmente compreso tra Ra 50 e 12,5 μm.
Tuttavia, la foratura ha un elevato tasso di rimozione del metallo e un'elevata efficienza di taglio. Viene utilizzata principalmente per i fori che non richiedono un'elevata precisione, come i fori per i bulloni, i fori inferiori filettati e i fori per l'olio.
I fori che richiedono una maggiore precisione e qualità superficiale devono essere rifiniti con processi successivi come alesatura, svasatura, alesatura o rettifica.
L'alesatura è il processo di ulteriore lavorazione di fori preforati, fusi o forgiati per ingrandire il diametro e migliorare la qualità del foro. L'alesatura può servire come operazione di prefinitura prima della lavorazione di precisione o come processo finale per fori con requisiti meno severi. Gli alesatori sono simili alle punte elicoidali, ma hanno un numero maggiore di denti e non hanno bordi di taglio trasversali.
Rispetto alla perforazione, l'alesatura presenta le seguenti caratteristiche:
(1) Gli alesatori sono dotati di più denti (da 3 a 8), che forniscono una buona guida e un taglio stabile;
(2) Gli alesatori non hanno bordi trasversali, il che migliora le condizioni di taglio;
(3) La tolleranza di lavorazione è ridotta, il che consente di ottenere scanalature per il truciolo meno profonde e un'anima più spessa, con conseguenti corpi utensile più resistenti e rigidi. La precisione dell'alesatura è in genere compresa tra IT11 e IT10, con valori di rugosità superficiale compresi tra Ra 12,5 e 6,3. L'alesatura è comunemente utilizzata per fori di diametro inferiore a 100 mm. Quando si eseguono fori più grandi (D ≥ 30 mm), è prassi comune preforare con una punta più piccola (da 0,5 a 0,7 volte il diametro del foro) e poi alesare fino alla dimensione desiderata, migliorando così la qualità e l'efficienza della lavorazione. lavorazione dei fori.
Oltre ai fori cilindrici, per la lavorazione di fori svasati e l'appiattimento delle facce terminali si possono utilizzare diversi alesatori di forma speciale, detti anche svasatori. L'estremità anteriore di uno svasatore è spesso dotata di una colonna di guida, che viene orientata dal foro già lavorato.
La svasatura è uno dei metodi di lavorazione di precisione dei fori ed è ampiamente utilizzata in produzione. Per i fori più piccoli, rispetto alla rettifica interna o all'alesatura di precisione, la svasatura è un metodo più economico e pratico.
Gli svasatori si dividono generalmente in manuali e a macchina. Gli svasatori manuali hanno un gambo dritto con una parte di lavoro più lunga, per una migliore guida, e sono disponibili nei tipi a diametro esterno integrale e regolabile.
Le svasature a macchina sono disponibili nei tipi a gambo e a manicotto. Le svasature possono lavorare non solo fori rotondi ma anche fori conici con svasature coniche.
La tolleranza per la svasatura influisce notevolmente sulla qualità della finitura. Un margine eccessivo aumenta il carico sullo svasatore, opacizzando rapidamente i taglienti e rendendo difficile ottenere una superficie liscia e mantenere le tolleranze dimensionali. Un margine insufficiente non rimuove i segni lasciati dalle lavorazioni precedenti, non migliorando la qualità della lavorazione del foro.
La tolleranza generale per la svasatura grezza è compresa tra 0,35 e 0,15 mm, mentre per la svasatura fine è compresa tra 0,15 e 0,05 mm.
Per evitare la formazione di spigoli costruiti, la svasatura viene tipicamente eseguita a basse velocità di taglio (per l'alta velocità acciaio lavorazione di acciaio e ghisa, v < 8 m/min). La velocità di avanzamento dipende dal diametro del foro da lavorare; diametri maggiori richiedono velocità di avanzamento maggiori, con velocità di avanzamento comuni per le svasature in acciaio ad alta velocità che lavorano acciaio e ghisa tra 0,3 e 1 mm/r.
La svasatura richiede l'uso di un'adeguata fluidi da taglio per il raffreddamento, la lubrificazione e la pulizia per evitare l'accumulo di bordi e la rimozione tempestiva dei trucioli.
