Classificação e características do processamento de furos profundos

O tamanho, a precisão, a qualidade da superfície e a estrutura das peças de furos profundos encontradas na produção são diferentes. Existem muitos métodos para processamento de furos profundos, como processamento geral de furos profundos, processamento de furos profundos de precisão e processamento elétrico de furos profundos; processamento convencional de furos profundos e processamento ultrafino de furos profundos; processamento de furos profundos de pequeno diâmetro, processamento de furos profundos de médio diâmetro e processamento de furos profundos de grande diâmetro; processamento de furos profundos de peças rotativas e processamento de furos profundos de peças não rotativas. Diferentes tipos de furos profundos têm diferentes métodos de processamento, sistemas de processamento, ferramentas de processamento e processos de processamento. 1.2.1 Classificação do processamento de furos profundos 1. Classificação por método de processamento (1) Método de perfuração de furos profundos de material sólido: A peça bruta não tem furo, e o furo profundo é processado pelo método de perfuração de furos profundos, conforme mostrado na Figura 1.2. (2) Método de mandrilamento de furos profundos: A peça bruta tem um furo profundo, e o método de expansão do furo é usado para corrigir os defeitos do furo profundo existente e expandir o tamanho do furo para melhorar a precisão do processamento do furo profundo existente, conforme mostrado na Figura 1.3. (3) Método de alargamento de furos profundos: A peça bruta tem um furo profundo. Para melhorar ainda mais a precisão dimensional do furo profundo existente e reduzir a rugosidade da superfície do furo, um pequeno método de expansão de quantidade de corte traseiro é usado, conforme mostrado na Figura 1.4. (4) Método de perfuração de furo profundo: O blank não tem furo. Uma broca oca é usada para perfurar um furo profundo. Após a perfuração, o centro do furo áspero é quebrado e uma haste de núcleo permanece. Este é um método de perfuração de furo profundo, conforme mostrado na Figura 1.5. (5) Método de brunimento de furo profundo: O blank tem um furo profundo. Para melhorar a qualidade da superfície, o estado de tensão da superfície e a precisão dimensional do furo profundo existente, um princípio de retificação de baixa velocidade é usado para corrigir os defeitos de superfície do furo interno da peça de furo profundo. Este é um método de processamento de furo profundo, conforme mostrado na Figura 1.6. (6) Método de laminação de furo profundo: O blank tem um furo profundo. Para refinar o tamanho e a qualidade da superfície do furo profundo existente e fortalecer a superfície do furo profundo, um princípio de deformação plástica é usado para corrigir os defeitos de superfície do furo interno da peça de furo profundo. Este é um método de processamento de furo profundo, conforme mostrado na Figura 1.7. (7) Método de processamento de furo profundo de feixe de alta energia: O blank não tem furos, e a energia do feixe de alta energia (feixe de laser, feixe de íons) é usada para perfurar furos profundos por efeito fototérmico, conforme mostrado na Figura 1.8. (8) Método de perfuração de vibração de furo profundo: O blank não tem furos, e a broca (ou peça de trabalho) vibra regularmente enquanto alimenta normalmente, de modo que a broca corta durante a vibração, formando uma forma de onda de força de corte pulsada, de modo que a quantidade de corte muda de acordo com uma certa regra, de modo a obter um método de perfuração de furo profundo com eficiência de corte aprimorada, conforme mostrado na Figura 1.9. 2. Classificação por forma de movimento Conforme mostrado na Figura 1.10(a). (1) Rotação da peça de trabalho, método de processamento de avanço da ferramenta: A peça de trabalho executa o movimento principal, e a ferramenta executa o movimento de avanço, conforme mostrado na Figura 1.10(b). (2) Método de processamento de avanço e rotação da ferramenta estacionária da peça de trabalho: A ferramenta realiza o movimento principal e o movimento de avanço, conforme mostrado na Figura 1.10(b). (3) Rotação da peça de trabalho e da ferramenta em direções opostas, método de processamento de avanço da ferramenta: A peça de trabalho e a ferramenta realizam o movimento principal ao mesmo tempo, e a ferramenta também realiza o movimento de avanço. Este método de processamento herda as vantagens do movimento rotacional único e aumenta a velocidade relativa do movimento principal, conforme mostrado na Figura 1.10(c). (4) Rotação e avanço da peça de trabalho, método de processamento estacionário da ferramenta: A peça de trabalho realiza o movimento principal e o movimento de avanço, conforme mostrado na Figura 1.10(d). 