Boren & Boren 101: Leer de basis voor nauwkeurig boren

Boren

Verschillende snijprocessen zoals boren, ruimen of tegenboren worden uitgevoerd met verschillende soorten boren.

Boren is een snijproces waarbij gaten worden gemaakt met behulp van spiraalborenvlakboren of centerboren op massieve materialen om doorlopende of blinde gaten te maken.

Ruimen vergroot de diameter van een bestaand gat in een werkstuk met behulp van een ruimerboor.

Tegenboren wordt uitgevoerd met een tegenboor aan één uiteinde van het bestaande gat om tegenboringen, conische gaten, gedeeltelijke vlakken of bolvormen te maken die worden gebruikt voor het installeren van bevestigingsmiddelen.

Er zijn twee hoofdmethoden om te boren:

1) het werkstuk blijft stationair terwijl de boor roteert en axiaal vooruitgaat, wat over het algemeen wordt toegepast op boormachines, boormachines, bewerkingscentra of combinatiemachines;

2) het werkstuk roteert terwijl de boor alleen axiaal vooruit gaat, wat meestal wordt toegepast op draaibanken of diepgatboormachines. Gedraaide boren kunnen gatdiameters produceren van 0,05 mm tot 100 mm, terwijl vlakke boren tot 125 mm kunnen bereiken. Voor gaten groter dan 100 mm wordt meestal eerst een kleiner voorgeboord gat (of gereserveerd gietgat) gemaakt en daarna wordt het gat geboord tot de vereiste grootte.

Tijdens het boren is de boorsnelheid (v) de omtreksnelheid van de buitendiameter van de boor (m/min) en de voedingssnelheid (f) de axiale afstand die de boor (of het werkstuk) per omwenteling aflegt tijdens het boren in het gat (mm/r).

Figuur 2 toont de boorparameters van een spiraalboor. Aangezien een spiraalboor twee snijkanten heeft, wordt de voedingssnelheid voor elke tand berekend als af=f/2 (mm/tand).

Er zijn twee snijdieptes: bij het boren van gaten wordt deze berekend als de helft van de boordiameter (d); bij ruimen wordt deze berekend als (d-d0)/2, waarbij d0 de bestaande gatdiameter is.

De spaandikte die door elke tand wordt gesneden is a0=afsin(Κr), met eenheden in millimeters, waarbij Κr de helft van de punthoek van de boor is.

Wanneer hogesnelheidsboren worden gebruikt voor het boren van stalen materialen, wordt de boorsnelheid meestal ingesteld tussen 16-40 m/min. harde legering Boren kunnen de boorsnelheid verdubbelen.

Tijdens het boren heeft een spiraalboor twee primaire snijkanten en een transversale snijkant, meestal "één punt (boorcentrum) en drie bladen" genoemd, die deelnemen aan het snijden.

De draaiboor werkt in een half gesloten toestand waarbij de dwarsrand sterk wordt samengedrukt en spaanafvoer moeilijk is. Daarom zijn de bewerkingsomstandigheden complexer en uitdagender dan bij draaien of andere snijmethoden, wat resulteert in een lagere bewerkingsnauwkeurigheid en ruwere oppervlakken.

De precisie van het boren van stalen materialen is over het algemeen IT13-10, met oppervlakteruwheid van Ra20-1,25 µm, terwijl de precisie van ruimen IT10-9 kan bereiken, met een oppervlakteruwheid van Ra10-0,63 µm.

De kwaliteit en efficiëntie van het boorproces hangen grotendeels af van de vorm van de snijkant van de boor.

Bij de productie worden de vorm en de hoek van de snijkant van een draaiboor vaak veranderd door slijpen om de snijweerstand te verminderen en de boorprestaties te verbeteren. De groepsboor van China is een voorbeeld van een draaiboor die volgens deze methode is geproduceerd.

Wanneer de verhouding tussen de diepte (l) en de diameter (d) van een boorgat groter is dan zes, wordt dit over het algemeen beschouwd als diepgatboren. De boor die voor diepgatboren wordt gebruikt, is slank en heeft een slechte stijfheid. Tijdens het boren is de boor gevoelig voor afwijking en wrijving met de boorwand, waardoor koeling en spaanafvoer worden bemoeilijkt.

Als de l/d-verhouding groter is dan 20, is daarom een speciaal ontworpen diepgatboor nodig en wordt een snijvloeistof met een bepaald debiet en druk gebruikt voor koeling en spaanderspoeling om hoogwaardige boorresultaten met een hoog rendement te verkrijgen.

Boren

Een boor is een snijtang Wordt gebruikt voor het boren van gaten in vaste materialen, om doorlopende gaten of blinde gaten te maken, en kan ook worden gebruikt om bestaande gaten te vergroten.

