Vrtání a vyvrtávání Vrtáním se rozumí obrábění díry do plného materiálu, zatímco vyvrtáváním se díry předvrtané, předlité nebo předované zvětšují na požadovaný průměr. Vrtat lze válcové, uželové a tvarové díry. Obr. 75 Vrtání a vyvrtávání 1.1.1 Charateristia výrobní metody Záladem vrtání je současný otáčivý a posuvný pohyb nástroje. K této ombinaci dochází hlavně na vrtačách. Vrtat vša lze i na jiných strojích. Pro nás je důležité hlavně vrtání na soustruhu. V tomto případě vyonává otáčivý pohyb obrobe a posuvný pohyb (axiální posuv) nástroj vrtá. V aždém případě otáčení je hlavní pohyb a posuv je pohyb vedlejší. Nejdůležitějším parametrem řezných podmíne je řezná rychlost, za terou se považuje obvodová rychlost bodu na maximálním průměru břitu nástroje odpovídá průměru vrtáu D.. D. n Potom v [m.min -1 1000. v ], z čehož n D... průměr otvoru [mm] 1000. D n...počet otáče [ot.min -1 ] v...řezná rychlost [m.min -1 ] Rychlost ostatních bodů ostří se směrem e středu zmenšuje. Dráha jednotlivých bodů břitu vrtáu tvoří šroubovici se stoupáním, teré se rovná posuvu f, tj. délce, o níž se vrtá posune v osovém směru za jednu otáču. Poněvadž vrtá odebírá současně dvěma břity, je průřez třísy A odebírané jedním břitem:
při vrtání a při vyvrtávání A A D. f D. f [mm ]. 4 D d f D d. f. 4 [mm ]; d... průměr předvrtaného otvoru [mm] 1.1. Nástroje pro vrtání a vyvrtávání Vrtací nástroje jsou určeny pro vrtání do plného materiálu a vyvrtávací nástroje průměry jen zvětšují a doončují. Mezi vyvrtávací nástroje tedy patří i nástroje pro zahlubování, vyhrubování a vystružování - při práci na soustruhu je označujeme jao osové nástroje - viz obráze 10. 3. a upínáme je buď do onía nebo do revolverové hlavy. 1.1..1 Rozdělení vrtacích a vyvrtávacích nástrojů Tyto nástroje můžeme rozdělit do dvou hlavních supin na normalizované a speciální (operační), teré dále dělíme z něolia hledise: 1. podle materiálu: z rychlořezné oceli a s břitovými destičami ze slinutých arbidů. podle způsobu upínání: se stopou válcovou nebo uželovou, případně nástrčné 3. podle rozteče zubů: stejnoměrné a nestejnoměrné 4. podle tvaru: válcové, uželové a tvarové 5. podle způsobu obrábění: vrtáy normalizované šroubovité, stupňovité, středící na dlouhé díry, opinaté a speciální nástroje na hluboé díry; záhlubníy výhrubníy výstružníy strojní, ruční, rozpínací, loupací a stavitelné vyvrtávací hlavy a tyče pro soustružnicé a vyvrtávací stroje. 1 vyvrtávací tyč - nůž 3 upínací šroub 4 - obrobe Obr. 76 Vyvrtávací tyč upnutí nástroje řešeno šimým šroubem 1.1.. Šroubovité vrtáy jsou nejběžněji používané vrtací nástroje. Jedná se o dvoubřitý nástroj se šroubovitými drážami pro odvod tříse a přívod chladící apaliny viz obráze
Obr. 77 Geometrie šroubovitého vrtáu Tělo vrtáu je mírně uželovité směrem e stopce se zmenšuje, aby se zmenšilo tření. Průměr jádra se naopa směrem e stopce rovnoměrně zvětšuje. Ve středu nástroje mezi břity je tzv. přechodové (příčné) ostří, teré neřeže, neboť má velmi nepříznivou geometrii a řezná rychlost je na něm téměř nulová. Šroubovité vrtáy jsou normalizované: o s válcovou stopou rátá řada ČSN 1180 až ČSN 118 o s válcovou stopou střední řada ČSN 111 až ČSN 1131 o s válcovou stopou dlouhá řada ČSN 115 o s uželovou stopou - ČSN 1140 až ČSN 1144. Vyrábějí se z rychlořezné oceli 19 80 v toleranci h8. Aby se zvýšila efetivnost vrtání odstupňovaných děr, vyrábějí se podle podniových norem stupňovité vrtáy (obráze 78), jejich výhodou je vytvoření otvoru včetně válcového nebo uželového zahloubení pro šroub. Jejich použití je výhodné hlavně při větších sériích.
