Co to jest wiercenie z tarciem termicznym?

6 min read

22 października, 2022

Co to jest wiercenie z tarciem termicznym?

Wiercenie to znana od dawna metoda redukcji, która polega na użyciu prowadnicy lub wiertła napędzanego maszynowo w celu zmniejszenia przekroju poprzecznego otworu w obrabianym przedmiocie. Wiertło dociskane jest do powierzchni obrabianego przedmiotu, po czym obraca się, aby wydrążyć materiał, powiększając w ten sposób otwór w obrabianym przedmiocie. Wiercenie cierne jest jednak specjalną metodą cięcia, która charakteryzuje się wykorzystaniem tarcia. Aby dowiedzieć się więcej o wierceniu ciernym i jego działaniu, czytaj dalej.

Historia

W 1923 roku Francuz Jean-Claude de Valière próbował skonstruować urządzenie, które miało wykonywać otwory w metalu za pomocą ciepła tarcia, zamiast za pomocą obróbki skrawaniem. Był to jedynie średni sukces, ponieważ w tamtym czasie nie były jeszcze dostępne odpowiednie materiały. Ponadto nie znalazł on odpowiedniej konstrukcji dla tego typu narzędzia. Dopiero w latach 80. udało się wyprodukować użyteczne narzędzie.

Wprowadzenie

Obecnie w wielu zastosowaniach przemysłowych powszechnie stosuje się mocowanie cienkich blach metalowych za pomocą cienkościennych elementów i profili rurowych. Ponadto, ze względu na rozwój obecnych planów w przemyśle motoryzacyjnym, wymagania dotyczące lekkich konstrukcji są bardzo wysokie, aby zwiększyć wydajność pojazdów samochodowych. Jak wspomniano powyżej, w przypadku mocowania blach istnieją trzy podstawowe tradycyjne strategie mocowania mechanicznego. Są to: i) łączenie za pomocą śrub i nakrętek, ii) spawanie nakrętek oraz iii) wstawianie nitów.

Poniżej przedstawiono ocenę tradycyjnych technik w porównaniu z nowatorską metodą. Pierwsza technika to mocowanie za pomocą śrub, które w wielu przypadkach jest stosowane do mocowania konstrukcji z blachy stalowej, ponieważ wymaga jedynie wywiercenia jednego otworu i gwintowania blach, które mają być połączone, a zatem jest to bardzo wygodna i najtańsza metoda.

Brak kryteriów Tradycyjne metody mocowania Wiercenie termiczne

Nakrętka spawana Nakrętka nitowana

1 Konieczność wcześniejszego wywiercenia otworów i gratowania Tak Tak Nie

2 Złożone cechy Czasochłonne Czasochłonne Szybkie, zajmujące mniej czasu

3 Wymóg specjalnego mocowania Tak Tak Nie

4 Wskaźnik błędów Bardzo wysoki Bardzo wysoki Bardzo niski

5 Automatyzacja Możliwa warunkowo przy dużym nakładzie pracy Możliwa warunkowo przy dużym nakładzie pracy Łatwo możliwa przy dużej elastyczności

6 Obróbka zamkniętych ram Możliwa warunkowo Możliwa w przypadku rur okrągłych Po prostu możliwa

7 Niezawodność Wysoka Niska Wysoka

8 Poziom momentu obrotowego Wysoki Niski Wysoki

9 Rodzaj połączenia Częściowe połączenie mikrostruktury przez zgrzewanie punktowe Połączenie mechaniczne i zaciskane Równomierne zamknięte połączenie mikrostruktury

10 Problem odkształcenia Odkształcenie spowodowane wprowadzeniem ciepła podczas procesu spawania Odkształcenie gwintu i ryzyko poślizgu Brak odkształcenia

Jednak podczas mocowania cienkich blach do siebie problem wytrzymałości połączenia wynika z niewystarczającej długości śruby. Opracowano dwie kolejne metody zwiększania wytrzymałości połączenia, takie jak spawanie nakrętek i wstawianie nitów poprzez zwiększenie długości śruby. Jednak metody te mają również pewne wady, takie jak odkształcenie termiczne, zakleszczanie się i skręcanie podczas montażu oraz ograniczona stabilność. Wiercenie termiczne jest jedyną metodą, która zapewnia odpowiednią długość śruby bez skręcania poprzez utworzenie tulei i gwintu.