Veel gebruikte boren zijn draaiboren, vlakboren, centerboren, diepgatboren en tegenboren. Hoewel ruimers en verzinkboren niet worden gebruikt om gaten te boren in vaste materialen, worden ze vaak geclassificeerd als boren.

Figuur 3. Verschillende soorten boren.

Draaiboren zijn de meest gebruikte gereedschappen voor het maken van gaten. De diameter varieert van 0,25 mm tot 80 mm. Het bestaat voornamelijk uit een werkend deel en een schachtdeel.

Het werkzame deel heeft twee spiraalvormige groeven die lijken op een gedraaid lint, daarom wordt het een spiraalboor genoemd. Om de wrijving tussen het geleidende deel en de boorwand tijdens het boren te verminderen, neemt de diameter van de spiraalboor geleidelijk af van de punt naar de schacht in een conische vorm.

De spiraalhoek van de spiraalboor heeft voornamelijk invloed op de grootte van de voorhoek van de snijkant, de sterkte van de snijkant en de prestaties van de spaanafvoer en varieert meestal van 25° tot 32°.

De spiraalvormige groef kan worden verwerkt door frezen, slijpen, warmwalsen of hete extrusie, en het snijgedeelte van de boor wordt gevormd na te zijn aangescherpt.

De tophoek van het snijgedeelte van een standaarddraaiboor is 118°, de hellingshoek van de dwarsrand is 40° tot 60° en de rughoek is 8° tot 20°. Om structurele redenen wordt de voorhoek geleidelijk verkleind van de buitenrand naar het midden en is er een negatieve voorhoek (tot ongeveer -55°) aan de dwarsrand, wat een drukkend effect heeft tijdens het boren.

Om de snijprestaties van de spiraalboor te verbeteren, kan het snijgedeelte in verschillende vormen worden geslepen (zoals groepsboren), afhankelijk van de eigenschappen van het te bewerken materiaal. De schacht van een spiraalboor heeft twee vormen: een rechte schacht en een conische schacht. Tijdens de bewerking wordt de eerste vastgeklemd in de boorhouder en wordt de tweede in het conische gat van de spindel of het staartstuk van de bewerkingsmachine gestoken.

Over het algemeen zijn draaiboren gemaakt van snelstaal. Draaiboren met gecementeerd carbide bladen of tanden zijn geschikt voor het bewerken van gietijzer, gehard staal, niet-metalen materialen, etc., en volhardmetalen kleine spiraalboren worden gebruikt voor het bewerken van instrumentonderdelen en printplaten, etc.

Het snijgedeelte van de vlakke boor is schopvormig en heeft een eenvoudige structuur met lage productiekosten. De snijvloeistof kan gemakkelijk in het gat worden gebracht, maar de snij- en spaanafvoerprestaties zijn slecht. Vlakke boren kunnen worden onderverdeeld in twee types: integraal en geassembleerd.

Het integrale type wordt voornamelijk gebruikt voor het boren van microgaatjes met een diameter van 0,03 mm tot 0,5 mm. Gemonteerde vlakke boren hebben vervangbare boorbladen en kunnen intern gekoeld worden. Ze worden voornamelijk gebruikt voor het boren van grote gaten met een diameter van 25 mm tot 500 mm.

Diepe gatboren verwijzen meestal naar gereedschappen met een gatdiepte-diameterverhouding van meer dan 6. Veel gebruikte boren voor diepe gaten zijn onder andere pistoolboren, BTA-boren voor diepe gaten, jetboren, DF-boren voor diepe gaten, enz. Tegenboorboren worden ook vaak gebruikt voor het bewerken van diepe gaten.

Ruimers hebben 3-4 tanden en zijn stijver dan draaiboren. Ze worden gebruikt om bestaande gaten te vergroten en de bewerkingsnauwkeurigheid en gladheid te verbeteren.

Tegenboorboren hebben meerdere tanden en worden gebruikt om het uiteinde van gaten vorm te geven, zoals tegenboorgaten voor verschillende soorten verzonken schroeven of om het buitenste uiteinde van gaten af te vlakken.

Centerboren worden gebruikt om middengaten te boren in asvormige werkstukken. Ze bestaan in wezen uit spiraalboren en tegenboren met een zeer kleine spiraalhoek en worden ook wel samengestelde centerboren genoemd.

De toepassing van parabolische boren bij het bewerken van diepe gaten

Wanneer het personeel van mechanische bewerkingsprocessen een boor kiest voor een specifieke gatbewerkingstaak, moet eerst worden gekeken naar de diepte van het bewerkte gat. Hoe dieper het te bewerken gat, hoe meer spanen er moeten worden afgevoerd tijdens het bewerkingsproces.

