Výroba otvorů VRTÁNÍ

Transkript

1 Výroba otvorů VRTÁNÍ

2 Charakteristika třískové obrábění rotačních ploch (otvorů) - do plného materiálu - zvětšení již předpracované díry (předvrtané, předlité, předkované apod.) stroje - vrtačky nástroje - vrtáky

3 Pojem vrtání zahrnuje výrobu otvorů vrtáky rozšiřování otvorů - záhlubníky - výhrubníky - výstružníky

4 Kinematika hlavní řezný pohyb rotační - nástroj vedlejší pohyb přímočarý (posuv) - nástroj přísuv (dán poloměrem nástroje) - nástroj (jsou možné i jiné varianty)

5 Vrtáky - skupiny středící vrtáky šroubovité vrtáky kopinaté vrtáky vrtáky s vyměnitelnou špičkou vrtáky s vyměnitelnými břitovými destičkami korunkové vrtáky dělové a hlavňové vrtáky ejektorové vrtáky BTA (Boring and Trepanning Association) nebo STS (Single Tube Systém) odstupňované vrtáky vrtáky do plechu speciální sdružené nástroje

6 Středící vrtáky použití navrtávání začátku díry do plného materiálu navrtání středícího otvoru pro uchycení materiálu do koníku (mezi hroty)

7 Středící vrták B 60 HSS D 3.15 rozměry d = 3,15 mm d1 = 11,2 mm L = 63 mm I = 4,9 mm

8 Středící důlek maznice z mosazné kulatiny

9 Sada středících vrtáků

10 Šroubovitý vrták dvě šroubovité drážky - odvod třísek - přívod chladící kapaliny k břitům fazetky (úzké válcové) - snížení tření na stěnách díry - vedou vrták čelní plocha - dva hlavní břity - příčné ostří

11 Progresivní řešení vrtáků s vyměnitelnými břitovými destičkami ze slinutého karbidu

12 Kopinaté (ploché) vrtáky velmi tuhá konstrukce možnost vrtat díry (28 až 128) mm poměr L : D do 3 : 1 bez navrtávání drsnost povrchu horší než po šr. vrtáku břitová destička zapadá do vybrání vrtáku

13 Kopinaté vrtáky obvykle vnitřní přívod kapaliny VBD z RO nebo SK nástroje používat na CNC strojích

14 Vrtáky s vyměnitelnou řeznou hlavou firma Mapal

15 Vrtáky s vyměnitelnou špičkou forma hlavice umožněn centrální přívod řezné kapaliny do místa řezu

16 Výhody nejvyšší kvalita vrtaného otvoru minimální doba vrtání úspory nákladů na řezný materiál - progresivní slinuté karbidy přesné spojení hlavy s tělesem nástroje s využitím vrubů zajišťuje mimořádnou tuhost děleného nástroje a optimální přenos krouticího momentu radiální upínací systém umožňuje snadnou manipulaci intenzivní chlazení kapalinou přiváděnou přímo na břity v řezu

17 firma Horn obrábění hliníkových ráfků docílení vysoce lesklých povrchů upínací držáky s přívodem vnitřního chlazení řezné rychlosti (1 200 až 2 200) m.min -1, posuvy (0,4 až 1) mm.ot. -1

18 Vrtáky s vyměnitelnou břitovou destičkou umožněn centrální přívod řezné kapaliny do místa řezu

19 Přednost nástroje možnost do jednoho tělesa upínat několik různých destiček výměna jednoduchá - lze ji provádět při upnutí vrtáku ve vřetenu tvrdý povlak na tělese zvyšuje životnost a zajišťuje plynulý odvod třísek

20 Korunkové (trepanační) vrtáky výroba do ø 250mm hloubka díry 2,5m

21 Korunkové vrtáky vrtání tzv. na jádro materiál odřezáván ve tvaru mezikruží uvnitř zůstává jádro, které se posouvá dutinou vrtáku spolu s třískami vrtáky jedno či více břité

