PL230333B1 - Głowica wiercąca - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica wiercąca wykorzystywana w technologii głębokiego wiercenia stali, której zastosowanie polega na użyciu specjalnych elementów tłumiących drgania, powstające w procesie wiercenia i prowadzących do obniżenia trwałości głowicy wiercącej lub jej uszkodzenia.

Głowice wiercące wykorzystywane przy obróbce skrawaniem otworów w detalach metalowych mogą mieć bardzo różnorodne kształty. Materiały, w których dokonuje się operacji wiertarskich to zwyczajowo wszelkiego rodzaju stale węglowe, stopowe, nierdzewne, żeliwa, aluminium oraz różnorakie kompozyty. Najczęściej spotykaną metodą wiercenia jest wiercenie „w pełnym”, co oznacza że otwór wykonywany jest w pełnym materiale (np. wałku) na określoną średnicę w jednej operacji. W wyniku takiej operacji powstają otwory przelotowe (z dwoma wylotami na obu końcach) lub ślepe (z tylko jednym wylotem). Inną metodą jest tzw. powiercanie, gdzie wstępnie wykonywany jest otwór pilotowy o mniejszej średnicy, a dopiero później wykonywany jest otwór docelowy o zadanej średnicy. Uzyskiwane otwory dzieli się również ze względu na ich długość na: otwory krótkie (do 5 x D; D-średnica otworu) oraz otwory głębokie (do 100 x D lub nawet więcej).

Większość znanych głowic wiercących posiada w swej budowie płytki skrawające i/lub krawędzie skrawające. Dla głowic do otworów krótkich płytki skrawające i/lub krawędzie skrawające są zwyczajowo rozmieszczone symetrycznie, co umożliwia samo-centrowanie się głowicy. Natomiast przy otworach głębokich ułożenie ich jest asymetryczne, co uniemożliwia samo-centrowanie. W celu zapewnienia centrowania głowic w trakcie procesu głębokiego wiercenia wykorzystywane są różnego rodzaju płytki/ /listwy prowadzące.

W zależności od głębokości i średnicy wierconych otworów stosuje się różne systemy głębokiego wiercenia:

- system ejectorowy (dwururowy);

- system STS (jednorurowy);

- system wiercenia lufowego;

Proces głębokiego wiercenia dostarcza wielu problemów technologiczno-technicznych wynikających z jego specyfiki, a objawiających się głównie we wzmożonych drganiach głowicy (zwłaszcza na początku i końcu wierconego otworu), niedostatecznej sztywności układu narzędzie-detal, problemach z odprowadzaniem generowanego ciepła i wiórów od krawędzi skrawającej. Szczególnie kłopotliwe są występujące w trakcie pracy drgania narzędzia powodujące nie tylko uzyskiwanie znacznie gorszej chropowatości powierzchni otworu, ale zwłaszcza w znaczącym obniżenie trwałości samej głowicy, a często również jej trwałego uszkodzenia.

Większość znanych głowic wiercących nie jest wyposażona w żadne dodatkowe elementy tłumiące drgania. Jedynie standardowo stosowane połączenia gwintowe rury wiertarskiej z głowicą i połączenia śrubowe listew i płytek wiercących z głowicą, wykazują nieznaczne zjawisko tłumienia konstrukcyjnego drgań.

Zastosowanie śrubowych i gwintowych połączeń można odnaleźć w m.in. w opisach patentowych EP2272611B1, EP2298478A1, EP1609551A1.

Tłumieniem konstrukcyjnym nazywamy straty energii występujące podczas drgań w wyniku działania siły tarcia suchego na powierzchniach stykających się ciał w połączeniach wciskowych, śrubowych, nitowych i innych. Zasadniczo tłumienie konstrukcyjne jest znacznie silniejsze od tłumienia spowodowanego tarciem wewnętrznym w materiale ciała drgającego.

Tłumienie konstrukcyjne może być sztucznie zwiększone przez zastosowanie specjalnych zestawów resorowych lub sprężystych tłumiących sprzęgieł z pakietami sprężyn. Wiarygodną ocenę intensywności tłumienia konstrukcyjnego w założonych układach mechanicznych można potwierdzić tylko w badaniach eksperymentalnych.

Tłumienie konstrukcyjne drgań poprzez zastosowanie jedynie połączeń śrubowych i gwintowych wydaje się być niewystarczające, gdyż nie ogranicza tych drgań w sposób wystarczający i nadal prowadzi do opisanych wcześniej problemów.

Szczególnie przy głowicach wiercących o mniejszych średnicach, listwy prowadzące i płytki wiercące są wlutowywane w trzpień głowicy. Rozwiązania takie opisują patenty m.in. EP2239076B1, EP781183B1, EP781184B1 czy US20100061817A1 i US20100104385A1. W tych rozwiązaniach zjawisko drgań jest jeszcze bardziej widoczne z uwagi na brak choćby minimalnego tłumienia drgań na zastąpionych przez lutowanie połączeniach.

PL 230 333 Β1

W znanych rozwiązaniach głowic wiercących opisanych w zgłoszeniach patentowych

EP2298478A1 i EP2570214A1 przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne mające na celu zmniejszenie drgań głowicy wiercącej poprzez ograniczenie powstających w procesie znaczących sił skrawania. Rozwiązania te opisują specyficzną konstrukcję i ułożenie prowadnic i płytek skrawających.

