در قلمرو ماشین‌کاری دقیق، دستیابی به کنترل در سطح میکرون بر روی قطرهای سوراخ، یک چالش مهم را نشان می‌دهد. ابزارهای برقو، به عنوان ابزارهای برش تخصصی برای ماشین‌کاری سوراخ، به عنوان راه‌حلی برای این نیازهای سخت‌گیرانه ظاهر شده‌اند. این ابزارها نه تنها به عنوان اجزای حیاتی برای افزایش دقت قطعه عمل می‌کنند، بلکه به عنوان ابزارهای موثر برای ماشین‌کاری هندسه‌های داخلی سوراخ‌های پیچیده نیز عمل می‌کنند.

یک ابزار برقو، یک ابزار برش است که برای ماشین‌کاری سوراخ طراحی شده است و عملکردهای اصلی آن عبارتند از:

• ماشین‌کاری سوراخ داخلی: بزرگ کردن سوراخ‌های موجود برای بهبود دقت ابعادی و کیفیت سطح.
• گسترش قطر سوراخ: افزایش قطر سوراخ به مشخصات مورد نیاز.
• پروفایل‌سازی کانتور داخلی: ماشین‌کاری هندسه‌های داخلی پیچیده مانند سوراخ‌های مخروطی و سوراخ‌های پله‌ای.

در مقایسه با سایر روش‌های ماشین‌کاری سوراخ مانند سوراخ‌کاری، برقوزنی و براده‌برداری، برقوکاری به دلیل انعطاف‌پذیری استثنایی و قابلیت‌های کنترل دقیق خود برجسته می‌شود. از طریق برش تک یا دو لبه، ابزارهای برقو می‌توانند به دقت ماشین‌کاری در سطح میکرون دست یابند و الزامات سخت‌گیرانه تحمل سوراخ را تا استانداردهای H7 یا حتی H6 برآورده کنند. این ابزارها کاربرد گسترده‌ای در ابزارهای ماشینی مختلف از جمله ماشین‌های برقو، تراش‌ها و فرزها دارند.

ابزارهای برقو بر اساس کمیت لبه برش و ویژگی‌های ساختاری طبقه‌بندی می‌شوند که ابزارهای برقو تک لبه و دو لبه رایج‌ترین انواع هستند.

ابزارهای برقو تک لبه از نظر ساختار شبیه ابزارهای تراش هستند و فقط یک لبه برش دارند. برای ماشین‌کاری سوراخ با دقت بالا، معمولاً از ابزارهای برقو با تنظیم دقیق استفاده می‌شود. این ابزارها شامل مکانیزم‌های تنظیم دقیقی هستند که امکان کنترل دقیق قطر برش را مستقیماً روی ابزار ماشین فراهم می‌کنند.

اصل کار شامل یک سیستم نشانگر شماره‌گیر دقیق است که با یک مکانیزم پیچ دقیق بین نگهدارنده ابزار و سر برقو ترکیب شده است. با چرخاندن شماره‌گیر، سر ابزار در امتداد کلیدهای راهنما به صورت خطی حرکت می‌کند و امکان تنظیمات قطر در سطح میکرون را با دقت 0.001 میلی‌متر فراهم می‌کند.

ابزارهای برقو دو لبه دارای دو لبه برش هستند که به طور متقارن در مورد خط مرکزی قرار گرفته‌اند و امکان عملیات برش همزمان را فراهم می‌کنند. این پیکربندی نیروهای شعاعی را در حین ماشین‌کاری متعادل می‌کند و در نتیجه راندمان برش را بهبود می‌بخشد. بر اساس ساختار نگهدارنده ابزار، ابزارهای برقو دو لبه بیشتر به انواع شناور و ثابت طبقه‌بندی می‌شوند.

• ابزارهای برقو شناور: این ابزارها که عمدتاً برای ماشین‌کاری نهایی استفاده می‌شوند، از نظر ساختار شبیه برقوزن‌ها هستند و می‌توانند سوراخ‌هایی با دقت ابعادی و پرداخت سطح بالا تولید کنند.
• ابزارهای برقو ثابت: دارای نگهدارنده‌های ابزار سفت و سخت هستند و برای عملیات برقوکاری عمومی مناسب هستند.

