Nástroje na třískové obrábění

Jak geometrie vrtáku ovlivňuje jeho životnost a toleranci vrtaného otvoru

Pod pojmem geometrie vrtáku se rozumí počet a umístění břitů vrtáku, drážek pro odvádění třísek a úhly s tím související. 

V závislosti na druhu vrtaného otvoru rozlišujeme:

Vrtáky ve šroubovici

Otvor do plného materiálu se vrtá pomocí vrtáku ve šroubovici. V důsledku obrábění materiálu vzniká válcová dutina. Pro vrtání v rozsahu průměrů do 20mm a v hloubce do 100mm je spirál ve šroubovici nejčastěji používaným nástrojem. 

Závitníky

Při řezání závitů se nejprve vytvoří otvor v plném materiálu, a poté se pomocí závitníků vyřeže závit. Tento krok lze provádět manuálně nebo strojově. Vytvořený vnitřní závit je normovaný, aby byl kompatibilní s příslušným vnějším závitem.

Stupňovité vrtáky

Stupňovitý vrták vytvoří odstupňovaný otvor, aby se vytvořila možnost pro zapuštění spojovacího materiálu (např. hlava šroubu). Dodatečné obrábění za využití výstružníků či záhlubníků již většinou není nutné.

Geometrie vrtáku ve šroubovici

Rozměrovou stálost otvoru a životnost vrtáku ovlivňují různé geometrie.

Abychom pochopili, jaký aspekt geometrie vrtáku ovlivňuje příslušný faktor v případě životnosti či tolerance otvoru, můžeme se například blíže podívat na geometrii vrtáku ve šroubovici. I na vrtáky, které nejsou vybavené břity, nýbrž vyměnitelnými břitovými destičkami, se kladou stejné požadavky, tedy optimální přizpůsobení odvádění třísek, řezné rychlosti a posuvu.

  1. Vrcholový úhel
  2. Hlavní břity
  3. Hlavní podbrus
  4. Vedlejší břit
  5. Drážka pro odvádění třísek
  6. Vodicí fazetka
  7. Úhel čela

Průměr vrtáku ve šroubovici

Průměr vrtáku ve šroubovici se zužuje v oblasti drážek pro odvádění třísek od špičky vrtáku směrem ke stopce. Zúžení činí 0,02 až 0,08mm na 100mm délky drážky pro odvádění třísek a snižuje třetí ve vrtaném otvoru. Kromě toho se usnadní odvádění třísek.

Vrchlový úhel - středění vrtáku ve šroubovici

Vrcholový úhel se nachází u hrotu vrtáku ve šroubovici. Úhel se měří mezi oběma břity na špičce.

Čím menší vrcholový úhel je, tím snadnější je jeho středění v materiálu. Na klenutém povrchu je tak riziko sklouznutí rovněž nižší. Pro obrábění křehkých materiálů se špatnou tepelnou vodivostí se volí malé vrcholové úhly, které v případě dlouhých hlavních břitů umožňují dobré odvádění tepla přes nástroj. V případě příliš malého vrcholového úhlu ovšem může v důsledku stlačování třísek dojít k ucpání vrtaného otvoru nebo drážky pro odvádění třísek. Malý vrcholový úhel rovněž zvyšuje opotřebení břitů.

Při obrábění materiálů s dlouhou třískou s dobrou tepelnou vodivostí se volí velký vrcholový úhel, protože zajistí dobré odvádění třísek a umožňuje nízkou řeznou sílu. Velký vrcholový úhel ovšem vede ke snazšímu ujíždění vrtáku a k vyvrtání většího otvoru.

Většina vrtáků ve šroubovici vykazuje vrcholový úhel 118 stupňů. 90 stupňů se používá na tvrdé plasty způsobující otěr, 130 stupňů na měkké a houževnaté materiály a 140 stupňů na lehké kovy s dlouhou třískou.

Hlavní břity vrtáku ve šroubovici - zásadní parametr pro výkon při obrábění

Vrtáky ve šroubovici disponují vždy dvěma hlavními břity, které jsou propojeny příčným břitem. Hlavní břity přebírají vlastní proces vrtání. Dlouhé břity vykazují v porovnání s krátkými břity obecně vyšší výkon při obrábění. 

Příčný břit vrtáku ve šroubovici - čím kratší, tím lepší

Příčný břit se nachází uprostřed špičky vrtáku a nemá žádný řezný účinek. Vytváří pouze tlak na obrobek a vyvolává tření a pro vlastní proces vrtání je negativní. Pomocí příslušného broušení lze délku příčného břitu omezit. Toto takzvané ostření nebo křížový výbrus zajistí podstatné snížení třecích sil a tím i zmenšení potřebného posuvu. Současně se špička vrtáku lépe vystředí v obrobku. 