Obr. 78 Stupňovitý vrtá Obr. 79 Použití osových nástrojů na soustruhu Pro těžoobrobitelné materiály se používají šroubovité vrtáy s destičami ze slinutého arbidu dle ČSN 1318 až ČSN 1330. Tělo vrtáu musí být tuhé a bývá o 0 až 30 % ratší než u vrtáů z rychlořezné oceli. 1.1..3 Další osové nástroje V usové a malosériové výrobě se provádí na soustruzích navrtávání středicích důlů pomocí středicích vrtáů, teré bývají jednostranné nebo oboustranné od průměru 0,5 do 10 mm a jejich tvar je shodný s tvarem středicích důlů dle ČSN 1110. Pro zahlubování otvorů se používají záhlubníy, teré mohou být buď jednobřité, dvoubřité nebo něoliabřité na válcové, uželové nebo tvarové díry. Mohou mít taé vodící čep, dyž jej nemají jsou vedeny svou válcovou částí v pouzdru přípravu. Pro obrábění předlitých děr se používají záhlubníy se slinutými arbidy. Pro větší průměry (od 8 do 70 mm) se používají záhlubníy nástrčné. Pro vrtání hluboých děr se používají tzv. prodloužené šroubovité vrtáy a pro přesné dlouhé a velmi dlouhé přesné díry se používají speciální jednobřité nástroje jao jsou např. hlavňové
vrtáy vedené v pouzdru s přívodem chladící apaliny. Tato vyvrtaný otvor má správný geometricý tvar a vysoou rozměrovou přesnost, terá dosahuje stupně IT 8. Na číslicově řízených strojích od průměru 8 do 10 mm se s výhodou používá opinatých vrtáů, což jsou dvoubřité nástroje s mechanicy upínanou řeznou částí. Jao doončovací nástroje pro přesnost otvoru s tolerancí H11 a H1 se používají výhrubníy (s uželovou stopou, nástrčné), což jsou troj až čtyřbřité nástroje, zpravidla se zuby ve šroubovici. Často se jich užívá pro přípravu děr před vystružováním v tomto případě se vša bere průměr výhrubníu o 0, až 0,4 mm menší než je finální průměr otvoru. Výstružníy jsou vícebřité řezné nástroje určené doončování předvrtaných a zpravidla též vyhrubovaných děr, jimž dávají přesný rozměr, správný geometricý tvar a hladý povrch. Pro hrubování i doončování předvrtaných nebo předlitých děr se dnes používají hlavně na moderních obráběcích CNC strojích vyvrtávací nástroje, teré lze rozdělit na vyvrtávací tyče a to hrubovací a doončovací, teré jsou řešeny pro ruční i automaticou výměnu a bývají většinou s dvěma nožovými jednotami dnes téměř výhradně s vyměnitelnými břitovými destičami ze slinutého arbidu a na vyvrtávací hlavy určené pro obrábění větších průměrů hrubováním i na doončování vnitřních válcových povrchů do průměru až 500 mm. 1.1.3 Řezné podmíny při vrtání, vyvrtávání a ostatních operacích Volí se v závislosti na materiálu obrobu, materiálu vrtacího nástroje, hloubce děr, způsobu vrtání a použití řezných apalin. Doporučené hodnoty jsou vesměs tabelárně zpracovány v odborné literatuře (napřílad Janyš, Dílensé tabuly, Celostátní normativy aj.). Řezné podmíny při vyvrtávání se řídí stejnými zásadami jao při soustružení, je vša třeba přihlížet průřezu vyvrtávacího nože, tuhosti vyvrtávací tyče a e způsobu jejího uložení. Řezné podmíny pro hrubování a zahlubování se obvyle ponechávají tytéž jao při vrtání, neboť se při těchto operacích odebírá malé množství tříse přídavy na hrubování bývají 1 až 4 mm v závislosti na průměru díry. Řezné podmíny pro vystružování jsou voleny vždy s cílem dosáhnout co největší přesnosti a hladosti děr. Proto řezná rychlost bývá vzhledem vrtání asi třetinová. 