ابزارهای برقو معمولاً از دو جزء اصلی تشکیل شده‌اند: بدنه ابزار و سر برش. بدنه ابزار به عنوان ساختار اصلی متصل به دوک ماشین یا نگهدارنده ابزار عمل می‌کند، در حالی که سر برش که از مواد سخت مانند کاربید ساخته شده است، برش واقعی را بر اساس الزامات پردازش خاص انجام می‌دهد.

انتخاب مواد برای بدنه‌های ابزار، استحکام، مقاومت و خواص میرایی ارتعاش را در نظر می‌گیرد. مواد رایج عبارتند از:

• فولاد آلیاژی: استحکام و چقرمگی خوبی را برای کاربردهای برقوکاری عمومی ارائه می‌دهد.
• فولاد تنگستن: سفتی و میرایی ارتعاش برتری را برای عملیات با دقت بالا و سخت‌گیرانه فراهم می‌کند.
• کامپوزیت‌های فیبر کربن: خواص سبک وزن را با سفتی بالا ترکیب می‌کنند که برای ساخت ابزارهای برقو بزرگ ایده‌آل است.

مواد سر برش مستقیماً بر عملکرد و عمر مفید ابزار تأثیر می‌گذارند. گزینه‌های رایج عبارتند از:

• فولاد تندبر (HSS): چقرمگی و مقاومت در برابر سایش خوبی را برای برش با سرعت کم ارائه می‌دهد.
• کاربید: سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر حرارت بالایی را برای عملیات با سرعت بالا ارائه می‌دهد.
• سرامیک: سختی و مقاومت در برابر سایش فوق‌العاده‌ای را برای کاربردهای با دمای بالا و سرعت بالا فراهم می‌کند.
• نیترید بور مکعبی (CBN): سختی فوق‌العاده بالایی را برای ماشین‌کاری فولادهای سخت‌شده و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ارائه می‌دهد.
• الماس: دارای بالاترین سختی و مقاومت در برابر سایش برای مواد غیرآهنی و غیرفلزی است.

ابزارهای برقو کاربرد گسترده‌ای در تقریباً تمام زمینه‌های ماشین‌کاری مکانیکی از جمله موارد زیر دارند:

• ماشین‌کاری سیلندر موتور: برقوکاری با دقت بالا از سوراخ‌های سیلندر موتور، عملکرد مناسب پیستون را تضمین می‌کند.
• ماشین‌کاری سیلندر هیدرولیک: برقوکاری دقیق داخلی سیلندر هیدرولیک، عملکرد آب‌بندی سیستم را حفظ می‌کند.
• ماشین‌کاری سوراخ بلبرینگ دقیق: برقوکاری دقیق سوراخ‌های بلبرینگ، دقت چرخشی را تضمین می‌کند.
• ماشین‌کاری قالب: برقوکاری با دقت بالا از حفره‌های قالب، دقت ابعادی و کیفیت سطح محصول را تضمین می‌کند.

کیفیت برقوکاری به عوامل متعددی از جمله سفتی سیستم ابزار، تعادل دینامیکی، پایداری قطعه کار، هندسه ابزار، پارامترهای برش، سیستم‌های دوک ماشین و روش‌های بستن بستگی دارد.

سفتی سیستم ابزار به طور بحرانی بر کیفیت برقوکاری تأثیر می‌گذارد، به ویژه برای ماشین‌کاری با قطر کم، سوراخ‌های عمیق و مواد سخت، به خصوص در عملیات کنسولی. سفتی ناکافی باعث ایجاد لرزش در حین برش می‌شود و دقت و پرداخت سطح را به خطر می‌اندازد.

تعادل دینامیکی به توزیع جرم یکنواخت در حین چرخش اشاره دارد. عدم تعادل باعث ایجاد نیروهای گریز از مرکز می‌شود که باعث ایجاد لرزش می‌شود، به ویژه در عملیات با سرعت بالا مشکل‌ساز است. تصحیح تعادل دینامیکی، کیفیت ماشین‌کاری را بهبود می‌بخشد.

سفتی قطعه کار، مقاومت در برابر تغییر شکل را تعیین می‌کند. اجزای کوچک، نازک‌دیواره یا قطعات کار با محدودیت‌های هندسی ممکن است تحت تأثیر نیروهای برش بدون فیکسچر مناسب تغییر شکل دهند. افزایش سفتی قطعه کار از طریق فیکسچرهای مناسب یا نقاط پشتیبانی اضافی، دقت ماشین‌کاری را بهبود می‌بخشد.