22 Vrtání na jádro obrobek - dutý hřídel lodního šroubu nástroj - zvládnutí složitého konvexního i konkávního tvaru v místech navrtávání a výběhu

23 Dělové vrtáky (správný název hlavňový vrták) vrtání hlubokých děr délky (10 až 100)D tělo a ostří konstruováno tak, aby vedení v díře bylo co nejlepší

24 Kinematika vrták - posuv obrobek - rotační pohyb

25 Dělové vrtáky dokonalý odvod třísek proudem chladící kapaliny o tlaku (2 až 4) MPa běžně průměry (0,7 až 40) mm

26 Proces vrtání

27 Proces vrtání

28 Ejektorové vrtáky přívod chladící kapaliny mezi vnějším pláštěm vrtací tyče a vnitřní trubkou o tlaku (0,5 až 2)MPa třísky odváděny vnitřní trubkou délky děr přes 10m (umožněno vodítky s hladícím účinkem) drsnost Ra pod 1,6μm

29 Ejektorové vrtáky použití - vrtání do plného materiálu břitové destičky - připájené - vyměnitelné volba typu vrtáku dle průměru vrtané díry

30 CoroDrill 800 správné vyplachování třísek z vrtané díry při hlubokém vrtání dosaženo díky konstrukčnímu provedení nástroje ve spojení s vysokým tlakem řezné kapaliny STS (Single Tube Systém)

31 Speciální vrtáky odvrtávání svařovacích bodů vrtání do tenkostěnných součástí mimořádně vysoká přesnost vrtání bez otřepů bez použití důlčíku vrtání do plechů z oceli, mosazi, Al, Zn, Cu aj.

32 Frézovací vrták vrtání a frézování plechů, dřeva, plastických hmot, tenkostěnných materiálů krátká část v provedení jako šroubovitý vrták přechází do tvaru frézy s lamači třísek materiál HSS TiN

33 Sdružené nástroje odstupňované vrtáky - vrtání dvou a více průměrů současně

34 Speciální sdružené nástroje vrtání díry se současným - vystružováním - závitováním - zahlubováním - hlazením

35 Vrtáky do plechu vrták do plechu pro široký rozsah

36 Odstupňované vrtáky do plechu použití - středění a navrtávání do tenkostěnných profilů - zpracování plechu v průmyslu - ušlechtilá ocel, neželezné kovy, termoplasty aj. až do tloušťky 4mm

37 Odstupňované vrtáky do plechu drážky pro odvod třísek broušeny metodou CBN (kubický nitrid bóru) do plně zakaleného materiálu - velmi hladký povrch - břity velmi ostré

38 Sada stupňovitých vrtáků průměry (4-12; 4-40; 4 30) mm materiál HSS cena sady 620,- Kč

39 Termální tvářecí vrták do plechu kuželový nástroj vyrobený z karbidu wolframu

40 Princip nástroj při tváření otvorů generuje třecí teplo vznikající prostřednictvím relativně vysokých otáček a axiální síly působící na obrobek teplo lokálně ohřívá materiál -> nástroj plynule prochází obrobkem -> formování pouzdra z přemísťovaného materiálu

41 Vrtací operace speciální případy - vrtání děr v plechu - odstupňované vrtání vrtání díry se současným vystružováním, závitováním, zahlubováním aj. vrtání děr v těžkoobrobitelných, kompozitních a nekovových materiálech - vrtáky se speciální konstrukcí nebo geometrií

42 Šroubovitý vrták 1 příčné ostří 2 špička příčného ostří 3 jádro 4 úhel příčného ostří 5 délka příčného ostří 6 průměr jádra 7 hlavní ostří 8 hlavní hřbet 9 vnější špička 10 otvor pro přívod chladící kapaliny 11 řezná část 12 pata

43 Šroubovitý vrták 13 délka hlavního ostří 14 průměr vrtáku 15 fazetka 16 šířka paty 17 vedlejší hřbet vrtáku 18 výška fazetky 19 čelo 20 úhel sklonu hl. ostří 21 úhel sklonu šroubovice 22 úhel špičky 23 drážka pro odvod třísek