3. Classificação pelo método de remoção de cavacos (1) Método de processamento de remoção de cavacos externos: Durante o processamento de furos profundos, o fluido de corte entra na zona de corte a partir do interior da haste de perfuração e os cavacos são descarregados do exterior da haste da ferramenta, conforme mostrado na Figura 1.11. (2) Método de processamento de remoção de cavacos internos: Durante o processamento de furos profundos, o fluido de corte entra na zona de corte a partir do espaço anular formado pela parte externa da haste de perfuração e o furo processado, e os cavacos são descarregados de dentro da haste da ferramenta, conforme mostrado na Figura 1.12. 4. Classificação por sistema de processamento (resfriamento, sistema de remoção de cavacos) (1) Sistema de remoção de cavacos externos de furos profundos. Durante a usinagem, a caixa de perfuração aciona a broca para girar em alta velocidade para obter movimento de corte, e o servomotor aciona o parafuso para empurrar a caixa de perfuração para obter movimento de avanço. O lubrificador injeta óleo de resfriamento de alta pressão da cauda da broca, diretamente do furo interno da broca para a parte de corte da peça de trabalho. Os cavacos são lavados pelo refrigerante ao longo da ranhura guia de cavacos da broca para o coletor de cavacos e entram no balde de coleta de cavacos. O refrigerante é filtrado por papel de filtro e filtragem magnética e então retorna ao tanque de óleo para uso posterior. A Figura 1.13 mostra um sistema típico de remoção de cavacos externos de furos profundos - sistema de processamento de furação com canhão. (2) Sistema de processamento BTA. O sistema de processamento BTA é um dos métodos de processamento de remoção de cavacos internos de furos profundos e é um sistema típico de processamento de remoção de cavacos internos de furos profundos. O fluido de corte de alta pressão é pressionado na área de corte do furo da peça de trabalho através do lubrificador instalado na estrutura de guia, conduzindo os cavacos através do furo interno da haste de perfuração e do furo do eixo principal da caixa da haste de perfuração e, em seguida, flui para a tampa interna de coleta de cavacos e o carro de coleta de cavacos instalados na extremidade traseira do eixo principal da caixa da haste de perfuração para a piscina de coleta. Os cavacos são então removidos pelo separador magnético, filtrados e precipitados várias vezes na caixa de sedimentação em intervalos irregulares e, em seguida, fluem para o tanque da bomba de óleo. A bomba de parafuso então suga o óleo para o alimentador de óleo e recicla continuamente. A Figura 114 mostra um sistema de processamento BTA típico. (3) Sistema de perfuração com ejetor. O sistema de perfuração com ejetor pertence ao método de processamento de remoção de cavacos internos de furos profundos. Foi inventado com base no princípio do efeito ejetor da mecânica dos fluidos e também é um método de processamento de furo profundo com remoção de cavacos internos de tubo duplo, conforme mostrado na Figura 1.15. O sistema de perfuração por sucção a jato utiliza uma barra de ferramentas de tubo duplo. O fluido de corte entra pela entrada após ser pressurizado. 2/3 do fluido de corte entra no espaço anular entre as barras de perfuração interna e externa, flui para a parte de corte para resfriamento e lubrificação e empurra os cavacos para a cavidade interna da barra de perfuração. O 1/3 restante do fluido de corte é pulverizado na barra de perfuração interna em alta velocidade a partir do bico em forma de crescente na barra de perfuração interna, formando uma área de baixa pressão na cavidade interna da barra de perfuração interna, o que produz um efeito de sucção no fluido de corte que transporta os cavacos. Sob os efeitos duplos de pulverização e sucção, os cavacos são rapidamente descarregados da saída. (4) Sistema DF. O sistema DF pertence ao método de processamento de remoção de cavacos de furo profundo e é um desenvolvimento adicional do sistema de perfuração por sucção a jato. Também é chamado de sistema de remoção de cavacos de tubo único de entrada dupla. O fluido de corte do sistema DF é dividido em dois ramos, o frontal e o traseiro, que entram por duas entradas respectivamente, conforme mostrado na Figura 1.16. Os primeiros 2/3 do fluido de corte fluem para a parte de corte através da área anular formada pela haste de perfuração e a parede do furo usinado, empurrando os cavacos para a saída de cavacos na broca e, em seguida, para a haste de perfuração, fluindo para o extrator