هندسه ابزار از جمله زاویه رِیک، شعاع دماغه و پیکربندی شکننده تراشه بر نیروهای برش تأثیر می‌گذارد. هندسه‌های مختلف سطوح مقاومت متفاوتی تولید می‌کنند - به عنوان مثال، زوایای رِیک بزرگتر، نیروهای برش را کاهش می‌دهند اما استحکام ابزار را کاهش می‌دهند. انتخاب هندسه مناسب با الزامات ماشین‌کاری خاص مطابقت دارد.

پارامترهای برش - سرعت، نرخ پیشروی و عمق برش - به طور قابل توجهی بر نتایج تأثیر می‌گذارند. سرعت بیش از حد، سایش ابزار را تسریع می‌کند در حالی که سرعت ناکافی، راندمان را کاهش می‌دهد. نرخ‌های پیشروی نامناسب باعث اضافه بار ابزار یا پرداخت سطح ضعیف می‌شود، در حالی که عمق برش نادرست باعث ایجاد لرزش یا طولانی شدن زمان ماشین‌کاری می‌شود. بهینه‌سازی پارامترها، نتایج باکیفیت را تضمین می‌کند.

ویژگی‌های سیستم دوک از جمله سفتی، عملکرد بلبرینگ/چرخ دنده و کیفیت اتصال نگهدارنده ابزار بر نتایج برقوکاری تأثیر می‌گذارد. سفتی ناکافی دوک باعث ایجاد لرزش می‌شود، در حالی که عملکرد ضعیف بلبرینگ/چرخ دنده، دقت چرخشی را کاهش می‌دهد. اتصالات شل منجر به ناپایداری ابزار می‌شود. سیستم‌های دوک با دقت بالا و سفت و سخت ضروری هستند.

روش‌های بستن ابزار به طور قابل توجهی بر کیفیت برقوکاری تأثیر می‌گذارد. ارتفاع مرکز ابزار، یک عامل حیاتی را نشان می‌دهد - ارتفاع نادرست، زوایای رِیک و خلوص مؤثر را تغییر می‌دهد و باعث تداخل ابزار-قطعه کار می‌شود. با چرخش ابزار، اصطکاک ایجاد می‌شود و به طور بالقوه ابزار را عمیق‌تر به داخل قطعه کار می‌برد.

افزایش زاویه رِیک، نیروهای برش و تولید گرما را کاهش می‌دهد اما استحکام لبه برش را کاهش می‌دهد. هنگامی که زوایای خلوص کاهش می‌یابند، زوایای رِیک مؤثر افزایش می‌یابند و باعث خراش ابزار می‌شوند - به ویژه در برقوکاری سوراخ‌های کوچک مشکل‌ساز است. قرار دادن ابزار بهینه کمی بالاتر از ارتفاع مرکز (در حالی که تا حد امکان نزدیک باقی می‌ماند) زوایای خلوص و شرایط برش را بهبود می‌بخشد.

در حین لرزش، نوک ابزار به سمت پایین به سمت ارتفاع مرکز منحرف می‌شود و به موقعیت ایده‌آل نزدیک می‌شود. جمع شدن جزئی ابزار، خطر آسیب به قطعه کار را به حداقل می‌رساند. زوایای رِیک کوچکتر، فشار برش را تثبیت می‌کنند، اگرچه زوایای بیش از حد کوچک (نزدیک به 0 درجه) ممکن است باعث خرابی ابزار شوند - ابزارهای برقوکاری با زاویه رِیک مثبت عموماً ترجیح داده می‌شوند.

در عملیات برقوکاری، موقعیت داخلی ابزار، دسترسی سیال برش به لبه برش را محدود می‌کند و حذف تراشه را پیچیده می‌کند و عمر ابزار را کاهش می‌دهد. راه‌حل‌ها شامل ابزارهای خنک‌شونده داخلی و سیستم‌های سیال برش با فشار بالا است.

انتخاب ابزار برقو تا حد زیادی به قطر و طول سوراخ (عمق و بیرون‌زدگی) بستگی دارد. دستورالعمل‌های کلی، حداقل بیرون‌زدگی و حداکثر اندازه ابزار عملی را توصیه می‌کنند. انتخاب ابزار مناسب، کاربرد و بستن ایمن، انحراف و لرزش را به حداقل می‌رساند.