44 Řezná rychlost max. řezná rychlost na obvodě nástroje - směrem k ose klesá k nule technologické problémy (např. příčný břit vrtáku v podstatě neodebírá třísku - materiál plasticky deformován)

45 Řezná rychlost změna řezné rychlosti podél celého ostří 1 - směr hlavního pohybu 2 - směr posuvového pohybu 3 - směr řezného pohybu 4 - obrobená plocha 5 - přechodová plocha P fe - pracovní boční rovina φ - úhel posuvového pohybu

46 Rychlosti vrtání řezná rychlost v c v c = π.d.n 1000 [m.min -1 ] posuvová rychlost v f v f = f.n = z.f z.n[mm.min -1 ] rychlost řezného pohybu v e v e = v 2 c + v 2 f [m.min -1 ]

47 Průřez třísky odebíraný jedním břitem nástroje S = f 2 D. 2 = f.d 4 [mm 2 ] S = f 2 D - d. [mm 2 2 ]

48 Vrtací operace navrtání díry do plného mat. - středící vrták vrtání krátkých děr do plného materiálu nebo předpracovaných děr vrtání dlouhých děr do plného materiálu nebo předpracovaných děr D poměr L D poměr L vrtání průchozích děr (větších průměrů) na jádro tj. odřezávání mat. ve tvaru mezikruží = 1 5 až

49 Geometrie šroubovitých vrtáků úhel čela γ o - dán stoupáním šroubovice ω (směrem k ose vrtáku se zmenšuje) úhel špičky ε - tvořen dvěma hlavními břity úhel příčného ostří 55 - ztráta posuvové síly minimální

50 Skupina použití dle úhlu ω normální obrobitelnost - oceli i nerezavějící, slitiny Cu od CuZn40 tvrdé a křehké materiály - vysoce pevné oceli, slitiny Cu do CuZn40, lisované materiály měkké materiály - Al, Cu, slitiny Zn

51 Materiál - RO HSS legury W, Cr, Mo, V aj. - dlouhá životnost, vysoká výkonnost a řezná rychlost, (t p < 600 C) použití - legovaná a nelegovaná ocel, ( Rm < 900 MPa), - šedá, temperovaná, tvárná litina - grafit, Al slitiny s krátkou třískou, bronz, mosaz

52 Druhy broušené válcované frézované

53 Materiál - RO HSS Co 5 - vysocevýkonné vrtáky - tvrdost zachována při zvýšených teplotách použití - nejvyšší nároky - tĕžkobrobitelné materiály - legovaná a nelegovaná ocel (R m < 900 MPa) - ocel vysoce legované Cr, - nerezová a kyselinám odolná ocel

54 Povlakované vrtáky MV Brno 2008

55 Druhy vrtáků vrtání hloubek až 5.D zvýšená trvanlivost pro všechny materiály dvojitý povlak k dvojnásobnému výkonu monolitní vrták ze slinutého karbidu Titex X-treme PLUS s patentovaným dvojitým povlakem DPL (Double Performance Line)

56 Šroubovité vrtáky Titex série XD určené pro hluboké vrtání až 30.D na obráběcích centrech vnitřní chlazení celková délka až 430mm extrémní pevnost vrtáků - obrábění ocelí, litiny, neželezných kovů i slitin titanu

57 Materiál - SK použití - tvrdé, houževnaté materiály, (t p < 900 C) např. kalená ocel, tvrzená litina, beton, mramor, tvrzené plasty - zvlášť dlouhá životnost při včasném ostření a dostatečném přívodu chladící kapaliny - nevhodné pro předlité otvory (nebezpečí zlomení) - vřeteno bez axiální vůle (vylomení ostří)

58 Nejpoužívanější vrtáky - monolitní vrtáky (povlaky) - monolitní vrtáky SK (povlaky) - vrtáky s řeznými segmenty SK - vrtáky s VBD

