Asymetrické vyvrtávání přináší vyšší produktivitu

Vyvrtávání, na rozdíl od vrtání, je proces obrábění, při němž je vnitřní průměr díry vytvářen v přímém vztahu k ose vřetena obráběcího stroje. Obvykle je obrobek pevně upnut a obráběcí nástroj vykonává současně rotační a posuvný pohyb v obrobku. Druhou možností je, že hlavní rotační řezný pohyb vykonává nástroj a vedlejší posuvný pohyb obrobek. Vyvrtávání je běžnou operací pro zvětšování, zpřesňování a dokončování předlitých, vylisovaných nebo předvrtaných otvorů a úpravu jejich vnitřních povrchů. Současně s vyvrtáváním jsou často prováděny související operace jako soustružení, čelní frézování, srážení hran, drážkování a řezání závitů.

Představte si malý blok motoru s válci uspořádanými v řadě, v němž je pět otvorů pro uložení čepů klikové hřídele, které je třeba přesně obrobit. Konvenční postup pro dokončovací obrábění čepů klikové hřídele využívá například vícebřité výstružníky s vodicí lištou (zde je tento postup označen jako 1.0):

• vodicí výstružník obrábí na čisto otvor prvního čepu;
• vícebřitý výstružník je zaveden do druhého až pátého otvoru a provádí jejich vystružování a dokončování na čisto;
• potom je výstružník vytažen.

Výhodou tohoto postupu je to, že jej lze realizovat na horizontálních a víceosých obráběcích CNC centrech a není třeba speciální vyvrtávačka s upínacím přípravkem speciálně určeným pro danou operaci. Ovšem obráběcí nástroj musí mít, v závislosti na velikosti obrobku, dostatečnou tuhost, jinak kvalita obrábění dramaticky klesá. Také zavádění výstružníku a jeho vytažení z dokončených otvorů musí být velmi pomalé a přesné, jinak může dojít k poškození otvorů nebo břitů výstružníku.

Jinou možností obrábění otvorů pro uložení čepů klikové hřídele je vyvrtávání (postup označme jako 2.0). Základní problém, který je třeba v tomto případě vyřešit, je to, jak dostat nástroj s břity a vodicími lištami skrz nedokončené díry, které mají menší průměr. Výrobci CNC strojů toto dilema řeší použitím konvenční vyvrtávací tyče podepřené ložiskem. Výrobní operace potom probíhá takto:
• upínací deska obráběcího stroje vyzdvihne blok motoru nahoru;
• vyvrtávací tyč je zavedena skrz obrobek a na druhé straně podepřena ložiskem;
• obrobek je nastaven do pracovní polohy a upnut;
• je provedeno jemné a dokončovací vyvrtávání otvorů pro čepy;
• blok motoru je vyzdvižen do horní polohy a vyvrtávací tyč je vytažena.

Při této výrobní operaci se ve srovnání s operací 1.0 zrychlí zavádění a vytažení nástroje a – protože nástroj je podepřen na obou koncích – zlepší se také kvalita a přesnost tvaru dokončených otvorů. Na druhou stranu funkce zvednutí a spuštění obrobku vyžaduje speciální přípravek a řízení stroje a podepření vyvrtávací tyče ložiskem umístěným v upínacím přípravku znemožňuje jakékoliv další současné obrábění ze zadní strany obrobku.

Další možností je využít víceosé obráběcí stroje s naklápěcími pracovními stoly nebo naklápěcími vřeteny společně s pokročilejšími vyvrtávacími tyčemi s nastavitelnými vodicími lištami. Tento výrobní postup, který označme 2.1, probíhá takto:
• vodicí výstružník je zaveden do pátého otvoru pro čep a obrobí jej;
• obrobek (nebo stůl stroje) se otočí o 180°;
• osy X-Y obráběcího centra jsou nastaveny na zavedení vyvrtávací tyče mimo osu obrábění;
• vyvrtávací tyč s vodicími lištami je vycentrována do otvoru pátého čepu;
• vodicí lišty jsou roztaženy;
• v otvorech prvního až čtvrtého čepu je provedeno vyvrtávání najemno a dokončovací vyvrtávání;
• vodicí lišty jsou staženy zpět;
• vyvrtávací tyč je vysunuta v excentrické poloze vůči ose obrábění.

