Inovace nástrojů pro hluboké vrtání

Článek navazuje na dosud uvedené informace v předchozích číslech tohoto časopisu o různých nových nástrojích souboru 3P SUMO LINE a jejich modernizaci v rámci inovační SUMO kampaně. V široké zájmové oblasti inovace obrábění zaujímá vrtání hlubokých otvorů významné místo s rozsáhlou aplikací, a proto bude další pozornost zaměřena na dosažené výsledky a současnou úroveň nových nástrojů pro toto použití. CHAMGUN V rámci komplexního přístupu k řešení inovace vrtání s realizovanou obnovou, rozšířením a náhradou dosavadních DRDRILL nástrojů zdokonalenými DRTWIST vrtáky firma ISCAR též vyvinula a pro použití při vrtání hlubokých otvorů nabízí unikátní nástroj s vyměnitelnou dělovou hlavicí nazvaný CHAMGUN, schopný pracovat až do délky 30D. Jak vyplývá z klasického označení nástrojů pro vrtání hlubokých otvorů – „dělové vrtáky“ – byly původně vyvinuty pro výrobu zbraní. V průběhu doby se jejich použití rozšířilo na řadu odvětví kovozpracujícího průmyslu včetně leteckého, automobilového, zbrojního, obráběcích strojů, forem, zápustek, hydrauliky a dalších. Výrazný nárůst rozmanitých aplikací těchto nástrojů ve strojírenství a potřeba zabezpečení produktivní výroby touto technologií byly hlavním důvodem i zde úspěšného využití inovace odstraňující ztrátové seřizovací časy – použité již dříve u velmi úspěšné řady CHAMDRILL. Nově vyvinutý vrták s výměnnou hlavicí pro vrtání hlubokých otvorů CHAMGUN umožňuje výměnu hlavice přímo při upnutí na stroji, bez potřeby vyjímání celého vrtáku ze stroje při indexaci nástroje. Úspora času potřebného pro nastavení se výrazně podílí na nárůstu celkové produktivity. Trvanlivost materiálu hlavic a následná možnost jejich přebrušování znásobuje jejich životnost, takže nástroj CHAMGUN lze považovat v současnosti za unikátní ekonomické řešení pro hluboké vrtání. Na obr. 1 je zobrazena výměna vrtací hlavice tohoto nástroje přímo na stroji, bez potřeby vyjímání tělesa vrtáku ze stroje. Pro nasazování a vyjímání vrtací hlavice je k dispozici rozměrový soubor polyamidových klíčů přiřazených příslušnému rozsahu průměrů hlavic. Lůžko vrtací hlavice má minimální životnost 15 výměn hlavice. Připojení lůžka k tělesu nástroje je provedeno speciální metodou svařování, která zabezpečuje přenos vysokých krouticích momentů. Vrták CHAMGUN s přivařeným lůžkem a upnutou výměnnou vrtací hlavicí je na obr. 2: Vrtací hlavice – nesoucí označení GDI - jsou k dispozici v rozdílných průměrech, typech a profilech dle konkrétního rozměrového a jakostního požadavku. Do jediného tělesa nástroje s univerzálním lůžkem lze upnout rozdílné hlavice, limitující je pouze rozsah diference jejich průměrů 0,2 - 0,3 mm pro daný rozměr lůžka. Celkový rozsah průměrů kompletního souboru vrtacích hlavic nástroje CHAMGUN je 9,8 – 20,2 mm. Jako standard se dodávají průměry hlavic odstupňované po 0,5 mm v celých a půlových hodnotách – viz obr. 3: Běžně jsou k dispozici dva typy vrtacích hlavic konstruovaných pro optimální podmínky obrábění při vrtání různých materiálových skupin. Pro použití na uhlíkové a slitinové oceli, litiny a neželezné materiály (ISO P, K, N) je vhodný typ s řeznou geometrií P, pro nerez oceli a vysokoteplotní slitiny (ISO M, S) je určena geometrie M. Standardní jakost karbidu je nepovlakovaný submikronový druh IC08. Jako další volitelná jakost řezného materiálu je povlakovaný TiAlN IC908, pouze však pro geometrii P. Výše zmíněná možnost přebrušování výměnných vrtacích hlavic GDI významně zvyšuje jejich životnost a celkovou hospodárnost obrábění vrtáky CHAMGUN. Pro přebrušování hlavic je k dispozici soubor rozměrově příslušných přebrušovacích držáků GDT…-RGH umožňujících minimálně desetinásobné přebroušení jejích řezných břitů. Hlavice je v držáku upevněna upínacím šroubem, což zabezpečuje vysokou tuhost a přesnost upnutí. Při každém přebroušení se celková délka hlavice zkrátí přibližně o 0,4 mm. Při standardním přeostřování břitů hlavic v celém rozsahu vyráběných průměrů je vhodné dodržovat stanovené optimální velikosti řezných úhlů, pro speciální či semi-standardní nástroje nabídne naše firma řezné geometrie optimálně přizpůsobené dané aplikaci. Při objedn ávce přebrušovacích držáků je nutno se řídit přiřazeným rozsahem průměrů hlavic k jedné velikosti