59 Vrtáky s mechanicky upínanými řeznými segmenty ze SK

60 Základní pojmy - popis vrtáku

61 Základní pojmy - VBD

62 Záběrové podmínky

63 Řezná rychlost, otáčky řezná rychlost v c v c = π.d.n 1000 (m.min -1 ) otáčky n n = 1000.v π.d (min c _ 1 )

64 Průřez třísky f posuv za otáčku D průměr vrtáku a p hloubka řezu D S = f. 2 = f.a p 2 = (mm )

65 Chlazení nástroje

66 Doporučení pro praxi hloubka otvoru < 3D - vrtávání do šikmých, konkávních, konvexních a obecně nerovných ploch

67 Doporučení pro praxi hloubku díry > 3D a vrtáky pracující s velkým vyložením - požadavek rovinné vstupní plochy - homogenní obrobek je-li plocha šikmá, konvexní, konkávní nebo obecně nerovná - nutno snížit posuv o 50% až do plného zavrtání

68 Doporučení pro praxi vrtání díry s osou kolmou nebo skloněnou k ose jiné díry - průměr provrtávané díry max.1 4.D

69 Druhy vrtáků vrtáky firmy Sandvik Coromant (Švédsko) - rozsah průměrů (17,5-58) mm

70 Druhy vrtáků vrtáky firmy Sandvik Coromant (Švédsko) - rozsah průměrů (60-80) mm

71 Druhy vrtáků vrtáky firmy Iscar (Israel)

72 Druhy vrtáků vrtáky firmy Mitsubishi (Japonsko)

73 Druhy vrtáků univerzální vrtáky Multidrill zajistí vrtání otvorů ø (18 až 53) mm ve všech materiálech

74 Použití vrtání - průměr díry roven průměru vrtáku vrtání - průměr díry větší průměru vrtáku vyvrtávání zarovnávání čela

75 Průměr díry větší průměru vrtáku osa vrtáku osa rotace obrobku vyosení vrtáku o + x D c jmen. ø vrtáku D 1 ø tělesa vrtáku D o ø otvoru D o = D c + 2x velikost vyosení x - omezena vůlí mezi vrtaným otvorem a tělesem vrtáku

76 Upínání vrtáků válcová stopka - vrtáky do ø16 mm - spojení s vřetenem pomocí tříčelisťového sklíčidla

77 Rychloupínací sklíčidlo rychloupínací sklíčidlo s plastovým obalem

78 Upínacího sklíčidla Gűhring GM 300 sestava upínacího uzlu se zvýšenou upínací silou

79 Upínání vrtáků kuželová stopka - unášení a držení vrtáků se děje třením stopky ve vnitřním kuželu vřetene (Morseův kužel) menší rozměry vrtáků - redukční pouzdra redukční pouzdra s vyrážecími klíny

80 Tepelné upínání

81 Výhody tepelného upínání přesnost obvodového házení 3μm upínací síla - přenášena přes přilehlou plochu, jež se po tepelném upnutí smrští kolem stopky nástroje vysoká přesnost umožňuje použití různých prodloužení

82 Využití tenké držáky prodloužené držáky

83 Značka ThermoGrip upínačů

84 Vlastnosti ThermoGrip upínačů výměna nástroje během sekund - indukční nebo elektrický ohřev s vysokým rozsahem energie upínače ze zvlášť teplotně odolné oceli - vysoká životnost a tvarová stabilita pro stopky nástrojů z HSS i z HM (tvrdokovů) čas ochlazení je < 30 sekund vhodné i pro upínání fréz

85 Vlastnosti ThermoGrip upínačů žáruvzdorné oceli teplotně odolné do 550 C upínání smršťováním více než 5000 krát patentovaný kuželovitý náběh ke středění nástroje odlehčení - zajišťuje zamezení pnutí při uvolnění

86 Modulární nadstavba prodloužení a redukce na menší průměr lze dosáhnout vyložení nástroje až 230mm

87 Hydraulické upínače

88 Ostření - přístroj Drillgrind přesné broušení vrtáků lze upravit příčný břit, nastavit vrcholový úhel a nabrousit i vrtáky s tvrdokovem