Als de spanen die tijdens de bewerking ontstaan niet tijdig en effectief kunnen worden afgevoerd, kunnen ze de spaanafvoergroef van de boor blokkeren, waardoor het bewerkingsproces wordt vertraagd en uiteindelijk de kwaliteit van de gatbewerking wordt beïnvloed.

Daarom is effectieve spaanafvoer een sleutelfactor voor het succesvol afronden van elke materiaalbewerkingstaak.

De lengte-diameterverhouding van boren

Wanneer procesmedewerkers het meest geschikte type boor kiezen voor een specifieke gatbewerkingstaak, moeten ze de lengte-diameterverhouding van de boor berekenen.

De lengte-diameterverhouding is de verhouding tussen de diepte van het bewerkte gat en de diameter van de boor. Als de diameter van de boor bijvoorbeeld 12,7 mm is en de diepte van het te bewerken gat 38,1 mm, dan is de lengte-diameterverhouding 3:1.

Wanneer de lengte-diameterverhouding ongeveer 4:1 of minder is, kunnen de meeste standaarddraaiboren de spanen die door de snijkant van de boor zijn gesneden, soepel afvoeren.

Als de lengte-diameterverhouding echter groter is dan het bovenstaande bereik, zijn speciaal ontworpen diepgatboren nodig voor een effectieve bewerking.

Zodra de lengte-diameterverhouding van het bewerkte gat groter is dan 4:1, is het voor standaard spiraalboren moeilijk om de spanen uit het snijgebied te tillen en buiten het gat af te voeren. Spanen zullen snel de spaanafvoergroef van de boor blokkeren.

Op dit punt is het nodig om te stoppen met boren, de boor terug te trekken uit het gat, de spanen uit de spaanafvoergroef te verwijderen en dan verder te gaan met boren om verder te gaan met snijden.

De bovenstaande bewerking moet vele malen herhaald worden om de vereiste diepte van het gat te bereiken. Deze boormethode wordt meestal "pikboren" genoemd. Als je "pikboren" gebruikt om diepe gaten te boren, verkort je de levensduur van het gereedschap, verlaag je de bewerkingsefficiëntie en beïnvloed je de kwaliteit van het bewerkte gat.

Telkens wanneer de boor uit het gat wordt getrokken om de spanen te verwijderen en opnieuw in het gat wordt geplaatst, kan de boor afwijken van de middellijn van het gat, waardoor de diameter van het gat groter wordt dan de gespecificeerde maattolerantie.

Om het probleem van het bewerken van diepe gaten op te lossen, hebben de fabrikanten van boorbeetjes de laatste jaren twee nieuwe soorten boorbeetjes voor het bewerken van diepe gaten ontwikkeld - gewone parabolische boorbeetjes en parabolische boorbeetjes met breed blad.

Gewone paraboolboor

De spaanafvoergroef van een parabolische boor is parabolisch van vorm en wordt specifiek gebruikt voor het continu boren van diepe gaten met een lengte-diameterverhouding tot 15:1 en een materiaalhardheid van niet meer dan 25-26 HRC (inclusief laag koolstofstaal, diverse aluminiumlegeringen, koperlegeringen, enz.).

Een parabolische boor met een diameter van 12,7 mm kan bijvoorbeeld met succes een gatdiepte tot 190 mm maken.

Door de grote spaanafvoerruimte kan een gewone paraboolboor de spanen aan de snijkant snel afvoeren terwijl er meer snijvloeistof in het snijgebied komt, waardoor de kans op snijwrijving en spaanlassen aanzienlijk wordt verkleind.

Daarnaast vermindert het ook het stroomverbruik, de koppelbelasting en de snijimpact tijdens het bewerken.

De spiraalhoek van een parabolische boor is 36°-38°, wat groter is dan de spiraalhoek van een standaarddraaiboor (28°-30°). De spiraalhoek kan de mate van "verdraaiing" van de boor aangeven en hoe groter de spiraalhoek, hoe sneller de boor en de spaanafnamesnelheid.

Een ander kenmerk van gewone parabolische boren die geschikt zijn voor het bewerken van diepe gaten is dat de boorkern dikker is (de boorkern van de boor verwijst naar het middengedeelte van de boor dat niet is geslepen nadat de spaanafvoergroef is gevormd).

De boorkern van een standaarddraaiboor maakt ongeveer 20% van de gehele voltooide boor uit, terwijl de boorkern van een paraboolboor ongeveer 40% van de gehele boor kan uitmaken.