Rispetto alla rettifica e all'alesatura, la svasatura offre una maggiore produttività e mantiene facilmente l'accuratezza del foro; tuttavia, non può correggere gli errori di posizione dell'asse del foro, che dovrebbero essere garantiti dal processo precedente. La svasatura non è adatta alla lavorazione di fori a gradino e fori ciechi.
La precisione dimensionale della svasatura è generalmente compresa tra IT9 e IT7, con una rugosità superficiale tipicamente compresa tra Ra 3,2 e 0,8. Per i fori di medie dimensioni con requisiti di precisione più elevati (ad esempio, fori di grado IT7), la sequenza di lavorazione tipica in produzione è foratura-alesatura-svasatura.
L'alesatura è un processo di lavorazione che permette di allargare un foro preforato con un utensile da taglio. Questa operazione può essere eseguita sia su alesatrici che su torni.
Esistono tre diversi metodi di alesaggio:
a) Rotazione del pezzo con movimento di avanzamento dell'utensile: Questo metodo è comunemente utilizzato sui torni. Il processo garantisce l'allineamento dell'asse del foro con l'asse di rotazione del pezzo. Il rotondità del foro dipende principalmente dalla precisione di rotazione del mandrino della macchina, mentre l'errore di forma geometrica assiale è determinato principalmente dalla precisione della direzione di avanzamento dell'utensile rispetto all'asse di rotazione del pezzo. Questo metodo è adatto per fori che richiedono concentricità con la superficie cilindrica esterna.
b) Rotazione dell'utensile con movimento di avanzamento del pezzo: Il mandrino dell'alesatrice fa ruotare l'utensile di alesatura, mentre la tavola di lavoro fa avanzare il pezzo.
c) Rotazione dell'utensile con movimento di avanzamento: Utilizzando questo metodo, la lunghezza di proiezione della barra di alesatura cambia, così come la deformazione sotto carico, dando luogo a un foro conico con un diametro maggiore vicino alla scatola del mandrino e un diametro minore più lontano. Inoltre, con l'aumento della lunghezza di proiezione della barra di alesatura, aumenta anche la deformazione di flessione causata dal peso proprio del mandrino, che provoca una corrispondente flessione dell'asse del foro lavorato. Questo metodo è adatto solo per l'alesaggio di fori corti.
Rispetto all'alesatura generica, l'alesatura con diamante è caratterizzata da una minore quantità di taglio posteriore, una minore velocità di avanzamento e una maggiore velocità di taglio. Può raggiungere un'elevata precisione di lavorazione (da IT7 a IT6) e una finitura superficiale molto liscia (Ra 0,4-0,05). Inizialmente, l'alesatura con diamante veniva eseguita con utensili diamantati, ma ora si usa comunemente lega duraCBN e utensili in diamante sintetico. È utilizzato principalmente per la lavorazione di pezzi in metallo non ferroso e può essere applicato anche a pezzi in ghisa e acciaio.
I parametri di taglio tipici per l'alesaggio con diamante sono: quantità di taglio posteriore da 0,2 a 0,6 mm per l'alesaggio di sgrossatura e 0,1 mm per l'alesaggio di finitura; velocità di avanzamento da 0,01 a 0,14 mm/r; velocità di taglio da 100 a 250 m/min per la ghisa, da 150 a 300 m/min per l'acciaio e da 300 a 2000 m/min per i metalli non ferrosi.
Per garantire un'elevata precisione di lavorazione e qualità della superficie nell'alesatura a diamante, la macchina (diamantata) è stata progettata in modo da garantire un'elevata qualità della superficie. macchina alesatrice) devono avere un'elevata precisione geometrica e rigidità. I cuscinetti del mandrino principale utilizzano spesso cuscinetti a sfere a contatto obliquo di precisione o cuscinetti a scorrimento idrostatico e le parti rotanti ad alta velocità devono essere bilanciate con precisione. Inoltre, il meccanismo di avanzamento deve muoversi in modo fluido per garantire che il piano di lavoro possa eseguire movimenti di avanzamento stabili e lenti.