Profil drážky (spirálová drážka) vrtáku ve šroubovici - zásadní parametr pro životnost

Vrták ve šroubovici disponuje dvěma protilehlými spirálovými drážkami, které umožňují odvádění třísek a přivádění chladicího média. Většinou se zabrušují, frézují nebo zaválcovávají do neobrobeného kusu. Široké profily drážky jsou mělčí a připouštějí větší průměr jádra vrtáku.

Rychlé odvádění třísek s sebou přináší větší zahřívání, které může způsobit vyžíhání a nakonec i zlomení vrtáku.
Masivní zasekávání třísek může zapříčinit pohyby vrtáku v radiálním směru a ovlivnit kvalitu otvoru, životnost i spolehlivost vrtáku a rovněž může vyvolat zlomení vrtáku, popř. destiček. Čím širší je profil drážky, tím kvalitnější je odvádění třísek.

Jádro - stabilita vrtáku ve šroubovici

Tloušťka jádra je rozhodujícím parametrem pro stabilitu vrtáku ve šroubovici. Vrtáky ve šroubovici s velkým (silným) průměrem jádra vykazují vyšší stabilitu a jsou tudíž vhodné pro vyšší krouticí momenty a obrábění tvrdších materiálů. 

Vodicí fazetky a vedlejší břity vrtáku ve šroubovici - zásadní parametr pro přesnost obvodové házivosti a kvalitu ostění vyvrtaného otvoru

  1. Hlavní břit
  2. Podbrus
  3. Vedlejší břit

Prostřednictvím podbroušení podél drážek pro odvádění třísek vzniknou vodicí fazetky. V závislosti na průměru vrtáku jsou široké 0,1 až 5mm a podílejí se na vedení vrtáku ve vrtaném otvoru. Pro kvalitu ostění vrtaného otvoru jsou rozhodující jeho vlastnosti. 

Vedlejší břit tvoří přechod od vodicí fazetky k drážce pro odvádění třísek. Uvolňuje a rozřezává třísky, které se vzpříčily na obráběném materiálu..

Pro délku vodicích fazetek a vedlejších břitů je rozhodující úhel stoupání šroubovice.

Úhel stoupání šroubovice vrtáku ve šroubovici - určuje použití vrtáku pro daný typ materiálu

Směr drážky a osa vrtáku utvářejí úhel stoupání šroubovice. Tento úhel určuje úhel čela na hlavních břitech a tím i proces utváření třísky.

Větší úhel stoupání šroubovice garantuje efektivní odvádění třísek při obrábění měkkých, houževnatých materiálů. Menší úhly stoupání šroubovice se oproti tomu využívají při obrábění tvrdých, křehkých materiálů.

Vrtáky ve šroubovici, které mají velmi malý úhel stoupání šroubovice (10° - 19°), vykazují protáhlou šroubovici. Oproti tomu disponují vrtáky ve šroubovici s velkým úhlem stoupání šroubovice (27° - 45°) sraženou, krátkou spirálu. Úhel stoupání šroubovice činí u vrtáků ve šroubovici s normální šroubovicí 19° - 40°. 

Jaký vrták použít pro konkrétní materiál - 3 typy

Příručka DIN pro vrtáky a záhlubníky definuje pod číslem DIN 1836 rozdělení aplikačních skupin na tři typy N, H a W

  1. Typ N: Normální šroubovice pro materiály s normální tvrdostí, jako jsou konstrukční oceli obecně, neželezné kovy a litina. Tento typ je nevhodný pro obrábění měkkých materiálů
  2. Typ H: Protáhlá šroubovice - pro obrábění tvrdých, křehkých a houževnatých materiálů s krátkou třískou, jako jsou ocel, tvrdý plast, plexisklo nebo kompozitní materiály.
  3. Typ W: Pro obrábění měkkých a houževnatých materiálů s dlouhou třískou, jako jsou hliník, měď nebo měkké plasty.

Řezná rychlost a otěr

V případě správně zvolených řezných parametrů je otěr všude stejnoměrný. K nerovnoměrnému otěru může docházet v případě příliš vysoké řezné rychlosti, velkého posuvu nebo příliš tvrdého materiálu. Vrták se pak musí na podbrusu naostřit natolik, až se zcela odstraní otěr na hlavním břitu, příčném břitu a vodicí fazetce. Pokud se otěr na vodicí fazetce neodstraní, vrták se zasekne.