Co to jest wiercenie?

Do wiercenia płyt akrylowych nadaje się każdy dostępny na rynku sprzęt-z napędem elektrycznym. Dotyczy to między innymi przenośnych wiertarek ręcznych, wiertarek stołowych, tokarek, automatycznych wiertarek wielowrzecionowych-, routerów CNC i centrów obróbkowych.

Na rynku dostępne są różne wiertła przeznaczone specjalnie do materiałów z tworzyw sztucznych. Te wiertła są zazwyczaj wykonane ze-stal szybkotnącej (HSS), stopów kobaltu, HSS-z końcówką węglikową lub węglika spiekanego. Dodatkowo do materiałów akrylowych można stosować standardowe-metalowe wiertła kręte HSS z odpowiednimi modyfikacjami.

Standardowe wiertła do-metalu są przeznaczone do aktywnego wcinania metalu przy agresywnym posuwie. W przypadku użycia na materiałach akrylowych bez żadnych modyfikacji, bity te spowodują odpryski, nacięcia i inne uszkodzenia arkusza. Dlatego te bity muszą być ponownie szlifowane, aby przetwarzać tworzywo sztuczne w sposób „skrobania”, a nie „ostrego cięcia”, zapobiegając w ten sposób przebiciu materiału.

Przystosowując standardowe wiertła kręte do metalu do obróbki tworzyw sztucznych, należy wziąć pod uwagę trzy główne aspekty:

Point Angle

Kąt wierzchołkowy standardowych wierteł zwykle mieści się w zakresie od 118 stopni do 130 stopni. Ten kąt końcówki musi być szlifowany do 60 stopni do 90 stopni. Pomaga to wiertłu w płynnym wejściu i wyjściu z arkusza akrylowego, zapobiegając w ten sposób odpryskom krawędzi. Większe kąty wierzchołkowe (np. przekraczające 90 stopni) zazwyczaj powodują pękanie i wydmuchanie-, gdy wiertło wychodzi z arkusza.

W przypadku większości operacji wiercenia w arkuszach akrylu zaleca się wiertło o kącie wierzchołkowym 90 stopni. Kąt wierzchołkowy wynoszący 90 stopni wytwarza mniejsze wióry, które można łatwiej usunąć, co pomaga ograniczyć topienie materiału i poprawić jakość otworu. Podczas wchodzenia i wychodzenia wymagana jest szczególna uwaga. Powszechnie stosowane są również wiertła o kącie wierzchołkowym 60 stopni, szczególnie do otworów o średnicy 1/2 cala i większej.

Krawędź tnąca musi być oszlifowana na płasko, aby zachować kąt natarcia w zakresie od 0 stopni do 4 stopni. Zmodyfikowana w ten sposób krawędź tnąca będzie raczej „drapać” akryl niż go „dłutować”.

Rake Angle

Powierzchnię za krawędzią tnącą należy oszlifować, aby zapewnić kąt przyłożenia od 12 do 15 stopni. Ten luz tylny zmniejsza powierzchnię styku metalu z tworzywem sztucznym, zmniejszając w ten sposób gromadzenie się ciepła. Ta modyfikacja jest zazwyczaj standardem w-wysokiej jakości wiertłach krętych.

Clearance Angle / Back Relief

Kąt linii śrubowej wiertła to kąt pomiędzy krawędzią tnącą a linią pionową wzdłuż linii środkowej wiertła. Wiertła o umiarkowanych kątach pochylenia linii śrubowej ułatwiają odprowadzanie wiórów i dlatego są zalecane do wiercenia tworzyw sztucznych. Zbyt mały kąt linii śrubowej utrudnia odprowadzanie wiórów i zwiększa ryzyko stopienia. Zbyt duży kąt linii śrubowej może spowodować pękanie na krawędziach otworu. Typowo zalecany kąt linii śrubowej wynosi od 15 do 30 stopni.