L'alesatura diamantata è ampiamente utilizzata nella produzione di massa per la lavorazione finale di fori di precisione, come gli alesaggi dei cilindri dei motori, i fori degli spinotti dei pistoni e i fori del mandrino principale nelle scatole dei mandrini delle macchine utensili. Tuttavia, è importante notare che quando si lavora metalli ferrosi con l'alesaggio al diamante, si dovrebbero usare utensili di lega dura o CBN invece del diamante, poiché gli atomi di carbonio del diamante si legano fortemente con gli elementi del gruppo del ferro, riducendo la durata dell'utensile.
Gli utensili di alesatura possono essere classificati in utensili di alesatura a singolo e a doppio tagliente.
Rispetto al processo di foratura-espansione-alesatura, l'alesaggio non è limitato dalle dimensioni dell'utensile e ha una forte capacità di correggere gli errori. Può correggere la deviazione iniziale dell'asse del foro attraverso più passate e mantenere un'elevata precisione di posizionamento con la superficie di localizzazione.
Rispetto alla tornitura esterna, l'alesatura presenta una minore rigidità del sistema di barre portautensili, una maggiore deformazione, una scarsa dissipazione del calore e condizioni di asportazione del truciolo, e sia il pezzo che l'utensile subiscono una significativa deformazione termica. Di conseguenza, la qualità della lavorazione e l'efficienza produttiva dell'alesatura non sono così elevate come quelle della tornitura esterna.
In sintesi, l'alesatura ha un'ampia gamma di applicazioni, in grado di lavorare fori di varie dimensioni e livelli di precisione. È un metodo quasi esclusivo per i fori di grande diametro e con elevati requisiti di precisione dimensionale e posizionale. La precisione di lavorazione dell'alesatura varia da IT9 a IT7 e la rugosità superficiale è Ra. L'alesatura può essere eseguita su alesatrici, torni, fresatrici e altre macchine. tipi di macchine utensilioffrendo il vantaggio della flessibilità. Nella produzione di massa, per migliorare l'efficienza dell'alesatura, si utilizzano spesso le maschere di alesatura.
La levigatura è un metodo di finitura dei fori con un utensile di levigatura dotato di bastoncini abrasivi (pietre ad olio). Durante la levigatura, il pezzo rimane fermo mentre l'utensile di levigatura, azionato dal mandrino della macchina utensile, ruota e ricambia linearmente.
Nel processo di levigatura, i bastoncini abrasivi esercitano una certa pressione sulla superficie del pezzo da lavorare, rimuovendo uno strato estremamente sottile di materiale, con il risultato di ottenere un disegno a croce sulla superficie. Per evitare che le particelle abrasive seguano lo stesso percorso, il numero di rotazioni al minuto dell'utensile di levigatura e il numero di colpi alternati al minuto devono essere relativamente primi.
L'angolo di incrocio θ della sagoma di levigatura è correlato alla velocità reciproca (va) e alla velocità circonferenziale (vc) dell'utensile di levigatura. La dimensione dell'angolo θ influisce sulla qualità e sull'efficienza della levigatura; in genere, θ è impostato su 40-60° per la levigatura grossolana e più fine per la levigatura di precisione. Per facilitare l'espulsione delle particelle di abrasivo e dei trucioli, ridurre la temperatura di taglio e migliorare la qualità della lavorazione, durante la levigatura è necessario utilizzare un ampio fluido da taglio.
Per garantire una lavorazione uniforme della parete del foro, la corsa dei bastoncini abrasivi deve estendersi oltre entrambe le estremità del foro. Per garantire una levigatura uniforme e ridurre al minimo l'impatto degli errori di rotazione del mandrino sull'accuratezza della lavorazione, viene comunemente utilizzato un collegamento flottante tra l'utensile di levigatura e il mandrino della macchina.
La regolazione dell'espansione e della contrazione radiale dei bastoncini abrasivi dell'utensile di levigatura può essere manuale, pneumatica, idraulica e di altre strutture.
1) La levigatura consente di ottenere un'elevata precisione dimensionale e di forma, con una precisione di lavorazione a livello IT7-IT6. Gli errori di rotondità e cilindricità del foro possono essere controllati entro un intervallo molto ristretto. Tuttavia, la levigatura non migliora la precisione di posizione del foro lavorato.
2) La levigatura consente di ottenere un'elevata qualità superficiale, con una rugosità superficiale (Ra) compresa tra 0,2 e 0,025μm e una profondità estremamente ridotta dello strato di difetti alterati nella superficie del metallo (2,5-25μm).
