Usuwanie zadziorów jest zabiegiem, który jest realizowany bardzo często na stanowiskach ślusarskich ręcznie przez ślusarza. Usuwanie zadziorów określane też jako gratowanie to operacja technologiczna, która jest nieunikniona. Czasem w zależności od właściwości skrawnych materiału obrabianego powstaje mniej lub zadziorów do usunięcia. Zadziory powstają zarówno na krawędziach różnego rodzaju (np. przecinające się otwory – ilustracja 1) a także na powierzchniach. W zależności od lokalizacji zadziorów stosowane są różnego rodzaju narzędzia.

Ilustracja 1. Przykład konstrukcji z przecinającymi się otworami i efektem maszynowego usunięcia zadziorów. Zdjęcie dzięki uprzejmości stmech.pl.

Dlaczego usuwamy zadziory? Powody są dwa. Pierwszy to kwestie technologiczne i eksploatacyjne, a drugi to BHP, czyli minimalizowanie niebezpieczeństwa zranienia użytkownika. W ujęciu technologicznym pozostawione zadziory mogą utrudniać wykonanie kolejnych operacji technologicznych. W kontekście eksploatacyjnym mogą utrudniać przepływ płynów, a oderwane mogą stanowić przyczynę uszkodzenia mechanizmu.

Analiza ekonomiczna procesów technologicznych wskazuje, iż koszt operacji technologicznych usuwania zadziorów to aż 20% całkowitych kosztów obróbki.

Ze względu na usytuowanie zadziorów na krawędziach operacja gratowania może być połączona z jednoczesnym wyoblaniem krawędzi albo jej fazowaniem. Nadanie krawędzi określonej fazy ma istotne znaczenie także z punktu widzenia procesu montażu komponentów w ramach maszyny lub urządzenia. Bez faz wewnętrznych i zewnętrznych montaż dwóch komponentów o współpracujących powierzchniach mógłby być bardzo utrudniony lub wręcz niemożliwy (np. pasowanie ciasne). Narzędzia jednoznacznie dedykowane i przeznaczone do gratowania to narzędzia do precyzyjnej obróbki wykańczającej. Zatem do wykonania faz stosuje się inne narzędzia.

Charakterystyka zadziorów

Usunięcie zadziorów jest możliwe dzięki ich określonym wspólnym cechom:

• połączenie z materiałem podłoża;
• położenie;
• wysokość.

Przyjmując za kryterium połączenie zadziora w materiałem podłoża (powierzchnią przedmiotu obrabianego) wyróżnia się następujące rodzaje zadziorów:

• o cienkiej i kruchej podstawie;
• o cienkiej i elastycznej podstawie;
• o grubej i sztywnej podstawie.

Małe zadziory nazywane drobnymi nie przekraczają wysokości 0,3 mm. Zadziory znajdujące się w głębokich nieprzelotowych otworach, czy w ogólnie opisanych wklęsłych powierzchniach zalicza się do najtrudniej usuwalnych zadziorów.

Ilustracja 2. Przykład przemysłowych szczotek ceramicznych firmy XEBEC (zdjęcie dzięki uprzejmości firmy stmech.pl)..

Szczotki przemysłowe

Usuwanie zadziorów jak już powyżej wspomniano można realizować ręcznie z wykorzystaniem pilników ręcznych lub szczotek przemysłowych (ilustracja 2). Przemysłowe szczotki można również stosować w obróbce maszynowej na obrabiarkach CNC. Ilustracja 2 przedstawia przemysłowe szczotki ceramiczne firmy XEBEC z Japonii (pierwsza od prawej – szczotka kubełkowa do obróbki powierzchni zewnętrznych; druga od prawej to szczotka do powierzchni wewnętrznych, w tym otworów).

Szczotki XEBEC

Przemysłowe szczotki ceramiczne firmy XEBEC wykorzystują jako materiał bazowy innowacyjne włókna ceramiczne. W przypadku szczotki do otworów rozłożenie włókien następuje w wyniku działania siły odśrodkowej podczas wirowania szczotki. Do technologicznych zalet tego typu szczotek zalicza się

• brak wpływu na wymiar geometryczny otworu (jego średnicę);
• możliwość stosowania przy powierzchniach wykończonych (np. powierzchnie polerowane).

Szczotki FLEX-HONE i NAMPOWER

Innym przykładem szczotek przemysłowych są szczotki Flex-Hone firmy BRM (Brush Research Manufacturing) z USA. Usuwanie zadziorów nie jest jedynym przeznaczeniem szczotek Flex-Hone. Szczotki Flex-Hone to samocentrujące elastyczne narzędzia o dużej sprężystości, które można stosować na na obrabiarkach CNC, tokarkach, frezarkach, wiertarkach oraz w  elektronarzędziach. W szczotkach tych wykorzystuje się różnego rodzaju gradacje materiałów ściernych (ziarna od 20 do 800). Szczotki te wykorzystuje się także do obróbki wykańczającej powierzchni otworów (tzw. struktura plateau – korzystniejsze warunki smarne; chropowatość powierzchni to Ra 0,05÷1,4). Nominalna średnica szczotki musi być większa od średnicy obrabianego otworu.