Verze 2.1 využívá možnost nastavení víceosých obráběcích strojů. Zachovává výhody postupu 1.0, protože nevyžaduje žádné zvedání obrobku ani podpěrné ložisko, ale vyvrtávací tyč je přitom stejně jako u operace 2.0 podepřena na obou koncích. Nevýhodou je komplikovaný vnitřní mechanismus vyvrtávací tyče, který zvyšuje její cenu. Také práce s touto tyčí je složitější. Nedostatečné mazání může citlivý vnitřní mechanismus poškodit, a jestliže se na obrábění řádně nedohlíží, nástroj se může v obrobku zablokovat, což vede k poškození stroje, upínacího přípravku, nástroje i obrobku.

Technici společnosti Kennametal ve spolupráci s velkými výrobci bloků automobilových motorů vyvinuli pokročilou metodu asymetrického vyvrtávání (výrobní postup 3.0). Tato metoda, která využívá přednosti vyvrtávání i vystružování a přitom zdánlivě eliminuje nedostatky obou, je velkým krokem vpřed. Jako u většiny převratných řešení, i zde je základní princip zcela jednoduchý. Běžně se pro navádění používá plný materiál nástroje nebo část tvořená třemi a více vodicími lištami, což nedává při zavádění nástroje a jeho vytahování žádnou volnost. Řešení od firmy Kennametal využívá vodicí lišty podobné typickým vodicím lištám výstružníků, jenže vodicí lišty, jež jsou u běžného řešení umístěny v úhlu 180° vůči břitu nástroje, jsou zde pootočeny. Výsledné řešení tedy dává volnost pro vstup a výstup zaváděcí části nástroje i při průchodu nahrubo obrobenými dírami. Zmíněná geometrie tak umožňuje zavádět vyvrtávací tyč do nahrubo obrobených otvorů po excentrické dráze. Celý výrobní postup potom vypadá takto:

• vodicí výstružník je zaveden do pátého otvoru pro čep a obrobí jej načisto;
• obrobek (nebo stůl stroje) se otočí o 180°;
• asymetrická vyvrtávací tyč je zavedena do otvorů mimo jejich osu, přičemž se využívá os X-Y obráběcího stroje;
• nástroj se vycentruje a najednou se obrobí první až čtvrtý otvor pro hlavní čepy klikové hřídele;
• nástroj je posunut mimo osu otvorů a může tak být rychle vytažen.

Takové asymetrické vyvrtávání zachovává všechny výhody předchozího způsobu vyvrtávání: vysoce přesnou geometrii děr a podporu na obou koncích nástroje. Přitom není třeba nákladná operace vyzdvižení a spuštění obrobku, není třeba instalovat podpůrné ložisko, které překáží při dalších operacích obrábění, a není třeba, aby byl uvnitř vyvrtávací tyče instalován citlivý mechanismus. Významná je také skutečnost, že zavádění i vytahování nástroje z obrobku může být prováděno i na běžných obráběcích centrech vysokou rychlostí, což zvyšuje efektivitu celého postupu.

Protože jde o nástroj od firmy Kennametal, uplatňuje se zde ještě další pokročilé řešení, a to u nastavitelných břitových destiček určených pro tyto excentrické vyvrtávací tyče. Vysoce přesné břitové destičky RI8 mají osm břitů a jejich zpětný kužel není třeba seřizovat, což umožňuje dosahovat velkého úběru materiálu. Průměr může být nastaven s přesností jednoho mikrometru. Velká upínací síla zaručená kuželovým upínacím šroubem zabraňuje jakémukoliv pohybu břitových destiček (tj. „usazení“) při obrábění.

Břitové destičky a asymetrická vyvrtávací tyč jsou zkonstruovány tak, že upínací kapsy pro břitové destičky jsou přímo v tělese vyvrtávací tyče. Není třeba žádné pouzdro, které by do konstrukce vnášelo další nepřesnosti a vyžadovalo prostor pro instalaci.

Krátce: řešení s asymetrickou vyvrtávací tyčí zvyšuje robustnost obrábění, zrychluje výrobní operace, snižuje potřebu údržby nástrojů a jejich ustavení, a přitom je kompatibilní s běžnými CNC obráběcími centry – to je řešení, které ocení každý výrobce, který hledá zlepšení svých výrobních procesů.

Carsten Gromol

Kennametal

jan.fenz@kennametal.com
www.kennametal.com