SPECYFIKA PROCESU WIERCENIA MIKROOTWORÓW

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 228
Mechanika
2009
Leszek Kudła
Instytut Metrologii i Inżynierii Biomedycznej
SPECYFIKA PROCESU
WIERCENIA MIKROOTWORÓW
Re˛kopis dostarczono 3.04.2009 r.
Przedmiotem rozprawy sa˛ właściwości miniaturowych wierteł oraz wpływ miniaturyzacji
tych narze˛dzi na proces wiercenia otworów o średnicach mniejszych od 1 mm, ze szczególnym
uwzgle˛dnieniem zakresu wymiarowego od 50 do 500 μm. Wiercenie jest powszechnie znanym
i szeroko stosowanym sposobem wykonywania otworów walcowych w konwencjonalnym zakresie średnic, ale stałe tendencje do miniaturyzacji różnych przyrza˛dów i urza˛dzeń stwarzaja˛
nowe wyzwania technologiczne. Wiercenie mikrootworów może być przykładem rozwoju znanej techniki wytwarzania, w celu jej dostosowania do aktualnych, bardziej subtelnych aplikacji.
Zmniejszenie wymiarów wierteł nie jest jedynym warunkiem niezbe˛dnym do realizacji
wiercenia mikrootworów. Konsekwencje miniaturyzacji sa˛ wielokierunkowe. Dotycza˛ one
obrabiarek, uchwytów wierteł oraz innych niezbe˛dnych środków technicznych. Istotne zmiany
naste˛puja˛ w przebiegu zjawisk obróbkowych, które powoduja˛ konieczność adaptacji cyklu
wiercenia. Przedstawiana rozprawa ma charakter doświadczalny, a w licznych próbach technologicznych zastosowano specjalnie opracowane stanowiska badawcze i techniki pomiarowe.
Problem wiercenia mikrootworów został w pracy potraktowany kompleksowo, ze wzgle˛du
na współzależność właściwości konstrukcyjnych i użytkowych miniaturowych wierteł, cech
kinematycznych obrabiarek oraz sposobu realizacji procesu i uzyskiwanych wyników. Przedstawiono konstrukcje˛ i technologie˛ narze˛dzi oraz opracowania konstrukcyjne specjalnych wiertarek. Wiele uwagi poświe˛cono opisowi zjawisk technologicznych, zagadnieniu wyznaczania
i redukcji obcia˛żeń zminiaturyzowanych narze˛dzi, a także stale aktualnym problemom wytrzymałości mechanicznej oraz zapobieganiu katastroficznym uszkodzeniom mikrowierteł. Ostatecznym celem mikrowiercenia jest zawsze wydajne wykonanie mikrootworów o założonej jakości,
dlatego bardzo ważna jest charakterystyka błe˛dów makro- i mikrogeometrii otworów. Zakończenie tej cze˛ści pracy stanowia˛ wnioski wypływaja˛ce z oceny stanu techniki wiercenia mikrootworów.
Na tle opisu stanu opracowań i badań procesu wiercenia mikrootworów, szczegółowo scharakteryzowano zagadnienia, które uznano za najbardziej reprezentatywne dla ilustracji specyfiki
procesu. W pierwszej kolejności przedstawiono wyniki badań cech konstrukcyjno-technologicznych produkowanych mikrowierteł, z uwzgle˛dnieniem przydatności nowoczesnych pokryć
przeciwzużyciowych, wytwarzanych z fazy gazowej. Wiele miejsca poświe˛cono obszernej
4
Wykaz ważniejszych oznaczeń
charakterystyce odkształcania i pe˛kania mikrowierteł oraz badaniom i opisowi nietypowego
zjawiska, polegaja˛cego na spre˛żystych wydłużeniach cze˛ści skrawaja˛cej miniaturowych wierteł
kre˛tych. Nowościa˛ sa˛ unikalne próby technologiczne modyfikacji podstawowego kształtu cze˛ści
skrawaja˛cej, przeprowadzone przy zastosowaniu różnych technik mikroobróbki, a naste˛pnie
bardzo obiecuja˛ce wyniki eksperymentów wiercenia takimi wiertłami. W badaniach technologicznych szczególna˛ uwage˛ zwrócono na problematyke˛ wyznaczania siły i momentu skrawania
oraz na ich zależność od parametrów technologicznych i warunków procesu. Przy wierceniu
mikrootworów o najmniejszych średnicach istotna˛ role˛ odgrywa niepokrywanie sie˛ osi geometrycznej i osi obrotu mikrowiertła, co powoduje wielokierunkowe zmiany w przebiegu mikrowiercenia oraz wpływa na jakość wykonywanych mikrootworów. Analizowano także wpływ
sposobu realizacji cyklu wiercenia na przebieg i efektywność obróbki oraz na błe˛dy wykonania
i inne wskaźniki jakości obrabianych powierzchni. Ponadto, zaprezentowano wyniki eksperymentów technologicznych wiercenia mikrootworów w tworzywach konstrukcyjnych, uznawanych za trudnoobrabialne skrawaniem, mie˛dzy innymi w: szkle, krzemie monokrystalicznym,
stopie tytanu oraz w wybranych kompozytach metalowo-ceramicznych. Na zakończenie przedstawiono wyniki badań jakości mikrootworów wykonywanych przez wiercenie. Wnioski wypływaja˛ce z ich oceny, pozwalaja˛ na lepsze zrozumienie elementarnych zjawisk obróbkowych, jak
również całego procesu oraz stanowia˛ podstawe˛ do dalszych prac badawczych i technologicznych, maja˛cych na celu doskonalenie i efektywne stosowanie techniki wiercenia mikrootworów.
Słowa kluczowe: obróbka skrawaniem, mikrowiercenie, właściwości mikrowierteł, zjawiska
obróbkowe
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ
a
ap
A
AD
Ad, Ao
Aγ, Aα, Aα′
bD
c
CM
d
dA
D
e
E
f
fz
Ff
różnica poste˛pu arytmetycznego, wymiar charakterystyczny
ziarna, wysunie˛cie końcówki wrzeciona
głe˛bokość skrawania
powierzchnie ostrzy, amplituda drgań
nominalne pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej
pole przekroju poprzecznego wiertła, otworu
powierzchnia natarcia, przyłożenia i pomocnicza przyłożenia
ostrza
nominalna szerokość warstwy skrawanej
promień rdzenia wiertła
współczynnik odkształceń przy skre˛caniu
średnica cze˛ści roboczej wiertła
pole przekroju elementarnego
średnica cze˛ści chwytowej wiertła
asymetria ostrzy, wartość niewspółosiowości
moduł Younga
posuw, strzałka ugie˛cia
posuw na ostrze
siła posuwowa