Platforma wiedzy

W jaki sposób geometria wiertła wpływa na trwałość wiertła i tolerancję otworu

Pod pojęciem geometrii wiertła rozumie się liczbę i położenie krawędzi skrawających wiertła, rowków wiórowych i zastosowanych przy tym kątów. 

Według rodzaju wykonywanego otworu rozróżnia się:

Wiertła kręte

Otwór w pełnym materiale wykonuje się za pomocą wiertła krętego. W wyniku skrawania materiału powstaje cylindryczny korpus wydrążony. Przy wierceniu w zakresie średnic do 20 mm i głębokości wiercenia do 100 mm najczęściej stosowanym narzędziem jest wiertło kręte. 

Gwintowniki

Gwintowanie to proces, w którym najpierw wykonuje się pełny otwór, a następnie za pomocą gwintowników wycina się gwint. Ten etap można wykonać ręcznie lub maszynowo. Powstały w ten sposób gwint wewnętrzny jest znormalizowany tak, aby pasował do odpowiadającego mu gwintu zewnętrznego.

Wiertło stopniowe

Wiertło stopniowe wykonuje otwór stopniowy, umożliwiający zagłębienie w materiale elementu łączącego (np. łba śruby). Dalsza obróbka, taka jak rozwiercanie lub pogłębianie, nie jest zazwyczaj konieczna.

Geometria wiertła krętego

Różne geometrie mają wpływ na dokładność wymiarową otworu i trwałość wiertła.

Aby zrozumieć, który aspekt geometrii wiertła wpływa na trwałość narzędzia, a który na tolerancję otworu, przyjrzyjmy się szczegółowo na przykład geometrii wiertła krętego. Wiertła, które mają płytki wymienne zamiast krawędzi skrawających, są poddawane temu samemu wyzwaniu, jakim jest optymalne dostosowanie usuwania wiórów, prędkości skrawania i posuwu.

  1. Kąt wierzchołkowy
  2. Główne krawędzie skrawające
  3. Główna powierzchnia przyłożenia
  4. Boczna krawędź skrawająca
  5. Rowek wiórowy
  6. Fazka prowadząca
  7. Boczny kąt natarcia

Średnica wiertła krętego

Średnica wiertła krętego zmniejsza się w obszarze rowków wiórowych w kierunku od wierzchołka wiertła do chwytu. Stożkowość wynosi 0,02 do 0,08 mm na 100 mm długości rowka wiórowego i zmniejsza tarcie w otworze. Ułatwia to również przepływ wiórów.

Kąt wierzchołkowy – centrowanie wiertła krętego

Kąt wierzchołkowy znajduje się na głowicy wiertła krętego. Kąt jest mierzony pomiędzy dwoma krawędziami skrawającymi przy wierzchołku.

Im mniejszy jest kąt wierzchołkowy, tym łatwiejsze jest centrowanie w materiale. Zmniejsza on również ryzyko poślizgu na zakrzywionych powierzchniach. Małe kąty wierzchołkowe wybiera się do obróbki materiałów o słabej przewodności cieplnej i dających krótki wiór, ponieważ długie główne krawędzie skrawające umożliwiają wtedy dobre odprowadzanie ciepła przez narzędzie. Jednakże, jeżeli kąt wierzchołkowy jest zbyt mały, skompresowane wióry mogą zablokować otwór lub rowek wiórowy. Mały kąt wierzchołkowy zwiększa również zużycie krawędzi skrawającej.

Duży kąt wierzchołkowy wybiera się dla materiałów o dobrej przewodności cieplnej, dających długi wiór, ponieważ powoduje on dobry przepływ wiórów i wymaga niewielkiej siły skrawania. Jednak duży kąt wierzchołkowy łatwiej powoduje bicie wiertła, co prowadzi do większego otworu.

Większość wierteł krętych ma kąt wierzchołkowy 118 stopni. 90 stopni stosuje się do twardych, ścieralnych tworzyw sztucznych, 130 stopni do materiałów miękkich i ciągliwych, a 140 stopni do metali lekkich, dających długi wiór.

Główne krawędzie skrawające wiertła krętego – odpowiedzialne za wydajność skrawania

Wiertła kręte mają zawsze dwie główne krawędzie skrawające, połączone poprzeczną krawędzią skrawającą. Główne krawędzie skrawające przejmują właściwy proces wiercenia. Długie krawędzie skrawające mają z reguły większą wydajność skrawania niż krótkie krawędzie skrawające. 

Krawędź skrawająca poprzeczna wiertła krętego – im krótsza, tym lepsza

Poprzeczna krawędź skrawająca znajduje się w środkowej części wierzchołka wiertła i nie ma działania skrawającego. Wywiera ona jedynie nacisk i tarcie na przedmiot obrabiany i zasadniczo stanowi przeszkodę w procesie wiercenia. Długość poprzecznej krawędzi skrawającej można zredukować poprzez odpowiednie procesy szlifowania. Ten tak zwany szlif punktowy lub krzyżowy prowadzi do znacznego zmniejszenia sił tarcia, a tym samym do zmniejszenia wymaganej siły posuwu. Jednocześnie wierzchołek wiertła jest lepiej wyśrodkowany w obrabianym przedmiocie. 