Helix Angle

Geometria wiertła ma kluczowe znaczenie dla jakości otworu, ponieważ bezpośrednio wpływa na wielkość wióra i skuteczność jego odprowadzania. Wiertła o większej średnicy i wiertła o mniejszych kątach wierzchołkowych wytwarzają większe wióry. Jeśli głębokość otworu (H) jest mniejsza niż średnica wiertła (D), można łatwo usunąć duże wióry. W miarę wzrostu głębokości otworu (tj. H > D) odprowadzanie dużych wiórów staje się trudne ze względu na bardzo mały prześwit pomiędzy wiertłem a ścianą otworu. Zwiększenie kąta wierzchołkowego wiertła może zmniejszyć rozmiar wióra, ułatwiając w ten sposób ewakuację wiórów. Jednakże, jak wspomniano wcześniej, jeśli kąt wierzchołkowy jest zbyt duży (większy niż 90 stopni), wiertło może spowodować wydmuchanie-i odpryski przy wyjściu z akrylu.

Podczas wykonywania operacji wiercenia należy przestrzegać zaleceń bezpieczeństwa producentów sprzętu i materiałów.

Podczas wiercenia płyt akrylowych powstaje duża ilość ciepła ze względu na wyjątkowo mały luz pomiędzy wiertłem a ścianą otworu, w połączeniu z utrudnionym odprowadzaniem wiórów. Dodatkowo stosunkowo niska przewodność cieplna akrylu i wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej powodują, że materiał rozszerza się, co dodatkowo zwiększa tarcie. Czynniki te pozostawione bez kontroli mogą prowadzić do topnienia i przylegania materiału, co wpływa na jakość otworu. Dlatego tak istotne jest minimalizowanie generowanego ciepła i szybkie usuwanie wiórów.

Obrabiany przedmiot powinien być mocno przymocowany do stołu roboczego. Najlepszą praktyką jest użycie innego kawałka akrylu, innego arkusza termoplastycznego lub płyty pilśniowej-o średniej gęstości (MDF) jako podpórki płyty nośnej, co umożliwi wiertłu dalsze wiercenie w pełnym materiale w miarę wnikania w dolną powierzchnię. Skutecznie zapobiega to wykruszaniu się dolnej powierzchni.

Rozpoczynając ruch wiertniczy, należy zastosować mniejszą prędkość posuwu, aby wiertło mogło płynnie wejść w materiał; gdy wiertło ma wkrótce opuścić dolną powierzchnię, należy również zmniejszyć posuw, aby zapobiec odpryskom krawędzi.

Prawidłowe warunki wiercenia to kombinacja prędkości wrzeciona (RPM) i prędkości posuwu (IPM). Do określenia tych warunków zwykle stosuje się dwa następujące parametry:

SFM (stopy powierzchniowe na minutę): Prędkość, z jaką krawędź tnąca wiertła uderza w materiał.

IPR (cale na obrót): Ilość materiału usuwanego na obrót wiertła, znana również jako obciążenie wiórami.

Chociaż SFM i IPR nie można bezpośrednio ustawić na ręcznym sprzęcie wiertniczym, można ich użyć do określenia prędkości wrzeciona (obr./min, obroty na minutę) i szybkości posuwu (IPM, cale na minutę). Jeżeli określono optymalne wartości SFM i IPR, do określenia ustawień sprzętu można zastosować następujące wzory:

Recommended Drilling Conditions

W przypadku wiercenia w akrylu zalecane wartości SFM i IPR przedstawiono w poniższej tabeli:

Średnica wiertła (cale)	SFM (stopy powierzchniowe/minutę)	IPR (cale/obrót)
1/16	20 - 160	0.001
1/8	20 - 160	0.002
1/4	20 - 160	0.004
3/8	20 - 160	0.006
1/2	30 - 90	0.008
3/4	30 - 90	0.010
Większe lub równe 1	30 - 90	0.012 - 0.015

Charts showing larger diameter drill bits require lower SFM

Jak pokazano w powyższej tabeli, wiertła o większej średnicy wymagają niższego SFM. Ma to na celu zapewnienie płynnego wiercenia-bez wibracji, ponieważ duże wiertła łatwiej chwytają materiał. Dlatego też zazwyczaj należy zmniejszyć posuw, aby zapobiec odpryskom krawędzi, natomiast prędkość wrzeciona należy zmniejszyć, aby zapobiec stopieniu materiału.