Proces wiercenia termicznego

Jednak podczas mocowania cienkich blach do siebie problem wytrzymałości połączenia wynika z niewystarczającej długości śruby. Opracowano dwie kolejne metody zwiększania wytrzymałości połączenia, takie jak spawanie nakrętek i wstawianie nitów poprzez zwiększenie długości śruby. Metody te mają jednak pewne wady, takie jak odkształcenie termiczne, zakleszczanie się i skręcanie podczas montażu oraz ograniczona stabilność. Wiercenie termiczne jest jedyną metodą, która zapewnia odpowiednią długość wkręcania bez skręcania poprzez formowanie tulei i gwintowanie.

Zalety

Bardzo szybki proces (2 do 6 sekund)
Proces ten przekształca cały materiał, dzięki czemu nie dochodzi do jego utraty. Nadmiar materiału tworzy tuleję, która jest około 3 razy dłuższa niż pierwotna grubość materiału docelowego, co umożliwia wykonanie bardzo mocnych połączeń śrubowych w cienkim materiale.
Jest to proces czysty, ponieważ nie powstają żadne odpady (cząsteczki).
Nie jest wymagany dostęp do tylnej części elementu obrabianego, jak w przypadku elementów wciskanych lub samozaciskowych.
Bardziej niezawodny i szybszy niż nakrętki nitowe (alternatywa, która również nie wymaga dostępu do tylnej części elementu obrabianego) .
Działa w przypadku prawie wszystkich rodzajów metalu.
Szczególnie gwint dla grubości ścianki 0,8-5 mm

Zastosowanie

Zaleta techniki wiercenia termicznego ma znaczenie w przypadku cienkich profili i rur, które mają ogromne znaczenie w produkcji lekkich kształtów i metali.

Podejście to musi być stosowane w przypadku szeregu blach, konstrukcji cienkościennych i metali o nietypowym przekroju. Najważniejszą zaletą wiercenia termicznego jest wiercenie rur o przekroju sferycznym, co jest dość skomplikowane. Specyficzne funkcje wiercenia termicznego to: mocowanie śrubowe, łączniki o cienkich ściankach kwadratowych, uszczelnianie gaśnic piecowych i połączeń paliwowych, łożyska ślizgowe o nadmiernej wytrzymałości, zawiasy drzwi samochodowych, zamki drzwiowe, szczelina zabezpieczająca przed wyciekiem w zaworze naprężeniowym, łączniki do stołów komputerowych.

Motoryzacja Mechanizmy kierownicze, zderzaki, pedały sterujące, oprawy oświetleniowe, rama podwozia, mocowanie zawiasów, rama deski rozdzielczej, montaż siedzeń, rury wydechowe

Meble Regały, ramy biurek i ekspozytory

Ogrzewanie, wentylacja Kotły, grzejniki, kolektory rurowe, zbiorniki wodne, armatura gazowa, systemy klimatyzacyjne

Budownictwo Schrony, ramy budynków, balustrady mostów, szyby windowe, ramy okienne

Rolnictwo Opryskiwacze, kosiarek, brony, pługi, kabiny ciągników

Wnioski

Jest to dodatkowo bardziej ekonomiczna technika, ponieważ nie wymaga już dodatkowych strategii, takich jak spawanie nakrętek i wstawianie nitów. Ponadto nie zanieczyszcza środowiska podczas pracy, ponieważ jest to metoda produkcji bezodpadowa. Uważa się, że twardość w miejscach wiercenia wzrasta pod wpływem ciepła tarcia, co zwiększa wytrzymałość. Dzięki podgrzaniu obrabianego elementu i dużej prędkości wrzeciona można zmniejszyć wymagany nacisk i moment obrotowy.