En rekke nye trender innen produksjonssektoren forsterker vanskelighetene med å oppnå presise boringer og gjennomføre dreieoperasjoner med lange verktøy. Kravene om mindre avvik og pålitelig repeterbarhet blir stadig strengere. Nye materialer av høy kvalitet er vanskelige å bearbeide, noe som gir høy belastning på maskin og verktøy. For å spare tid og penger kombinerer produsenter flere deler i enkle, helstøpte arbeidsstykker som krever fresing av dype hull og dreiing av komplekse komponenter på maskiner som utfører flere funksjoner. Produsenter som ønsker å løse disse utfordringene må gjennomgå alle elementene i maskineringssystemene og bruke teknikker og verktøy som sikrer suksess. Blant de viktigste elementene er maskinstabilitet, verktøyfastspenning, oppspenning av arbeidsstykker og geometri for skjæreverktøy. Generelt er en stabil fikstur, kraftig bearbeiding og presis verktøystyring fundamentet for nøyaktig, produktiv boring og dreieprosesser med lang rekkevidde.

Produsenter av olje og gass, strøm og romfarts komponenter er gode kandidater til å ta i bruk oppdaterte verktøy og teknikker, siden de regelmessig jobber med store, komplekse deler med egenskaper som krever verktøy med lang rekkevidde. Mange av delene er laget av harde legeringer, som er vanskelige å bearbeide, og har derfor høy skjærekraft, noe som skaper vibrasjoner. Generelt kan nesten alle produsenter forbedre produktiviteten og redusere kostnadene i boreoperasjoner med lang rekkevidde.

Dyp boring skiller seg fra andre freseoperasjoner ved at skjæreeggen jobber i borehullet med lengre avstand fra tilkoblingen til maskinen. Innvendige dreieoperasjoner med lang rekkevidde har likheter med dette, og både bore- og dreieoperasjoner kan involvere hull med avbrutte kutt, noe som er tilfelle for arbeidsstykker som pumpe- og kompressorhus. Verktøyoverhenget bestemmes av dybden på hullet og kan føre til avbøyning av forlenget borestang eller dreieverktøy.

Avbøyning forsterker endringen av kreftene i skjæreprosessen og kan forårsake vibrasjon og risting som skader overflatekvaliteten, og som fører til at skjæreverktøyet slites raskt eller brekker, skader på verktøykomponenter som spindler, og kan medføre kostbare reparasjoner og lange driftsavbrudd. De varierende kreftene skyldes ubalanse i maskinkomponenter, lav rigiditet i systemet eller med vibrasjon av elementene i bearbeidingssystemet. Skjæretrykket endrer seg også med belastningsendringer på verktøyet når spon dannes og brytes ned. Negative effekter fra maskin vibrasjoner gir dårlig overflatekvalitet, unøyaktige mål på borehull, rask slitasje av verktøy, lavere materialutnyttelse, høyere produksjonskostnader og skader på verktøyholdere og maskinverktøy.

Maskinstabilitet og fastspenning av arbeidsstykker Den grunnleggende tilnærmingen for å kontrollere vibrasjoner i maskinbearbeiding involverer å maksimere stabiliteten til elementene i bearbeidingssystemet. For å begrense uønskede bevegelser skal et maskinverktøy være bygd med sterke, tunge strukturelle elementer forsterket med betong eller andre vibrasjonsabsorberende materialer. Maskinlagre og bøssinger skal være stramme og faste.

Arbeidsstykkene må være nøyaktig plassert og holdes godt fast i maskinen. Festeanordninger må være designet med hovedvekt på enkelhet og styrke, og klemmer må sitte så nærme skjæreoperasjonene som mulig. På arbeidsstykker er deler med tynne vegger eller sveisede deler samt stykker med seksjoner uten støtte utsatt for vibrasjon under bearbeiding. Deler kan redesignes for å forbedre fastheten, men slike designendringer kan gi økt vekt og redusere ytelsen til produktet som bearbeides.

For å maksimere stabiliteten må bore- eller dreiestangen være så kort som mulig, men lang nok til å bearbeide hele borelengden eller komponenten. Borestangens diameter skal være så stor som mulig mens den fortsatt passer i borehullet og ikke forhindrer fjerning av spon.

Når spon dannes og brytes ned, øker og faller skjærekreftene. Kraftvariasjoner blir en ekstra vibrasjonskilde som kan virke sammen med verktøyholderens eller maskinens naturlige vibrasjon og opprettholdes av seg selv eller forsterkes. Andre kilder til slike vibrasjoner inkluderer slitte verktøy eller verktøy som ikke går dypt nok. Dette forårsaker ustabilitet eller resonans, som også synkroniserer med den naturlige frekvensen til maskinens spindel eller verktøyet og skaper uønskede vibrasjoner.

Et langt overheng på bore- eller dreiestangen kan utløse vibrasjoner i bearbeidingssystemet. For å løse problemer med vibrasjonskontroll er det vanlig å bruke korte, faste verktøy. Desto større forholdstall for stanglengde mot diameter, jo større er sjansen for at det oppstår vibrasjoner.