W przypadkach, gdy H > D, należy zastosować „wiercenie głębokie”,-to znaczy wiercenie segmentowe i okresowe wycofywanie wiertła z materiału w celu usunięcia wiórów.

Ręczne operacje wiercenia powinny wykorzystywać niższe prędkości i posuwy niż wiercenie automatyczne lub wiercenie CNC. Biorąc pod uwagę średnicę wiertła, grubość materiału i wydajność chłodzenia, podczas wiercenia głębokich otworów należy stosować wiercenie dziobowe, aby zmniejszyć topnienie. Ponieważ wiercenie ręczne utrudnia precyzyjną kontrolę posuwu, po ustaleniu prawidłowych obrotów, wykończenie powierzchni otworu może służyć jako wskazówka dla posuwu. Jeżeli materiał odpryskuje, posuw jest zbyt duży i należy go zmniejszyć. Jeśli materiał się topi, prędkość posuwu jest zbyt mała (powodując ciepło tarcia) lub obroty są zbyt wysokie i należy dokonać regulacji.

Kształt wiórów powstałych podczas wiercenia może służyć jako punkt odniesienia przy ocenie warunków wiercenia:

Optymalne warunki: Powierzchnia otworu jest gładka, wióry wyglądają jak gładkie, ciągłe wstęgi.

Zbyt wysoka prędkość posuwu lub zbyt niska prędkość obrotowa: Wióry są sypkie i nieciągłe, cięcie jest nierówne.

Zbyt niska prędkość posuwu lub zbyt wysokie obroty: Wióry są stopione i zbite, na ścianach otworów widać ślady topnienia.

Jeśli pozwalają na to warunki, należy w miarę możliwości stosować chłodziwo w postaci powietrza lub cieczy. Chłodziwo może skutecznie redukować generowane ciepło, poprawiając w ten sposób jakość otworu. Przy określonych głębokościach i rozmiarach otworów chłodziwo jest niezbędnym środkiem zapobiegającym topnieniu.

Zasada ogólna: When hole depth (H) exceeds drill bit diameter (D) (e.g., when D=0.250", coolant should be used if H>0,250") lub gdy średnica otworu jest większa lub równa 1/2 cala (D większa lub równa 1/2"), należy zastosować chłodziwo.

Wybór: Pistolety na zimne powietrze zapewniają dobry efekt chłodzenia i są czystsze w użyciu. Jednakże płynne chłodziwa zapewniają silniejsze chłodzenie, ponieważ ciecz może przepływać wzdłuż wiertła na głębokość otworu, co zapewnia lepsze wykończenie otworu. Można stosować wodę, naftę, olej mineralny lub inne kompatybilne rozpuszczalniki.

W przypadku otworów, które mogą przenosić siły śrub lub sworzni, do usuwania zadziorów należy zastosować narzędzie pogłębiające. Pogłębiacze z zerowym-rowkiem doskonale nadają się do operacji pogłębiania i usuwania zadziorów na arkuszach akrylowych. Jeśli narzędzie do pogłębiania jest niedostępne, można użyć wiertła większego niż średnica otworu, aby usunąć zadziory z ostrych krawędzi po stronie wyjściowej otworu (strona, po której wiertło wychodzi z blachy).

Wiercenie płytek drukowanych to szczególny przypadek, w którym wykorzystuje się zautomatyzowane maszyny do wiercenia tysięcy maleńkich otworów z niezwykle dużymi prędkościami. Wymaga to specjalnie zaprojektowanych wierteł. Zalecane prędkości posuwu i obroty można znaleźć w odpowiednich tabelach.

Circuit board drilling feed rate and RPM recommendation charts

Do wiercenia otworów o średnicy większej niż 1 cal (25,4 mm) w płytach akrylowych można zastosować obcinak okrągły. Narzędzie należy również zmodyfikować, aby dostosować je do właściwości materiału akrylu: końcówka tnąca musi obrabiać akryl w sposób skrobający, a nie dłutujący.