držáku. Provozní připomínky Nástroje pro vrtání hlubokých otvorů nejsou samostředicí a jejich radiální stabilita je nízká (s přihlédnutím k poměru průměru a délky nástroje). Použití vodicích pouzder je proto nezbytným prvkem operace dělového vrtání zabezpečujícím správné nasměrování nástroje při vnikání do materiálu. Průměr pouzdra je o cca 20 mikronů větší než průměr nástroje. Specializované stroje pro hluboké vrtání jsou vybaveny souborem potřebných vrtacích pouzder. Výsledná geometrická i povrchová kvalita zhotoveného hlubokého otvoru závisí na dodržení řady faktorů, jako je např. předvrtání dostatečně hlubokého středicího otvoru (min. 2xD) celokarbidovým centrážním vrtákem pro zavedení vlastního dělového vrtáku, vhodně volený směr otáčení nástroje či obrobku, dodržení maximálně přípustného přesazení středových os vrtacího pouzdra a rotujícího obrobku (max. 0.02mm), dodržení předepsaných úhlů při přeostřování břitů hlavice, jakost, koncentrace a tlak chladicí a mazací kapaliny, její optimální teplota, dokonalá filtrace a další. Vedle uvedených nezbytných opatření je výsledný kvalitativní efekt hlubokého vrtání závislý ještě na dalších, mnohdy těžko ovlivnitelných podmínkách. Jde např. o poměr průměru a hloubky vrtaného otvoru, typ obrábění, nabídku řezných podmínek, technický stav obráběcího stroje, kvalitu a homogennost materiálu obrobku, stabilitu upnutí dělového vrtáku apod. Předpokládá se, že dle možnosti dodržení požadovaných podmínek lze dosáhnout tolerance vrtaných otvorů IT7-IT9 a kvalitu obrobeného povrchu v rozsahu 0,4-1,6 Ra. Charakteristické rysy vrtáku CHAMGUN: l Úspora času pro seřizování při výměně hlavice l Výběr typů utvářečů a jakostí karbidů l Standardní profily koncovek l Dosažitelná tolerance vrtaného otvoru IT7-IT9 l Dosažitelná drsnost obrobeného povrchu otvoru 0,4-1,6 Ra l Dokonalejší soustřednost a přímost otvoru oproti použití pájeného vrtáku l Omezení dokončovacích převrtávacích operací l Vysoká přesnost rovnoběžnosti vrtaných otvorů l Možnost minimálně 15násobné výměny hlavice v lůžku l Možnost minimálně 10násobného přebroušení hlavice při zachování stejné opakovatelnosti SOLIDDRI LL Inovační SUMO kampaň věnovaná hlubokému vrtání zahrnuje i monolitní karbidové nástroje pro hluboké otvory. Tyto celokarbidové vrtáky zařazené svým charakterem do rozsáhlého souboru vyráběných monolitních vrtáků různých délek, průměrů, přípustných hloubek vrtání, systémů chlazení, počtu břitů, různých geometrií břitu v návaznosti na materiálové aplikace, systémů chlazení a dalších rozlišujících rysů se vyznačují především vysokým poměrem činné délky vrtání k průměru nástroje (L/D) a vnitřním chlazením. Firma ISCAR přichází nyní na trh s novou řadou prodloužených celokarbidových vrtáků v rozsahu průměrů 5 – 10 mm a délkách až do 22xD. Na obr. 4 je popisovaný nástroj zobrazen. Nástroje vynikají především nízkými výslednými řeznými silami, dokonalým odvodem třísek a přívodem chlazení středem nástroje. Nástroj je uzpůsoben pro aplikaci hospodárné metody M.Q.L. (Minimum Quantity Liquid) pracující s minimálním objemem chladicí kapaliny. Ta však přesto dostatečně chrání břit, promazává obráběné plochy a usnadňuje odchod třísek ven z otvoru podél šroubovité drážky. Tato vysoce ekonomická metoda je navíc šetrná k životnímu prostředí. Vrtáky jsou vyrobeny z nástrojového karbidu IC908, což je houževnatý submikronový substrát s TiAlN PVD povlakem. Vyznačují se především houževnatostí a vysokou odolností proti otěru. Vedle monolitních karbidových nástrojů pro běžné vrtací aplikace ozn. SCDACP20, s vnitřním chlazením a poměrem L/D 20 jsou dále k dispozici obdobné monolitní nástroje pro automobilový průmysl ozn. SCD-ACP-CS s rozsahem poměru L/D 20-22. Oba typy nástrojů mají geometrii břitu uzpůsobenou pro obrábění oceli. Vedle běžných vrtacích operací se uplatňují v automobilovém průmyslu při vrtání mazacích otvorů klikových hřídelů, bloků motorů, čepů atd. Velká oblast použití těchto nástrojů je též např. při výrobě zápustek a forem nebo při výrobě dílů obráběcích strojů. Pro úspěšné dosažení požadované kvality i hospodárnosti hlubokého vrtání popisovanými monolitními nástroji je vhodné dodržovat doporučený technologický postup a řezné podmínky přiřazené jednotlivým materiálovým skupinám obrobků.