Optimální otáčky při vrtání
Vrtání je jednou z nejčastějších operací při obrábění různých materiálů, ať už se jedná o kov, dřevo nebo plasty. Úspěšné vrtání není závislé jen na výběru správného vrtáku. Jedním z klíčových faktorů, které vedou k čistému a bezpečnému vrtání jsou správně nastavené otáčky nářadí. Příliš vysoké nebo příliš nízké otáčky mohou vést k různým problémům – poškozené vrtáky a obrobky a zbytečně komplikovaný proces vrtání.
Vynecháme však vrtání do stavebních materiálů typu beton, cihla, pórobeton apod., protože zde je třeba brát v úvahu i příklep - kde, jaký a zda vůbec. A to už je mimo rozsah tohoto článku...
Parametry vrtání
- n - počet otáček za minutu (ot./min.)
- vc - řezná rychlost (m/min)
- fn - posuv na otáčku (mm/ot.)
- vf - rychlost posuvu (mm/min.)
- D - průměr vrtáku (mm)
Obr. 1. Parametry vrtání
Otáčky za minutu (RPM) – udávají, kolikrát se vrták otočí kolem své osy za jednu minutu. Tento parametr je rozhodující při vrtání, neboť ovlivňuje rychlost vrtání a celkovou efektivnost procesu.
Vzorec ukazuje, že čím větší je průměr vrtáku, tím nižší otáčky jsou potřebné k dosažení stejné řezné rychlosti. Naopak menší vrtáky potřebují vyšší otáčky, aby dosáhly požadované rychlosti řezání. Počet otáček přímo ovlivňuje řeznou rychlost, efektivitu vrtání a kvalitu výsledného otvoru.
Při volbě otáček pro konkrétní operaci je třeba zohlednit několik faktorů:
- Průměr vrtáku: čím je větší průměr vrtáku, tím nižší otáčky jsou potřebné. Vrtáky menšího průměru tedy budou pracovat při vyšších otáčkách.
- Obrobek: měkké materiály, jako dřevo, vyžadují vyšší otáčky. Naopak, při vrtání do tvrdých materiálů, jako kov nebo beton, se volí nižší otáčky, aby se zabránilo přehřívání a poškození nástroje.
- Tepelné vlastnosti materiálu: materiály, které se rychle zahřívají (některé druhy plastů nebo tenké kovy), vyžadují nižší otáčky a častější chlazení, aby se zabránilo deformaci nebo poškození materiálu.
Správná regulace otáček je důležitá i proto, že ovlivňuje rychlost pohybu vrtáku v materiálu. Příliš nízké otáčky mohou způsobit, že vrták se zasekne nebo nevyřízne čistý otvor, zatímco příliš vysoké otáčky mohou vést k přehřívání a poškození vrtáku nebo materiálu.
Tip: Pokud budeme vrtat nižšími než optimálními otáčkami, pokazíme méně, než v opačném případě.
Řezná rychlost (vc ) – je obvodová rychlost řezné hrany vrtáku. Jedná se o rychlost, kterou se řezná hrana pohybuje po dráze na vnější straně vrtáku během jeho otáčení. Tento pohyb se děje v místě kontaktu mezi vrtákem a materiálem. Měří se v metrech za minutu (m/min.), je násobkem otáček nástroje a průměru vrtáku a vyjadřuje se vzorcem:
V praxi jsou tabulky řezných rychlostí často uváděny v technické dokumentaci nástrojů. Řezná rychlost je velmi důležitý parametr, neboť ovlivňuje kvalitu vrtání. Různé materiály vyžadují různou řeznou rychlost – například u kovů se používají nižší řezné rychlosti než u měkkých materiálů, jako je dřevo.
Obr. 2. Různé typy spirálových vrtáků HSS
Pro vrtání do kovových obrobků se používají vrtáky HSS (obr. 2). Již z názvu základní suroviny (HSS = High Speed Steel = rychlořezná ocel) vyplývá, že vyžadují vyšší řeznou rychlost. I tyto vrtáky se však liší složením a jejich konečné vlastnosti ovlivňují různé příměsi – legúry.
Posuv na otáčku (fn ) – jde o posuv ve směru osy otáčení nástroje a označuje vzdálenost, kterou vrták postoupí do obrobku za jednu otáčku. Tento parametr je dalším z klíčových faktorů, který ovlivňuje účinnost vrtání, kvalitu povrchu otvoru a životnost nástroje. Jeho nastavení závisí na vrtaném materiálu, na velikosti vrtáku a na požadované kvalitě povrchu.
Správný posuv na otáčku má zásadní význam při prevenci opotřebování vrtáku a zajištění dobrého odvodu třísek.
Vliv posuvu na kvalitu vrtání:
- Příliš malý posuv: může vést k nadměrnému tření, což způsobuje přehřívání vrtáku, sníženou rychlost vrtání a může vést k otupení nástroje.
- Příliš velký posuv: zvyšuje tlak na vrták, což může mít za následek jeho zlomení nebo příliš rychlý úběr materiálu, čímž se sníží kvalita povrchu otvoru.