89 Zvýšení přesnosti a drsnosti vrtaných děr vyhrubování vystružování zahlubování nástroje - výhrubníky - výstružníky - záhlubníky stroje - vrtačky kinematika - viz vrtání

90 Odchylky kruhovitosti 1. vrtání (100μm) 2. vyhrubování (30μm) 3. vystružování (10 μm)

91 Vyhrubování použití - zpřesnění geometrického tvaru - zlepšení drsnosti povrchu - díry ø nad 10mm velikost přídavku - dle druhu materiálu obrobku a břitu - dle konstrukce nástroje druhy výhrubníků - stopkové (do ø 32mm) - nástrčné (od ø 24mm) zuby ve šroubovici materiál břitu - RO - VBD

92 Výhrubníky 1 řezný kužel 2 tělo 3 upínací stopka 4 upínací díra 5 VBD

93 Výhrubníky VBD - min. 1 břit

94 Vystružování dokončovací operace výroby děr s předepsanými geometrickými parametry dosahovaná přesnost IT (5 až 8) dosahovaná drsnost R a (0,8 až 1,6 )μm nástroje - výstružníky stroj - vrtačky kinematika - viz. vrtání

95 Přehled výstružníků

96 Výstružníky - rozdělení počet zubů - 4 až 18 zuby - přímé - ve šroubovici nerovnoměrná rozteč zubů - kruhovitost díry - vysoká kvalita povrchu - zamezení vibrací přednostně volen lichý počet zubů

97 Výstružníky - rozdělení dle způsobu práce - ruční - strojní dle způsobu upínání - stopkové (stopka kuželová či válcová) - nástrčné

98 Ruční rozpínací výstružník duté těleso v podélném směru mezi zuby rozříznuto vtlačováním kužele do díry zvětšování průměru (až o 0,1mm jmenovitého průměru) použití v opravárenství

99 Stavitelný výstružník použití dokončovací obráběcí operace válcových otvorů rozměr výstružníku - plynule měnitelný v uvedeném rozsahu (např. z ø60 na ø65 a každý mezirozměr) nastavený rozměr se měří přes pár protilehlých nožů běžně dodávaná geometrie nožů vyhovuje obrábění šedé litiny a bronzu

100 Stavitelné výstružníky zuby vsazeny v drážkách - posuvné na kuželové ploše

101 Ruční výstružníky válcová stopka zakončená čtyřhranem delší tělo se zuby - ruční výstružník s přímými zuby - ruční kuželový výstružník s přímými zuby - ruční kuželový výstružník se zuby ve šroubovici

102 Strojní výstružníky zuby ve šroubovici - povrch přerušovaný - tenké materiály - sklon šroubovice levý, pravý (ω = 7 až 8) obrábění houževnatých materiálů s vysokou R m nástrčné - pro větší ø děr - vnitřní kuželová díra 1 : 30 - unášecí drážka k zajištění na trnu

103 Výstružník HSS materiál nožů výkonná ocel HSS tělo z konstrukční oceli výměnné nože dodávány sanostatně použití - železné i neželezné kovy - plastické hmoty

104 Jednobřitý strojní výstružník vnitřní přívod řezné kapaliny

105 Vystružování průchozích děr materiály tvořící dlouhou třísku - problém s odvodem třísek z místa řezu Ham-Final nástroje se speciální geometrií SN výbrus na čele břitů uděluje třískám dynamiku a usměrňuje jejich pohyb před nástroj břity SK, VBD s PVD TiAlN

106 Nástrčný výstružník se zuby SK hlavice výstružníku HAM Final tělo

107 Výstružníky s břity z cermetu cermet vhodný pro dokončovací operace velmi nízká drsnost povrchu velmi vysoká řezná rychlost dlouhá trvanlivost ostří

108 Výměnná vystružovací hlavice VVH tepelně upnutá hlavice z cermetu pracovní kapalina přiváděna středem tělesa nástroje nebo k jednotlivým zubům