Podobnie jak w szczotkach ceramicznych firmy XEBEC obróbka szczotkami Flex-Hone nie wpływa na średnicę obrabianego przedmiotu.

Ilustracja 3. Przykład szczotki FLEX-HONE firmy BRM z USA.

Usuwanie zadziorów jest też przeprowadzane na powierzchniach zewnętrznych. Szczotki doczołowe  NAMPOWER (ilustracja 4) firmy BRM stanowią przykład przemysłowych szczotek do powierzchni zewnętrznych płaskich. Szczotki NAMPOWER są dedykowane do stosowania na obrabiarkach CNC w warunkach produkcji seryjnej. Włókna szczotek NAMPOWER to w połowie (50%) nylon ścierny i w połowie ceramiczny węglik krzemu. Szczotki te doskonale sprawdzają się w małego stępiania ostrych krawędzi i wykańczania powierzchownego.

Ilustracja 4. Przykład obróbki powierzchni szczotką NAMPOWER.

Ilustracja 4 przedstawia przykład obróbki powierzchni zewnętrznej z wykonanymi wybraniami. W tym przypadku obróbka została przeprowadzona na sucho. Istnieje możliwość podawania chłodziwa przez oprawkę narzędziową co dodatkowo usprawnia usuwanie produktów obróbki.

Okrawarki wsteczne i po obrysie 3D

Niektóre konstrukcje wykorzystują różnego rodzaju powierzchnie, których krawędzie wymagają zastosowania specjalnej obróbki, w tym wykorzystania dokładnie określonego przebiegu ścieżki narzędzia (po obrysie 3D). Usuwanie zadziorów w takich przypadkach zastosowania narzędzi specjalnych jakimi są okrawarki wsteczne firm XEBEC (ilustracja 5). Możliwe jest usuwanie zadziorów o grubości ponad 0,1 mm. Skuteczne wykorzystanie tego typu narzędzi wymaga zastosowania oprogramowania CAM.

Ilustracja 5. Okrawarki wsteczne firmy XEBEC z Japonii.

Okrawarki wsteczne Back Burr Cutter and Path™ firmy XEBEC ze względu nas woja konstrukcję umożliwiają okrawanie krawędzi krzywoliniowych zarówno od strony wewnętrznej jak i zewnętrznej.

Gratowniki ORBITOOL

Gratowniki ORBITOOL są przeznaczone przede wszystkim do usuwania zadziorów w przecinających się otworach. Gratowniki ORBITOOL (ilustracja 6) posiadają dysk, który umożliwia ruch obrotowy pomimo styku z powierzchnią. Produkowane są gratowniki dla zakresu minimalnych średnic od Ø3,2 do Ø24,5. Parametry obróbkowe dobierane w zależności od materiały obrabianego oraz wielkości samego gratownika. Prędkość obrotową dobiera się z zakresu od 2000 do 12000 obr/min, a posuw roboczy wynosi od 0,05 do 0,6 mm/obr. Gratownik jest narzędziem giętkim co powoduje, że nie ma konieczności stosowania elastycznego uchwytu narzędziowego.

Ilustracja 6. Budowa gratowników ORBITOOL (fot. dzięki uprzejmości stmech.pl)

Na ilustracji 7 przedstawiono efekt wykorzystania gratowników ORBITOOL w celu usunięcia zadziorów i wyoblenia krawędzi.

Ilustracja 7. Efekt zastosowania gratowników ORBITOOL (fot. dzięki uprzejmości stmech.pl).

Usuwanie zadziorów jedynie pozornie jest błahą operacją technologiczną. Często może się wydawać, iż usuwanie zadziorów jest traktowane jako mało istotna, prosta do wykonania operacja technologiczna. Jednak koszty związane z gratowaniem, coraz większe wymagania jakościowe (chropowatość powierzchni, dokładność geometryczna) i eksploatacyjne (minimalizowanie awarii, korzystniejsza reologia przepływy cieczy) powodują, iż usuwaniu zadziorów należy poświęcić więcej uwagi. Z punktu widzenia optymalizacji procesów technologicznych i nadrzędnego kryterium kosztów minimalizowanie kosztów usuwania zadziorów jest koniecznością. Wdrażanie maszynowego usuwania zadziorów jest ekonomiczne uzasadnione przede wszystkim w produkcji seryjnej. Przemysłowe szczotki ceramiczne XEBEC ze względu na konstrukcję sprawdzają się również w produkcji jednostkowej.

Źródła

• Materiały informacyjne firm BRM, XEBEC.
• Materiały informacyjne firmy S.T. M. Systemy i Technologie Mechaniczne Sp z .o.o.