de cavacos; o segundo 1/3 do fluido de corte entra diretamente no extrator de cavacos e é acelerado após passar pela estreita abertura cônica entre os bicos dianteiro e traseiro, gerando um efeito de sucção de pressão negativa, atingindo assim o objetivo de acelerar a remoção de cavacos. A estrutura da primeira metade do sistema DF que desempenha uma função de "empurrar" é semelhante ao sistema de processamento BTA, e a estrutura da segunda metade que desempenha uma função de "sucção" é semelhante ao sistema de perfuração do ejetor. Como o sistema DF utiliza um dispositivo de entrada de óleo duplo, apenas uma haste de perfuração é usada para completar o método de corte de cavacos por empurrar e sugar, de modo que o diâmetro da haste de perfuração pode ser muito pequeno e furos menores podem ser processados. (5) Sistema SIED. O sistema SIED pertence ao método de remoção interna de cavacos e é um sistema de processamento de perfuração com ejetor de remoção interna de cavacos de tubo único. Com base em três tecnologias de perfuração com remoção interna de cavacos: o sistema de usinagem BTA, o sistema de perfuração com ejetor e o sistema DF, um dispositivo de extração de cavacos com aumento de potência ajustável separadamente foi adicionado para permitir o controle independente dos fluxos de fluido de resfriamento e remoção de cavacos. Conforme mostrado na Figura 1.17, o fluido de corte, após ser descarregado da bomba hidráulica, se ramifica em duas correntes: a primeira corrente flui para o alimentador de óleo e, em seguida, flui através do espaço anular entre o tubo de perfuração e a parede do furo até a parte de corte, empurrando os cavacos para a saída de cavacos na broca; o segundo fluxo flui para o extrator de cavacos e, em seguida, entra na cavidade do bico traseiro através da abertura entre o par de bicos cônicos, gerando um jato de alta velocidade e pressão negativa.

O sistema SIED possui válvulas reguladoras de pressão independentes para cada um dos dois fluxos de fluido, permitindo que sejam ajustados para condições ideais de resfriamento e extração de cavacos.

1.2.2 Características da usinagem de furos profundos ultra-delgados em materiais difíceis de usinar
Materiais difíceis de usinar apresentam excelentes propriedades, como alta resistência, boa resistência ao desgaste, boa temperabilidade, boa resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas. Consequentemente, são cada vez mais utilizados em indústrias como aeroespacial, petroquímica e desenvolvimento marítimo. No entanto, esse tipo de material apresenta alta tenacidade, baixa condutividade térmica, grande deformação plástica durante o corte, endurecimento severo, alto calor de corte e dificuldade de dissipação de calor. Os cavacos aderem fortemente à aresta de corte, formam facilmente arestas postiças e são difíceis de remover. É muito difícil processar furos profundos ultrafinos neles. O processamento de furos profundos ultrafinos de materiais difíceis de processar tem as seguintes características em comparação com o processamento de corte geral: (1) O processo de processamento de furos profundos ultrafinos é basicamente em um estado totalmente fechado ou semifechado. O estado de corte, o avanço da ferramenta e o desgaste da ferramenta de furo profundo não podem ser observados diretamente. A única maneira de avaliar se o processo de corte é normal é ouvir o som, observar os cavacos, observar a carga da máquina-ferramenta, o manômetro, tocar a vibração, etc. (2) Como o furo é relativamente longo, o caminho dos cavacos no furo profundo é relativamente longo, o que não é fácil de remover. É fácil causar bloqueio de cavacos e tornar a ferramenta ineficaz. Portanto, é muito importante controlar o comprimento e a forma dos cavacos e realizar a remoção forçada de cavacos. (3) Devido à esbeltez da haste de perfuração, sua rigidez é ruim e o eixo do furo é facilmente desviado durante o processamento. A vibração ocorrerá durante o processamento e aumentará com o aumento da profundidade de processamento, tornando difícil garantir a precisão e a rugosidade da superfície do furo processado. Portanto, suporte e orientação são extremamente importantes. (4) O calor de corte não é fácil de dissipar na área de corte e o calor é facilmente acumulado, causando desgaste sério da broca. Geralmente, 80% do calor de corte é dissipado pelos cavacos durante o processo de corte, enquanto na furação profunda, apenas 40% é dissipado. A ferramenta é responsável por uma proporção maior, sendo de difusão lenta e fácil de superaquecer. A temperatura da aresta de corte pode chegar a 600 °C, sendo necessários métodos de resfriamento forçado e eficaz.