1.1.4 Dosahovaná přesnost a drsnost povrchu Liší se podle druhu práce a použitých vrtacích nástrojů. Jaost povrchu se zhoršuje zejména při vyšších posuvech. Při jednotlivých druzích vrtacích a doončovacích prací se dosahuje těchto hodnot: Tab. 5 Dosahovaná přesnost a drsnost povrchu při vrtání a doončovacích operacích Operace Přesnost IT Drsnost povrchu Ra [μm] Šroubovitými vrtáy 11 až 14 6,3 až 50 Při použití vrtacích pouzder 7 až 10 Vrtání Kopinatými vrtáy 8 3, Hlavňovými vrtáy 7 1,6 Vrtacími hlavami 8 3, až 6,3 Zahlubování 11 až 1 6,3 až 1,5 Vyhrubování 10 až 11 3, až 6,3 Vystružování 6 až 8 0,8 až 1,6
Tab. 6 Dosahovaná přesnost a drsnost povrchu při vyvrtávání Operace Přesnost IT Drsnost povrchu Ra [μm] Hrubování 11 až 14 1,5 až 50 Vyvrtávání Práce na čisto 7 až 11 1,6 až 6,3 Jemné vyvrtávání 5 až 8 0,8 až 1,6 1.1.5 Řezné síly a užitečný výon při vrtání, příon eletromotoru D... průměr vrtáu [mm] A... průřez třísy odebrané 1 břitem: f... posuv na 1 břit [mm. ot -1 ] A D f D. f. [mm ] 4 Výsledná řezná síla F působící na vrtá má 3 složy: F x... axiální posuvovou F y... radiální F z... tangenciální (tečnou) dráze hlavního pohybu vytváří ji routící moment stroje F z A. p Fz D. f D. f. p Fz. p [N] ( 1 ) 4 p... měrný (specificý) řezný odpor [N.mm - ], resp. [MPa] Obr. 80 Řezné síly při vrtání Potom routící moment: Fz D Fz. D M. 4 [N. mm]; resp. Fz. D M [N. m] 4000 Za F z můžeme dosadit výše uvedený vztah ( 1 ) a dostaneme: D. f D. M. p [N. mm]; resp. M f. p [N. m] 8 8000 Poznáma: Pro vyvrtávání zavádíme do výše uvedených vztahů tzv. střední průměr D s, na terém Fz působí silová dvojice a pa:
F Ds [N. mm] ; z M. D d D s [mm] d... průměr předvrtaného otvoru [mm] D.. průměr vrtáu (otvoru po vyvrtávání) [mm] Nyní můžeme vyjádřit užitečný výon nutný odebrání materiálu a to ze známého vztahu pro routící moment: Puz. n M Puz M. ; respetive P už. M 30 000 P už... užitečný výon [W]; resp. [W] ω... úhlová rychlost [rad.s -1 ]; n n... otáčy [ot. s -1 ]; resp. [ot. min -1 ] M... routící moment [N. m] Z užitečného výonu vypočteme příon eletromotoru: P e = P uz [W]; resp. [W], de η... účinnost eletromotoru (bývá asi 0,7). 1.1.6 Produtivita při vrtání, strojní časy Pro stanovení strojních časů pro vrtání platí stejné zásady jao u soustružení. Vztah pro stanovení strojního času vyplývá z obrázu 81: L... déla dráhy vrtáu [mm]; l... déla obrobu [mm] l n... déla náběhu [mm] L = l + l n + l p l n = 3 D D l p... déla přeběhu [mm]; l p,min = D tg. tg D... průměr vrtáu [mm] ε... vrcholový úhel vrtáu (pro ocel bývá ε = 118 ) Obr. 81 Dráha nástroje při vrtání Strojní čas pro vrtání: t s L f [min] n L... déla dráhy vrtáu [mm]; L = l + l n + l p f... posuv nástroje [mm.ot -1 ] n.. otáčy [ot.min -1 ] t s... strojní čas [min] (v normativech ozn. t A1 )