Ulike stangmaterialer har ulike vibrasjonsegenskaper. Stålstenger er generelt vibrasjonsbestandige opptil et lengde/diameter-forhold på 4:1. Tungmetallstenger laget av wolframlegeringer har høyere tetthet enn stål og kan tåle et lengde/diameter-forhold på rundt 6:1. Hardmetallstenger har høyere fasthet og kan tåle et lengde/diameter-forhold på 8:1, men kan være mer kostbare, spesielt hvis stor diameter er nødvendig.

En alternativ måte å redusere vibrasjoner på involverer en justerbar stang. Stangen har en intern svingmassemotvekt som er designet for å resonnere ut av fase med den uønskede vibrasjonen, absorbere energien og minimere vibrasjonsbevegelsen. Steadyline-systemet fra Seco Tools har for eksempel en forhåndsinnstilt vibrasjonsdemper som består av en svingmassemotvekt laget av et materiale med høy tetthet i verktøyholderstangen via radielle absorberingselementer. Dempermassen absorberer vibrasjonen med en gang den overføres av skjæreverktøyet til selve stangen.

Mer komplekse og dyre aktive løsninger for vibrasjonskontroll til verktøy kan være elektronisk aktiverte enheter som registrerer vibrasjoner, og som bruker elektroniske aktuatorer til å skape sekundær bevegelse i verktøyholderen for å utligne uønskede bevegelser.

Skjæreegenskapene til arbeidsstykkets materiale kan skape vibrasjoner. Materialets hardhet, en tendens til å kantdannelse eller økt hardhet, eller harde inneslutninger, endrer eller avleder skjærekraften og kan generere vibrasjoner. Justering av skjæreparametere kan i en viss grad minimere vibrasjon ved bearbeiding av enkelte materialer.

Skjæreverktøyet er gjenstand for tangentiell og radiell avbøyning. Radiell avbøyning påvirker nøyaktigheten til borediameteren. Ved tangentiell avbøyning tvinges skjæret nedover, bort fra senterlinjen. Spesielt ved boring av hull med mindre diameter reduserer den buede indre diameteren til hullet klaringsvinkelen mellom skjæret og borehullet.

Tangentiell avbøyning skyver verktøyet nedover og bort fra senterlinjen til komponenten som bearbeides, hvilket reduserer klaringsvinkelen. Radiell avbøyning reduserer skjæredybden, noe som påvirker presisjonen og endrer sponets tykkelse. Endringene i skjæredybden endrer skjærekraften og kan føre til vibrasjoner.

Skjærgeometriegenskaper, inkludert, skjærkant- og stigningsvinkel og neseradius kan enten forsterke eller dempe vibrasjonene. For eksempel kan positiv spongeometri gi lavere tangentiell skjærekraft, men en konfigurasjon med positiv sponvinkel kan redusere klaringen, noe som kan skape gnisninger og vibrasjoner. En stor sponvinkel og liten eggvinkel gir en skarp skjærekant, hvilket reduserer skjærekraften. Men den skarpe kanten kan bli utsatt for støtskader eller ujevn slitasje, noe som påvirker boringens overflatekvalitet.

En lav skjærkantvinkel på skjærekanten gir større aksiell skjærekraft, mens en stor skjærkantvinkel gir kraft i radialretningen. Aksielle krefter har begrenset effekt på boreoperasjoner, så en liten skjærkantvinkel kan være gunstig. Men en liten skjærkantvinkel konsentrerer også skjærekraften på et mindre område av skjæreeggen enn en stor stigningsvinkel, med mulig negativ innvirkning på verktøyets levetid. I tillegg påvirker verktøyets skjærkantvinkel tykkelsen på sponet og sponets retning. Skjærets neseradius skal være mindre enn skjæredybden for å minimere de radielle skjærekreftene.

Å fjerne spon fra boringen er et viktig element i boreoperasjoner. Skjærgeometri, skjærehastigheter og skjærekarakteristikkene til arbeidsstykke materialet er alle forhold som påvirker sponkontrollen. Kort spon er mest gunstig, siden det er enklere å fjerne fra boringen og minimerer kreftene på skjæreeggen. Men skjærgeometri med store konturer designet for å bryte opp sponet, gir ofte et høyere energiforbruk og kan forårsake vibrasjoner.

Operasjoner der målet er høy overflatekvalitet kan kreve en lavere skjæredybde, noe som gir tynnere spon og gjør det vanskeligere å håndtere sponet. Høyere mating kan bryte opp sponet, men kan øke skjærekreftene og forårsake vibrasjon, noe som kan påvirke overflatekvaliteten negativt. Høyere mating kan også føre til kanter ved bearbeiding med lavkarbonstål, så høyere mating kombinert med optimal tilførsel av kjølevæske internt kan være en god løsning ved boring av slike mer formbare stållegeringer.

Boring og dreiing i dype hull med lange verktøy er vanlige og viktige operasjoner innen metallbearbeiding. Effektiv gjennomføring av slike prosesser krever en vurdering av bearbeidingssystemet som helhet for å sikre at de ulike faktorene involvert hjelper å minimere vibrasjoner og sikre produktkvaliteten fungerer sammen for å oppnå maksimal produktivitet og lønnsomhet.

For mer informasjon se: www.secotools.com