Bij het boren van diepe gaten kan een dikkere boorkern de stijfheid van de boor vergroten en de stabiliteit van het boorproces verbeteren. De boorpunt van de parabolische boor heeft een sleuf, zodat een grotere boorkerndiameter kan worden gebruikt. Bovendien kan het voorkomen dat de boor tijdens de eerste fase van het boren verschuift.

Parabolische boren zijn gemaakt van hogesnelheidsstaal en kunnen worden gecoat om hun snijprestaties te verbeteren.

Parabolische boor met breed blad

Om tegemoet te komen aan de behoeften bij het boren van diepe gaten in moeilijk te bewerken materialen (zoals koud bewerkte geharde materialen), hebben sommige fabrikanten van gereedschap parabolische boren met brede bladen ontwikkeld.

Veel kenmerken van dit boortype zijn vergelijkbaar met die van gewone paraboolboren, zoals een grotere spiraalhoek (36°-38°) voor eenvoudige spaanafvoer en een dikkere boorkern voor betere stijfheid en stabiliteit tijdens het bewerken van diepe gaten.

Het verschil met gewone paraboolboren zit in de vorm van de spaanafvoergroef en de snijkant. De snijkant van de parabolische boor met breed blad gaat vloeiend over in de spaanafvoergroef, waardoor de snijkant van de boor sterker en stijver wordt. Tegelijkertijd kunnen de spanen soepel door de spaanafvoergroef worden afgevoerd.

Bij het boren van diepe gaten kan de hoge temperatuur veroorzaakt door wrijving leiden tot lichte verzachting of gloeien van de snijkant van de boor, waardoor deze sneller slijt. Het vermogen van de snijkant van de boor om de hardheid te behouden tijdens de bewerking kan worden uitgedrukt als "rode hardheid".

Breedbladige parabolische boren zijn meestal gemaakt van hogesnelheidsstaal en kobalt hogesnelheidsstaal. Door de hogere rode hardheid van kobalt-hogesnelheidsstaal is de levensduur van het gereedschap langer en de slijtvastheid sterker.

Oppervlaktecoatings voor boren

De volgende oppervlaktecoatings worden vaak gebruikt voor gewone paraboolboren en paraboolboren met brede bladen:

① Titanium nitride (TiN) coating: Deze coating kan de levensduur van boren en de kwaliteit van verwerkte gaten aanzienlijk verbeteren. Vergeleken met ongecoate boren zijn boren met TiN-coating geschikter voor het boren met hoge snelheid van verschillende materialen (vooral verschillende stalen onderdelen).

Titanium carbonitride (TiCN) coating: Bij de juiste snijtemperatuur hebben boorbeitels met TiCN-coating een hogere hardheid, sterkere taaiheid en betere slijtvastheid dan boorbeitels met TiN-coating. Ze zijn ook geschikt voor het met hoge snelheid boren van verschillende materialen (vooral stalen onderdelen).

Ze moeten echter met voorzichtigheid worden gebruikt bij de verwerking van non-ferroverbindingen. metalen materialen omdat de TiCN-coating een hoge chemische affiniteit heeft met non-ferrometalen en gevoelig is voor slijtage.

③ Titanium aluminium nitride (TiAlN) coating: Deze coating kan de levensduur van boren verbeteren, vooral in snijomgevingen met hoge temperaturen. Net als TiCN-coating is TiAlN-coating niet erg geschikt voor het verwerken van non-ferrometalen.

Optimalisatie van boorparameters

Bij het bewerken van diepe gaten moeten, om de snijprestaties van de boor te maximaliseren, de boorsnelheid en de voedingssnelheid worden geoptimaliseerd op basis van de specifieke lengte-diameterverhouding.

Als de lengte-diameterverhouding van het boorproces 4:1 is, moet de snijsnelheid worden verlaagd met 20% en de voedingssnelheid met 10%.

Als de lengte-diameterverhouding 5:1 is, moet de snijsnelheid worden verlaagd met 30% en de voedingssnelheid met 20%. Als de verhouding lengte/diameter 6:1-8:1 is, moet de snijsnelheid worden verlaagd met 40%. Wanneer de verhouding lengte/diameter 5:1-8:1 is, moet de voedingssnelheid bovendien worden verlaagd met 20%.

Hoewel de prijs van een paraboolboor 2 tot 3 keer hoger ligt dan die van een standaarddraaiboor, zijn de uitstekende prestaties bij het bewerken van diepe gaten (lengte-diameterverhouding groter dan 4:1) een aanzienlijke verlaging van de kosten van elk geboord gat, waardoor het het voorkeursgereedschap is voor mechanische technici om diepe gaten te bewerken.