Doporučené hodnoty posuvu:
- Kov: posuv na otáčku pro ocel a tvrdší materiály se pohybuje v rozmezí 0,1 až 0,2mm/ot., v závislosti na velikosti vrtáku a tvrdosti materiálu.
- Dřevo: posuv může být vyšší, zvláště pokud je dřevo měkčí, například až do 0,4mm/ot.
- Plasty: plasty vyžadují citlivé nastavení posuvu, aby se zabránilo jejich roztavení – obvykle kolem 0,1 až 0,2mm/ot.
Vrtání do kovu
Vrtání do kovu je jedním z nejnáročnějších úkolů, neboť kovové materiály mají vysokou hustotu a tvrdost. Pokud vrták pracuje při příliš vysokých otáčkách, dochází k jeho přehřívání a rychlému otupení.
Nelegovaná ocel:
- Vlastnosti: ocel s nízkým obsahem legovacích prvků
- Příklady: stavební ocel (S235), uhlíková ocel
- Řezná rychlost (vc ): 20–30m/min.
- o Při větších průměrech vrtáků snižte otáčky, abyste předešli přehřívání nástroje
- Vhodný vrták: HERMAN DM-10 (obr. 3)
Obr. 3. Sada vrtáků do kovu DIN 338 HERMAN QDM-10 HSS-R
Obr. 4. Vrták do kovu DIN 338 HERMAN DM-20 HSS-G
Legovaná ocel:
- Vlastnosti: ocel s přídavkem legovacích prvků, jako jsou chrom, nikl nebo molybden, které zvyšují její tvrdost a odolnost
- Příklady: nástrojová ocel, konstrukční oceli (42CrMo4)
- Řezná rychlost (vc ): 12–25m/min.
- Legované oceli jsou tvrdší, což vyžaduje nižší otáčky a dostatečné chlazení během vrtání
- Vhodný vrták: HERMAN DM-20 HSS-G (obr. 4)
Nerezová ocel:
- Vlastnosti: ocel s přídavkem chromu, která je odolná vůči korozi, ale těžko se opracovává
- Příklady: austenitická nerezová ocel (AISI 304)
- Řezná rychlost (vc ): 6–12m/min.
- Při vrtání nerezové oceli používejte dostatečné množství chladicí kapaliny, aby se předešlo přehřátí vrtáku a materiálu
- Vhodný vrták: HERMAN QDM-40 HSS-E Co 5% (obr. 5)
Obr. 5. Sada vrtáků do kovu DIN 338 HERMAN QDM-40
Obr. 6. Vrták do kovu HERMAN DM-30 HSS-G TiN
Hliník a lehké kovy:
- Vlastnosti: měkké a snadno zpracovatelné materiály s dobrou tepelnou vodivostí
- Příklady: hliníkové slitiny (AW-6061), dural
- Řezná rychlost (vc ): 35–120m/min.
- Při vrtání hliníku a lehkých kovů používejte vyšší otáčky a pravidelně odstraňujte třísky
Měděné a bronzové slitiny:
- Vlastnosti: měkké kovy, ale s vysokou vodivostí a odolností vůči korozi
- Příklady: měď (Cu), bronz
- Řezná rychlost (vc ): 20–60m/min.
- Při vrtání mědi a bronzu je důležité mazání, aby se předešlo přehřívání a zanášení vrtáku
- Vhodný vrták: HERMAN DM-30 HSS-G TiN (obr. 6)
Vrtání do dřeva
Dřevo je materiál, který umožňuje používat vyšší otáčky, ale je důležité rozlišovat mezi různými druhy dřeva.
Měkké dřevo:
- Vlastnosti: lehce opracovatelné dřevo s nižší hustotou
- Příklady: borovice, smrk, jedle
- Řezná rychlost (vc ): 15–30m/min.
- Při vrtání měkkého dřeva můžete používat vyšší otáčky, snažte se však nepřehřívat vrták a pravidelně odstraňujte třísky
- Vhodný vrták: HERMAN QDW-10 (obr. 7)
Obr. 7. Sada vrtáků do dřeva HERMAN QDW-10
Obr. 8. Vrták do dřeva HERMAN DW-11 HSS M2
Tvrdé dřevo:
- Vlastnosti: husté a odolné dřevo, které vyžaduje větší přesnost a trpělivost při vrtání
- Příklady: dub, buk, ořech
- Řezná rychlost (vc ): 10–20m/min.
- Tvrdé dřevo vyžaduje nižší otáčky a pomalejší posuv, aby se předešlo praskání dřeva nebo znehodnocení otvoru
- Vhodný vrták: HERMAN DW-11 HSS M2 (obr. 8)
Vrtání do plastů
Plasty jsou měkké a tepelně citlivé materiály, což znamená, že při vrtání se mohou zahřívat a deformovat.
Měkké plasty:
- Vlastnosti: pružné plasty, které jsou náchylné k deformacím při vysokém teple
- Příklady: polyethylen (PE), polypropylen (PP)
- Řezná rychlost (vc ): 10–15m/min.