1.1.7 Vrtačy jsou stroje, na terých se provádí vrtání, zahlubování, vyhrubování, vystružování otvorů a řezání závitů. Hlavní řezný pohyb otáčivý i vedlejší pohyb posuvný přímočarý oná pracovní vřeteno stroje s upnutým nástrojem většinou ve slíčidle naraženém svým vnějším uželem do vnitřního užele pracovního vřetena. Případně lze použít i něolia redučních pouzder. Vyrábějí a používají se tyto nejčastější druhy vrtače: Stolní vrtača tvořená vřeteníem posuvným po rátém stojanu. Vřetení nese motor současně s převodovou otáče a posuvů a suvně uložené pracovní vřeteno, do terého lze upnout slíčidlo s nástrojem do průměru asi 16 mm. Sloupová vrtača je obdobné, ale masivnější onstruce s delším sloupem, po terém se pohybuje výšově přestavitelný stůl, na nějž lze upnout menší obroby. Větší je třeba upnout na podstavec. Umožňuje upnutí nástrojů do průměru 40 mm. Stojanová vrtača má robustní stojan, po jehož svislém vedení se pohybuje vřetení a stůl. Lze na ní opracovávat otvory do průměru 80 mm. Radiální vrtača má posuvný vřetení po rameni, teré lze otáčet i posouvat po sloupu. Lze ta opracovávat dosti velé obroby upnuté do strojního svěráu nebo do dělicího přístroje na tzv. ostu a nebo ještě větší obroby uložené i mimo ostu. nástroji do průměru až 100 mm. Souřadnicové vrtačy pro opracování přesných otvorů (IT až 5) s dodržením rozteče až na 0,00 mm. Jsou buď dvoustojanové s výšově přestavitelným příčníem, po němž se pohybuje vřetení. Obrobe se upíná na podélně posuvný pracovní stůl. Nebo se vyrábějí s výšově přestavitelným vřeteníem pohybujícím se po stojanu. Rovinný pohyb obrobu v obou osách zajišťuje řížový stůl. Speciální vrtačy - napřílad přenosné vrtačy buď jao ruční nářadí pro lehé montážní práce pro vrtání otvorů do průměru 13 resp. 16 mm anebo přenosné jeřábem s možností upínání magneticými upínami obrobu pro těžé montážní práce napřílad při výrobě lodí. Mezi speciální vrtačy patří taé vícevřetenové a revolverové vrtačy. Všechny výše uvedené druhy se v dnešní době vyrábějí ja v onvenčním provedení, ta i jao CNC řízené. Obr. 8 Stolní vrtačy různá provedení
Obr. 83 Sloupová vrtača Obr. 84 Stojanové vrtačy Obr. 85 Radiální vrtača 0br. 86 Vícevřetenová vrtača 1.1.8 Vodorovné vyvrtávačy jsou nejuniverzálnější obráběcí stroje s řadou přídavných zařízení, což umožňuje realizaci mnoha různých obráběcích operací. Uplatňují se hlavně v malosériové výrobě. Používají se hlavně tyto druhy:
Stolová vyvrtávača - má na pevném stojanu výšově přestavitelný vřetení pro upínání nástrojů. Obroby se upínají na pracovní stůl, terý je podélně a příčně posuvný i otočný olem své svislé osy. Proti vřeteníu je přesuvný pomocný stojan s otočným ložisem, což umožňuje podepření a vedení dlouhých vyvrtávacích tyčí. Desová vyvrtávača - má posuvný stojan, po terém se pohybuje svisle přestavitelný vřetení. Stroj nemá pracovní stůl a obroby se upínají přímo na desu, taže nevyonávají žádný pohyb. Slouží pro obrábění velých obrobů. Jemná vyvrtávača - má jeden nebo více vřeteníů upevněných na loži. Obrobe se upíná na pracovní stůl, terý vyonává posuvný přímočarý pohyb. Používá se rátých tuhých nástrojů, vyvrtávacích tyčí. Na vodorovných vyvrtávačách (horizontách) se jao záladní operace provádí vyvrtávání. Lze na nich vša taé vrtat otvory, provádět jejich zahloubení, dále vyhrubovat, vystružovat, vytvářet zápichy, řezat vnitřní závity, zarovnávat čela, vypichovat drážy do čela a taé frézovat. Pomocí zvláštních přípravů lze obrábět i uželové plochy a taé soustružit vnější válcové plochy. Obr. 87 Stolová horizontální vyvrtávača