Aby uzyskać optymalne wyniki cięcia, postępuj zgodnie z poniższymi zaleceniami:

Obcinarka do kół i samo narzędzie tnące muszą być bezpiecznie zamocowane.

Długość przedłużenia narzędzia tnącego musi osiągnąć jedynie wymaganą głębokość cięcia.

Arkusz akrylowy musi być odpowiednio podparty i zaciśnięty, aby zapobiec zginaniu się lub wibracjom podczas cięcia.

Materiał należy umieścić jak najbliżej narzędzia, aby zmniejszyć odległość przesuwu narzędzia.

Zalecana prędkość wrzeciona wynosi 400-600 obr./min.

Powolny, stały posuw ma kluczowe znaczenie dla uzyskania czystych, gładkich otworów.

Gdy otwór będzie już gotowy i wypadnie „korek środkowy”, najlepiej wyłączyć wiertarkę bez wyjmowania narzędzia, aby zapobiec wykruszaniu się otworu podczas wycofywania.

Do chłodzenia zaleca się niewielką ilość mgły wodnej, która utrzymuje narzędzie i tworzywo sztuczne w niskiej temperaturze, a także służy jako smar do cięcia.

Notatka: Frezy krążkowe należy stosować wyłącznie na wiertarkach stołowych, a arkusz akrylowy musi być mocno przymocowany do stołu roboczego maszyny. Wiertarka zapewnia równomierny nacisk i stałe pozycjonowanie, które mają kluczowe znaczenie dla bezpiecznego wiercenia otworów-o wysokiej jakości. Nigdy nie próbuj używać wycinarki kół z wiertarką ręczną.

Poprzednie sekcje dotyczyły przede wszystkim kontrolowanych zastosowań produkcyjnych i warsztatowych. Czasem jednak wiercenie musi być wykonane w terenie (np. na budowie), gdzie precyzyjna kontrola prędkości i posuwu jest ograniczona. W takich przypadkach pomocne mogą być poniższe zalecenia dotyczące wierteł.

Poniżej opisano kilka geometrii wierteł, które można z powodzeniem zastosować, chociaż większość z nich nie zapewnia gładkiego wykończenia powierzchni na wewnętrznej średnicy otworu. Wiertła te muszą również spełniać wspomniane wcześniej wymagania dotyczące wspornika płyty nośnej i chłodzenia.

Bit łopatkowy (1-1/2" do 2"): Stosuj zaawansowane konstrukcje, takie jak typy z punktami obrotowymi na zewnętrznej krawędzi, które pomagają w wyrównaniu i zapewniają płynne wybijanie, gdy wiertło wychodzi z materiału.

Bit punktowy Brad (1/8" do 1"): Ta konstrukcja jest podobna do wiertła krętego, ale ma ulepszoną końcówkę i punkt obrotu, podobnie jak wiertło łopatkowe. Ma spiralną konstrukcję rowka, która pomaga wyciągać wióry, lepiej niż zwykłe wiertła łopatkowe.

Wiertło stopniowe (1/8" do 1/2"): Można stosować do blach o grubości do 3 mm, aby uzyskać wiele średnic otworów za pomocą jednego wiertła. Użycie wymaga maksymalnego podparcia za blachą, aby zapobiec pękaniu.

Otwornice z wiertłem centralnym (3/4" do 6"): Podczas cięcia wymagane jest chłodzenie, aby zapobiec gromadzeniu się naprężeń w arkuszu. Dają słabe wykończenie wewnętrznej powierzchni otworu. Nadaje się do nierównych otworów przelotowych do instalacji HVAC, wodno-kanalizacyjnej lub okablowania.

Hole center distance from edge and hole diameter to bolt diameter relationship diagram

Podczas wiercenia otworów pod łączniki punktowe blach należy przestrzegać dwóch zasad:

Rozmiar średnicy otworu: Średnica otworu na śrubę powinna być co najmniej 2 razy większa od średnicy śruby. Zapewnia to wystarczający odstęp dla rozszerzalności cieplnej i rozszerzania/kurczenia się wilgoci.

Odległość krawędzi: Odległość od środka otworu do krawędzi blachy powinna wynosić co najmniej 1,5 średnicy otworu.