- U měkkých plastů používejte nižší otáčky a ostré vrtáky, abyste předešli roztavení a přilepování plastu na vrták
- Vhodný vrták: HERMAN DM-31 HSS-G TiN (obr. 9)
Tvrdé plasty:
- Vlastnosti: plasty s vysokou tuhostí a odolností proti nárazům
- Příklady: PVC, akrylát (plexisklo), polykarbonát
- Řezná rychlost (vc ): 10–35m/min.
- Při vrtání tvrdých plastů je důležité používat nízké otáčky a zajistit chlazení, aby se materiál neroztavil
- Vhodný vrták: HERMAN DM-31 HSS-G TiN (obr. 9)
Obr. 9. Frézovací vrták HERMAN DM-31 HSS-G TiN
Tip: při vrtání plastů používejte podložku, abyste zabránili praskání materiálu při výstupu vrtáku z obrobku.
Vrtání keramiky a skla
Při práci s křehkými materiály, jako je keramický obklad a sklo, je nezbytné pracovat při velmi nízkých otáčkách a samozřejmě bez příklepu.
Keramika a porcelán:
- Vlastnosti: tvrdé, ale křehké povrchy, které mohou při nesprávném vrtání praskat
- Příklady: koupelnové a kuchyňské dlaždice, porcelánové dlaždice
- Řezná rychlost (vc ): 10–20m/min.
- Před vrtáním začněte s nízkými otáčkami a bez přílišného tlaku, aby se dlaždice nepoškodila. Na začátku vrtání můžete použít lepicí pásku na povrch, aby se vrták nesklouzl
Obr. 10. Sada čtyřbřitých TCT vrtáků HERMAN QDC-61
Sklo:
- Vlastnosti: extrémně křehký materiál, který se při nadměrném tlaku nebo nesprávné technice může snadno rozbít
- Příklady: okenní sklo, tvrzené sklo, skleněné vitríny
- Řezná rychlost (vc ): 4–10m/min.
- Při vrtání skla používejte vrtáky s diamantovým hrotem a začínejte s nejnižšími otáčkami. Pro lepší výsledek doporučujeme chlazení vodou, aby se předešlo praskání materiálu
- Vhodný vrták: HERMAN QDC-61 Glass (obr. 10)
Čísla v tabulce udávají vypočtené otáčky při dodržení doporučené řezné rychlosti vzhledem k příslušnému průměru vrtáku.
Materiál | Doporučená řezná rychlost vc [m/min] | Průměr vrtáku D [mm] / doporučené otáčky | |||||
2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | ||
Nelegovaná ocel (S235) | 20 | 3185 | 1592 | 1062 | 796 | 637 | 531 |
Legovaná ocel (42CrMo4) | 12 | 1911 | 955 | 637 | 478 | 382 | 318 |
Nerezová ocel (AISI304) | 6 | 955 | 478 | 318 | 239 | 191 | 159 |
Hliníkové slitiny (AW-6061) | 35 | 5573 | 2787 | 1858 | 1393 | 1115 | 929 |
Bronz | 20 | 3185 | 1592 | 1062 | 796 | 637 | 531 |
Měkké dřevo (Smrk) | 15 | 2389 | 1194 | 796 | 597 | 478 | 398 |
Tvrdé dřevo (Dub) | 10 | 1592 | 796 | 531 | 398 | 318 | 265 |
Měkké plasty (PE) | 10 | 1592 | 796 | 531 | 398 | 318 | 265 |
Tvrdé plasty (PVC) | 10 | 1592 | 796 | 531 | 398 | 318 | 265 |
Keramika | 10 | 1592 | 796 | 531 | 398 | 318 | 265 |
Sklo | 4 | 637 | 318 | 212 | 159 | 127 | 106 |
Tab. 1. Tabulka s doporučenými otáčkami vrtání do různých materiálů
Závěr
Správná volba otáček vrtáku a výběr vhodného nástroje jsou klíčové pro úspěšné a bezpečné vrtání do různých materiálů. Používání optimálních otáček nejen zlepšuje kvalitu otvorů, ale také prodlužuje životnost nástrojů a minimalizuje riziko poškození materiálu. Při vrtání do tvrdých materiálů je nutné používat maziva, jako je chladicí kapalina nebo řezné oleje. Tyto látky pomáhají snižovat tření a teplotu, čímž zabraňují přehřívání vrtáku a prodlužují jeho životnost.
Díky těmto doporučením se můžete pustit do každého vrtacího projektu s jistotou, že dosáhnete čistých, přesných otvorů a minimalizujete riziko poškození vrtáku nebo materiálu.
Klíčová slova: vrtání, otáčky vrtáku, řezná rychlost, vrtání do kovu, vrtání do dřeva, optimalizace vrtání, HSS vrtáky, řezný olej
Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
https://cprp.sti-beziers.fr/wp-content/uploads/2020/08/COURS-SANDVIK-FORMULES.pdf
Josef –
Velice dobře napsaný článek plný nových užitečných informací
Renáta Sliwková –
Dozvěděli jsme se mnoho přínosných informací.