در حین برش، نیروهای مماسی و شعاعی سعی می‌کنند ابزار را از قطعه کار منحرف کنند. انحراف شعاعی، عمق برش و ضخامت تراشه را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه باعث ایجاد لرزش می‌شود. انحراف شعاعی بر قطر سوراخ تأثیر می‌گذارد، در حالی که انحراف مماسی، لبه برش را به سمت پایین از خط مرکزی حرکت می‌دهد. ملاحظات کلیدی برقوکاری شامل هندسه اینسرت، تخلیه تراشه و الزامات ابزار است.

زاویه سرب ابزار بر جهت/اندازه نیروی محوری و شعاعی تأثیر می‌گذارد. شعاع دماغه و زاویه به طور بحرانی بر کاهش نیرو تأثیر می‌گذارند - یک قانون کلی نشان می‌دهد که شعاع دماغه کمی کوچکتر از عمق برش است. برای تراشکاری داخلی، هندسه‌های زاویه رِیک مثبت، نیروهای برش کمتری نسبت به جایگزین‌های زاویه رِیک منفی ایجاد می‌کنند. مواد کم اصطکاک مانند اینسرت‌های سرامیکی، اینسرت‌های نازک پوشش‌دار یا اینسرت‌های بدون پوشش معمولاً نیروهای برش کاهش‌یافته‌ای تولید می‌کنند و ترجیح داده می‌شوند.

تخلیه تراشه برای عملکرد و ایمنی در ماشین‌کاری داخلی حیاتی است. تراشه‌های کوتاه، مصرف انرژی، لرزش و سایش دهانه را افزایش می‌دهند، در حالی که تراشه‌های بلند باعث ایجاد مشکل در تخلیه می‌شوند. تراشه‌های ایده‌آل، کوتاه و مارپیچی هستند و حذف را با حداقل فشار لبه برش تسهیل می‌کنند.

نیروی گریز از مرکز، تراشه‌ها را به سمت بیرون هدایت می‌کند، اگرچه اغلب در سوراخ باقی می‌مانند و در صورت فشرده شدن در برابر سطوح ماشین‌کاری شده، به طور بالقوه به قطعه کار و ابزار آسیب می‌رسانند. بهبود تخلیه تراشه شامل استفاده از سیال برش داخلی یا هوای فشرده از طریق کانال‌های دوک است. برقوکاری پشتی به هدایت تراشه‌ها به دور از لبه برش کمک می‌کند. کاهش سرعت برش و سرهای برش کوچکتر، فضای خلوص تراشه را به حداکثر می‌رساند.

انتخاب ابزار ماشین‌کاری داخلی از این اصول پیروی می‌کند:

• بزرگترین قطر میله برقو را انتخاب کنید و در عین حال خلوص تراشه کافی را حفظ کنید.
• از سازگاری با پارامترهای برش و تشکیل تراشه برای تخلیه روان اطمینان حاصل کنید.
• طول بیرون‌زدگی را به حداقل برسانید - طول بستن باید بیش از سه برابر قطر میله باشد.
• زوایای سرب بیش از 75 درجه را انتخاب کنید، ترجیحاً نزدیک به 90 درجه، تا نیروها را در امتداد محور میله هدایت کنید.
• هندسه‌های زاویه رِیک مثبت را برای به حداقل رساندن انحراف انتخاب کنید.
• از شعاع‌های دماغه کوچکتر از عمق برش استفاده کنید.
• از لرزش ناشی از درگیری ناکافی (تحت سلطه اصطکاک) یا درگیری بیش از حد (عمق/پیشروی زیاد) خودداری کنید.
• برای کاهش نیروهای برش، به ویژه با نسبت طول به قطر بالا، اینسرت‌های سرامیکی یا نازک پوشش‌دار/بدون پوشش را ترجیح دهید.
• هندسه‌های شکننده تراشه باز، عموماً از عملیات برقوکاری سود می‌برند.
• اینسرت‌های با استحکام بالاتر ممکن است برای مشکلات بسته‌بندی تراشه یا لرزش ضروری باشند - مسیرهای ابزار اصلاح‌شده می‌توانند تشکیل تراشه را بهبود بخشند.