Profil rowka (rowek wiórowy) wiertła krętego – odpowiedzialny za trwałość

Wiertło kręte ma dwa przeciwległe spiralne rowki wiórowe, które umożliwiają odprowadzanie wiórów i doprowadzanie chłodziwa. Są one zazwyczaj szlifowane, frezowane lub walcowane w półfabrykacie. Szerokie profile rowków są bardziej płaskie i pozwalają na stosowanie większych średnic rdzenia wiertła.

Złe odprowadzanie wiórów oznacza większe wydzielanie ciepła, co z kolei może prowadzić do wyżarzenia i w efekcie do złamania wiertła.
Prawidłowe blokowanie wióra może powodować promieniowy ruch wiertła i wpływać na jakość otworu, trwałość i niezawodność wiertła, a także powodować pęknięcie wiertła lub płytki. Im szerszy jest profil rowka, tym lepsze jest odprowadzanie wiórów.

Rdzeń – stabilność wiertła krętego

Grubość rdzenia jest czynnikiem decydującym o stabilności wiertła krętego. Wiertła kręte o dużej (grubej) średnicy rdzenia mają większą stabilność i dlatego nadają się do wyższych momentów obrotowych i twardszych materiałów. 

Fazki prowadzące i boczne krawędzie skrawające wiertła krętego – odpowiedzialne za dokładność ruchu obrotowego oraz jakość ścianek otworu

  1. Główna krawędź skrawająca
  2. Powierzchnia przyłożenia
  3. Boczna krawędź skrawająca

W wyniku zaszlifowania wzdłuż rowków wiórowych powstają fazki prowadzące. W zależności od średnicy wiertła mają one szerokość od 0,1 do 0,5 mm i wspomagają prowadzenie wiertła w otworze. Od ich wykonania zależy w decydujący sposób jakość ścianek otworu. 

Boczna krawędź skrawająca stanowi przejście od fazki prowadzącej do rowka wiórowego. Krawędź ta luzuje i przecina wióry, które zaklinowały się na materiale.

Długość fazek prowadzących i bocznych krawędzi skrawających zależy w dużej mierze od kąta wzniosu.

Kąt wzniosu wiertła krętego – określa rodzaj zastosowania w odniesieniu do materiału

Kąt wzniosu, zwany również kątem spirali, tworzą kierunek rowka i oś wiertła. Decyduje on o wielkości kąta natarcia na głównych krawędziach skrawających, a tym samym o procesie tworzenia wiórów.

Większe kąty wzniosu zapewniają skuteczną ewakuację wiórów w przypadku materiałów miękkich, dających długi wiór. Mniejsze kąty wzniosu są natomiast stosowane do materiałów twardych, dających krótki wiór.

Wiertła kręte, które mają bardzo mały kąt wzniosu (10° - 19°), charakteryzują się długą spiralą. Natomiast wiertła kręte o dużym kącie wzniosu (27° - 45°) mają krótką, ściśniętą spiralę. Wiertła kręte z normalną spiralą mają kąt wzniosu od 19° - 40°. 

Jakie wiertło do jakiego materiału – 3 typy

Podręcznik DIN dla wierteł i pogłębiaczy definiuje podział grup zastosowania według DIN 1836 na trzy typy N, H i W

  1. Typ N: Normalna spirala do materiałów o normalnej twardości, jak ogólne stale budowlane, metale nieżelazne i żeliwo. Nie nadaje się do materiałów miękkich.
  2. Typ H: Spirala długa do materiałów twardych, dających krótki wiór, kruchych, ciągliwo-twardych, jak stal, twarde tworzywo sztuczne, pleksiglas lub tworzywa laminowane
  3. Typ W: Do materiałów miękkich, dających długi wiór i ciągliwych, jak aluminium, miedź lub miękkie tworzywa sztuczne.

Prędkość skrawania i zużycie

Przy odpowiednio dobranych warunkach skrawania zużycie jest równomierne na całej powierzchni narzędzia. Nierównomierne zużycie może wystąpić, gdy prędkość skrawania jest zbyt duża, zbyt duży jest posuw lub materiał jest zbyt twardy. Wtedy wiertło trzeba ponownie zaostrzyć na powierzchni przyłożenia, aż do całkowitego wyeliminowania oznak zużycia głównej krawędzi skrawającej, krawędzi skrawającej poprzecznej i fazy prowadzącej. Jeśli zużycie fazki prowadzącej nie zostanie usunięte, wiertło będzie się zakleszczać.