3) Sebbene la velocità circonferenziale dell'utensile di levigatura non sia elevata (vc=16-60m/min) rispetto alle velocità di rettifica, la maggiore area di contatto tra i bastoncini abrasivi e il pezzo e la velocità reciproca relativamente elevata (va=8-20m/min) consentono comunque alla levigatura di mantenere un'elevata produttività.
La levigatura è ampiamente utilizzata nella produzione di massa per la lavorazione di fori di precisione nei cilindri dei motori e in vari dispositivi idraulici. La gamma di diametri dei fori parte tipicamente da 5 mm o più e la levigatura è in grado di lavorare fori profondi con rapporti lunghezza/diametro superiori a 10. Tuttavia, la levigatura non è adatta alla lavorazione di fori in pezzi di metallo non ferroso con elevata plasticità, né può lavorare fori con chiavette o scanalature.
La brocciatura è un processo di lavorazione di precisione altamente produttivo eseguito su una brocciatrice che utilizza brocce appositamente progettate. Esistono due tipi principali di brocciatrici: orizzontali e verticali, le più comuni delle quali sono quelle orizzontali.
Durante la brocciatura, la broccia esegue un lento movimento lineare (il movimento primario). Il numero di denti della broccia impegnati contemporaneamente non deve essere generalmente inferiore a tre per garantire la stabilità; in caso contrario, un taglio non uniforme può creare increspature a forma di anello sulla superficie del pezzo. Per evitare forze di brocciatura eccessive che potrebbero rompere la broccia, il numero di denti da taglio che lavorano contemporaneamente non dovrebbe generalmente superare i sei-otto.
Esistono tre metodi di brocciatura distinti, descritti di seguito:
1) La brocciatura strato per strato prevede il taglio sequenziale del materiale in eccesso dal pezzo in lavorazione, strato per strato. Per facilitare rottura del chipI denti della broccia sono rettificati con scanalature rompitruciolo interconnesse. Le brocce progettate per questo metodo sono chiamate brocce lisce.
2) La brocciatura segmentata è caratterizzata dal fatto che ogni strato della superficie lavorata viene tagliato da un gruppo di denti di dimensioni simili e sfalsati (in genere da 2 a 3 denti per gruppo). Ogni dente rimuove solo una parte di un singolo strato di metallo. Le brocce progettate per questo metodo sono chiamate brocce rotanti.
3) La brocciatura combinata combina i vantaggi della brocciatura strato per strato e della brocciatura segmentale. La parte di sgrossatura utilizza la brocciatura a segmenti, mentre la parte di finitura utilizza la brocciatura strato per strato. In questo modo non solo si riduce la lunghezza della brocciatura e si migliora la produttività, ma si ottiene anche una migliore qualità della superficie. Le brocce progettate per questo metodo sono chiamate brocce combinate.
1) Le brocce sono utensili a più taglienti che possono eseguire in sequenza la sgrossatura, la finitura e la brunitura di un foro in un'unica corsa di brocciatura, con conseguente elevata efficienza produttiva.
2) La precisione della brocciatura dipende principalmente dall'accuratezza della broccia. In condizioni normali, la brocciatura può raggiungere tolleranze comprese tra IT9 e IT7, con una rugosità superficiale (Ra) compresa tra 6,3 e 1,6 μm.
3) Durante la brocciatura, il pezzo da lavorare è auto-localizzato dal foro in lavorazione (la parte anteriore della broccia funge da elemento di posizionamento), il che rende difficile garantire l'accuratezza della posizione del foro rispetto alle altre superfici; per i pezzi in rotazione che richiedono concentricità tra le superfici interne ed esterne, la brocciatura viene spesso eseguita per prima, seguita dalla lavorazione di altre superfici sulla base del foro come riferimento.
4) Le brocce possono lavorare non solo fori rotondi, ma anche fori sagomati e fori scanalati.
5) Le brocce sono utensili di dimensioni fisse con forme complesse e costi elevati, che li rendono inadatti alla lavorazione di fori di grandi dimensioni.
La brocciatura è comunemente utilizzata nella produzione di massa per la lavorazione di fori passanti in pezzi di piccole e medie dimensioni con diametri compresi tra 10 e 80 mm e profondità dei fori non superiori a cinque volte il diametro.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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