Rodzaje otworów

W obróbce skrawaniem otwór powstaje w wyniku mechanicznego działania, jakim jest choćby wiercenie, rozwiercanie, gwintowanie, przeciąganie i wiercenie laserowe w przedmiocie obrabianym. Otwór może mieć różne kształty, rozmiary, głębokości i orientacje, które odgrywają kluczową rolę w zwiększaniu funkcjonalności i wydajności gotowego produktu. Jest to więc mówiąc najprościej specjalnie wykonana wnęka, która rozciąga się od powierzchni przedmiotu obrabianego do jego wnętrza i spełnia różne funkcje. Najpowszechniejsze są otwory cylindryczne, ale dzięki różnym metodom obróbki możemy wykonać również otwory kwadratowe, prostokątne, owalne czy stożkowe.

Otwór i jego cechy

Z reguły projekt otworu uwzględnia jego kształt i rozmiar, głębokość, lokalizację, tolerancje, wymagania dotyczące wykończenia powierzchni oraz fazowanie krawędzi lub dna otworu. Dzięki temu można zaplanować operacje obróbkowe oraz narzędzia, jakich należy użyć aby wykonać  otwór.

Typowe rodzaje otworów

Otwory w obróbce CNC i inżynierii są klasyfikowane w oparciu o ich specyficzne funkcje i wymagania. Każdy otwór ma więc swój określony cel i należy do określonego typu:

• Otwór prosty jest cylindryczny i posiada okrągły przekrój poprzeczny utworzony w przedmiocie obrabianym. Ma stałą średnicę i rozciąga się przez grubość materiału. Proste otwory są powszechnie stosowane w produkcji i montażu.
• Otwór przelotowy przechodzi całkowicie przez obrabiany materiał, co oznacza że znajduje się po obu jego stronach. Może być stosowany do łączenia dwóch kawałków materiału razem lub do umożliwienia przepływu płynu przez materiał. To pozwala na większą elastyczność w użyciu materiału i różnorakich zastosowaniach.
• Otwór ślepy zwany inaczej kieszeniowym to wnęka, która nie przechodzi przez cały materiał. Otwór ten jest zamknięty u dołu, zapewniając wgłębienie na śruby, elementy złączne, szczeliny, kołki i inne elementy. Otwory tego typu są często używane w projektach obróbki drewna i metalu, aby zapewnić ścisłe dopasowanie i ukryć śruby lub części, co znacznie zwiększa estetykę obrabianego przedmiotu. Umożliwiają one również tworzenie złożonych kształtów, co jest ważne w branżach wymagających precyzji.  
• Otwór stożkowy ma średnicę, która zmienia się stopniowo od jednego końca do drugiego. Ten typ otworu może być używany do wielu celów, jak choćby w połączeniach wciskanych, które utrzymują dwa elementy razem poprzez wywieranie nacisku.
• Otwór gwintowany jest utworzony przez nacinanie gwintów w materiale, czyli poprzez gwintowanie. Odbywa się to z użyciem specjalistycznego narzędzia okl. jako gwintownik. Otwory tego typu są powszechnie używane do przyjmowania śrub, zapewniając bezpieczną metodę mocowania. Jest ona często preferowana w stosunku do innych metod ze względu na łatwość użycia i niezawodność.
• Pogłębienie to również rodzaj otworu, ale wykonany w celu powiększenia i pogłębienia już istniejącego otworu. Tworzy płaską powierzchnię wokół otworu poprzez wywiercenie cylindrycznego wgłębienia w materiale. Otwór ten ma płaskie dno, większą średnicę u góry, co zapewnia powierzchnię na umiejscowienie główki śruby lub nakrętki. Zapobiega to wystawaniu śruby lub nakrętki ponad powierzchnię.
• Pogłębienie stożkowe to otwór w kształcie stożka wykonany przez wiercenie w materiale. Dzięki temu łeb śruby może być umieszczony na równo z powierzchnią materiału, a powierzchnia jest płaska i nic ponad nią nie wystaje. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach, w których istnieje ryzyko, że wystająca część spowoduje uszkodzenie innego elementu lub zranienie użytkownika.
• Otwór punktowy ma płaskie dno i jest używany do zapewnienia płaskiej powierzchni, na której można oprzeć podkładkę lub inny element. Dzięki temu przedmiot ma gładkie i estetyczne wykończenie.

Jak wybrać odpowiedni otwór?

Dobór odpowiedniego typu otworu zależy całkowicie od wymagań projektowych, specyfikacji części, przeznaczenia końcowego i rodzaju materiału. Warto więc rozważyć końcowe zastosowanie otworu, aby dobrać w odpowiedni sposób jego rozmiar i kształt. Rodzaj materiału determinuje rodzaj potrzebnego narzędzia i wiertła.

Niewątpliwie liderem jest otwór gwintowany, który jest wykorzystywany do licznych zastosowań inżynieryjnych, takich w których istotne jest bezpieczne łączenie części, ich łatwy demontaż i ponowny montaż. Przy wykonywaniu otworów gwintowanych należy wziąć pod uwagę rozmiar i skok gwintu w celu prawidłowego dopasowania. Równie ważna jest wytrzymałość materiału, aby detal nie uległ zbytnim obciążeniom i nie został uszkodzony.

Otwór stożkowy z kolei służy nie tylko celom estetycznym, ale również funkcjonalnym, gdyż część łba wkrętów stożkowych jest dopasowana do poziomu powierzchni lub poniżej niego w materiale zewnętrznym. Idealne rozwiązanie w projektach, w których pożądane jest dyskretne wykończenie, jak i płaska powierzchnia. Istotne jest tu sprawdzenie średnicy i kąta otworu stożkowego. Jeśli zrobi się to zbyt płytko, to łeb śruby będzie wystawał, a jeśli zbyt głęboko to może dojść do zbytniego obniżenia śruby, co zakłóci wygląd i możliwości montażu.

Otwór a wybór narzędzi

Wybór narzędzi ma duży wpływ zarówno na jakość, jak i na wymiary otworów frezowanych CNC. Skuteczne dobranie narzędzi zależy od wiedzy na temat obrabianego materiału oraz rodzaju i funkcjonalności otworów, jak i specyfikacji dotyczącej precyzji i wykończenia powierzchni. Przykładowo przy obróbce twardych metali jak stal nierdzewna lub tytan lepiej jest użyć frezów węglikowych, ze względu na ich lepszą odporność na zużycie. Skutkuje to węższymi poziomami tolerancji, jak i gładszym wykończeniem, co wynika z ostrzejszych krawędzi takich wierteł. Geometria narzędzia również ma ogromne znaczenie. Kąt pochylenia linii śrubowej, kąt krawędzi skrawającej i liczba rowków muszą odpowiadać właściwościom materiałów oraz wymiarom i wykończeniu żądanego otworu. Wybór wiertła o większym kącie pochylenia linii śrubowej pozwoli na lepsze usuwanie wiórów, minimalizując ponowne cięcie wiórów lub pękanie narzędzia. Zapewni to wysokiej jakości wykończenie ścianek otworu na całej długości.