109 Výstružníky s usměrněným chlazením speciální výstružník s tvrdokovovými plátky s usměrněným chlazením do drážek profilu v c = 47 mmin -1 f = 2,2 mm.ot. -1 v f = 1500 mm.min -1 trvanlivost břitu 4000 děr, tj. 100 metrů

110 Zahlubování obrobení souosého válcového či kuželového zahloubení děr zarovnání čelní plochy sražení hrany nástroje - záhlubníky stroje - vrtačky kinematika - viz vrtání

111 Záhlubníky dvou a vícebřité (lichý počet zubů) nástroje s břity na čele druhy - válcové, kuželové, ploché vodící čepy - vedení nástroje

112 Záhlubníky sada 3 - břitých záhlubníků, α = 90, mat. HSS 5 kusů (ø 5; 6; 8; 10; 12) mm, cena ~ 410,- Kč

113 Zpětné zahlubování zahlubování v nepřístupných místech

114 Záhlubníky firmy Granlund (Švédsko)

115 Stroje - vrtačky dle konstrukčního provedení vrtačky - ruční - stolní - sloupové - stojanové - otočné - vodorovné na hluboké díry - speciální

116 Stolní vrtačky jednoduchá konstrukce převodovka otáček a posuvů posuvný vřeteník posuv vřetena ruční pracovní stůl opracování děr do ø 16mm

117 Stolní vrtačky

118 Stolní vrtačky naklápěcí vrtačka

119 Řadová vrtačka

120 Sloupové vrtačky základní prvek stroje - sloup vertikální posuv vřeteníku i pracovního stolu po sloupu posuv vřetena mechanický upínání obrobků na pracovní stůl, větší obrobky na základovou desku použití do vrtání ø 40 mm

121 Sloupové vrtačky

122 Sloupové vrtačky

123 Stojanové vrtačky robustní stojan (skříňový průřez) vřeteník a pracovní stůl se pohybují po svislém vedení konstrukce vrtaček pro vrtání děr do ø80 mm

124 Otočné vrtačky použití - vrtání děr do těžších a rozměrnějších obrobků vřeteník posuvný po rameni rameno - otočné - výškově přestavitelné po vedení sloupu - vrtání děr do ø100 mm

125 Otočné vrtačky upínání obrobků - menší obrobky na pracovní kostku - větší na základovou desku

126 Otočné vrtačky

127 Otočné vrtačky

128 Montážní vrtačky použití - montážní dílny - přenosné nastavení libovolného vyložení vřeteníku na rameni otáčení ramena v rozsahu 360 provádění operací ve velkém prostoru kolem vrtačky

129 Řezné podmínky viz. normativy dosahovaná přesnost a drsnost - viz. normativy

130 Řezné podmínky - strojní čas n otáčky (min -1 ) f posuv (mm) l délka díry (mm) D průměr díry (mm) l h výška hrotu vrtáku (mm) l h = D 2.cot gκ r (mm) t AS l n l l n.f h l p (min) κ r úhel nastav. hl. ostří ln náběh (mm) lp přeběh (mm) 1/3.D

131 Speciální vrtačky specializované vrtací operace - vrtačky na hluboké díry - souřadnicové vrtačky - vícevřetenové vrtačky - stavebnicové vrtačky s vrtacími hlavami, apod.

132 Souřadnicové vrtačky použití vrtání děr s vysokou přesností - IT (2 až 5) - přesnost roztečí (až 0,002mm)

133 Souřadnicové vrtačky vřeteník výškově přestavitelný křížový stůl zajišťuje polohu obrobku ve vodorovné rovině

134 Vícevřetenové vrtačky

135 Ruční vrtačky

136 Ruční vrtačky

137 Vrtání laserem vrtací zařízení

138 CO 2 lasery vyřezávání (kruhových i tvarových) otvorů min. ød = 5mm Nd:YAG lasery - vrtání děr ød = 0,025 mm průmysl - lasery o výstupním výkonu (100 až 500) W doba vrtání závisí na výstupním výkonu laseru a na tloušťce vrtaného materiálu

139 Zdroje