Istotą wynalazku jest zastosowanie aluminiowej linki wielożyłowej, umieszczonej w specjalnie dobranych i umieszczonych na głowicy otworach, otworach osiowych i promieniowych, przy czym otworów osiowych jest co najmniej dwa, a otworów promieniowych co najmniej jeden. Otwory te są otworami nieprzelotowymi, mają jednakową średnicę i długość, a średnica linki odpowiada średnicy otworów, w których jest osadzona. Jest to linka aluminiowa, wielożyłowa. Otwory osiowe usytuowane są pomiędzy blokami wiercącymi a płytkami podporowymi. Otwory promieniowe znajdują się od czoła głowicy w odległości stanowiącej 0,25 do 0,50 jej średnicy, korzystnie 0,33. Średnica otworów osiowych i promieniowych równa jest co najmniej 0,04 średnicy głowicy. Długość otworów osiowych i promieniowych mieści się w przedziale od 0,15 do 0,20 średnicy głowicy.

Głowicę według wynalazku zobrazowano w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia głowicę w widoku perspektywicznym, fig. 2 - głowicę w widoku z góry, fig.3 - przekrój poprzeczny głowicy wzdłuż linii A-A z fig. 4, fig. 4 - głowicę w widoku z boku.

W przykładzie wykonania na głowicy wiercącej 1 znajdują się dwa otwory osiowe 3 i jeden otwór promieniowy 6. Otwory osiowe 3 umieszczone są pomiędzy płytkami podporowymi 2 a blokami wiercącymi 4. Otwory te mają średnicę 3 mm i długość 12 mm. W odległości 20 mm od czoła 7 głowicy 1 znajduje się jeden promieniowy otwór nieprzelotowy 6 o średnicy 3 mm i długości 12 mm. Zarówno otwory osiowe 3 jak i otwór promieniowy 6 wypełnione są linką aluminiową wielożyłową o średnicy odpowiadającej średnicy otworów.

W drugim przykładzie wykonania wykorzystano głowicę wiercącą 1 o średnicy 68 mm posiadającą sześć otworów osiowych 3 o średnicy 6 mm i długości 20 mm oraz sześć otworów promieniowych 6 w odległości 20 mm od czoła 7 o średnicy 6 mm i długości 20 mm.

Po przeprowadzeniu testów z głowicą wiercącą o średnicy 68 mm, posiadającą 6 otworów osiowych o średnicy 6 mm i długości 20 mm oraz 6 otworów promieniowych w odległości 20 mm od czoła o średnicy 6 mm i długości 20 mm, tłumienie drgań konstrukcyjnych wzrosło o ponad 80% w stosunku do głowicy o tej samej średnicy z jednym otworem osiowym o średnicy 3 mm i długości 12 mm i jednym otworem promieniowym w odległości 20 mm od czoła i średnicy 3 mm i długości 12 mm.

Linka pełni funkcje tłumienia konstrukcyjnego drgań głowicy wiercącej, poprzez tarcie podczas wzbudzonych drgań w procesie wiercenia o otwór w głowicy wiercącej i wewnątrz zwojów splotu. Powoduje to znaczące ograniczenie drgań promieniowych i osiowych.

Rozwiązanie według wynalazku koncentruje się na drganiach w układzie detal - narzędzie.

Zastosowanie tego rozwiązania zwiększa trwałość ostrzy (płytek) skrawających i listew prowadzących oraz polepsza gładkość i dokładność wykonywanych otworów. Zastosowanie dodatkowych elementów tłumiących drgania w postaci linki stwarza również możliwość zwiększenia parametrów obróbki i znaczące przyspieszenie procesu, obniżając jego koszty.

Z uwagi na fakt, że największe wzbudzenie drgań następuje w okolicach płytek skrawających i listew prowadzących, zarówno w kierunku promieniowym jak i osiowym, celowym wydaje się umieszczenie otworów z linką aluminiową z przodu głowicy wiercącej pod blokami wiercącymi.

Wyliczenia teoretyczne, poparte badaniami drgań dla głowicy o średnicy 77 mm, wykazały że dla 90%-ej eliminacji drgań (tłumienie konstrukcyjne) potrzebne jest zastosowanie 12 otworów o średnicy 6 mm i długości minimum 12 mm.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Głowica wiercąca z blokami wiercącymi i płytkami podporowymi, otworami promieniowymi i osiowymi, znamienna tym, że znajdują się w niej co najmniej dwa otwory osiowe (3) i co najmniej jeden otwór promieniowy (6) z osadzoną w nich linką, przy czym otwory osiowe (3) i otwory promieniowe (6) są otworami nieprzelotowymi, mają jednakową średnicę i długość, a średnica linki odpowiada średnicy otworów (3) i (6).
2. 2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory osiowe (3) usytuowane są pomiędzy blokami wiercącymi (4) a płytkami podporowymi (2).
3. 3. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że linka wykonana jest z aluminium.

   PL 230 333 Β1
4. 4. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że linka jest linką wielożyłową.
5. 5. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory promieniowe (6) na głowicy (1) znajdują się od czoła (7) w odległości stanowiącej 0,25 do 0,50 średnicy (5) głowicy (1).
6. 6. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory promieniowe (6) na głowicy (1) znajdują się od czoła (7) w odległości stanowiącej 0,33 średnicy (5) głowicy (1).
7. 7. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że średnica otworów osiowych (3) stanowi co najmniej 0,04 średnicy (5) głowicy (1).
8. 8. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że średnica otworów promieniowych (6) stanowi co najmniej 0,04 średnicy(5) głowicy (1).
9. 9. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że długość otworów (3) i (6) mieści się w przedziale od 0,15 do 0,20 średnicy (5) głowicy (1).