Vrtáky z celokovového karbidu: Komplexní průvodce

Technické informace

Složení materiálu

Vrtáky z celokarbidového materiálu se vyrábějí převážně z karbidu wolframu, sloučeniny proslulé svou extrémní tvrdostí a odolností proti opotřebení. Karbid wolframu se kombinuje s pojivem, obvykle kobaltem, v různých procentech. Obsah kobaltu se může pohybovat od 3 % do 15 %, přičemž nižší procenta kobaltu vedou k tvrdším, ale křehčím vrtákům, zatímco vyšší obsah kobaltu nabízí větší houževnatost na úkor určité tvrdosti. Toto jedinečné složení dává vrtákům z celokarbidového materiálu schopnost odolávat vysokým teplotám a extrémním řezným silám.

Technologie nátěrů

1. Povlak z nitridu titanu a hliníku (TiAlN): Toto je oblíbený povlak pro vrtáky z monolitního karbidu. Povlaky TiAlN nabízejí vysokou odolnost proti opotřebení a nižší tření. Při vrtání materiálů, jako je ocel a litina, odolává povlak TiAlN zvýšeným teplotám, což umožňuje vyšší řezné posuvy a rychlosti. Zlepšuje také kvalitu otvoru z hlediska kruhovitosti, přímosti a drsnosti povrchu. Například při univerzálním vrtání do oceli a litiny poskytují vrtáky z monolitního karbidu s povlakem TiAlN a úhlem špičky 140° dobré centrování a nízký axiální tlak a jejich vlnité břity přispívají ke stabilnímu točivému momentu a dlouhé životnosti nástroje.

2. Povlak Diamond – Like Carbon (DLC): Vrtáky z celokarbidového materiálu s povlakem DLC, speciálně navržené pro vysoce výkonné vrtání hliníku a hliníkových slitin, jsou extrémně tvrdé s velmi nízkým koeficientem tření. Povlak má vynikající adhezní odolnost. Tvar a geometrie drážek těchto vrtáků jsou optimalizovány pro maximální odvod třísek, s leštěnými drážkami pro lepší kontrolu a odvádění třísek. Optimalizované ztenčení hrotu zabraňuje ucpávání v důsledku svařování třísek a hladký povrch zabraňuje tvorbě nárůstku na hraně, což umožňuje vysokorychlostní vrtání hliníku s vynikající kvalitou otvoru.

3. Povlak z nitridu hlinitého chromu (AlCrN): Vrtáky z celokarbidového karbidu s povlakem AlCrN jsou určeny pro aplikace s vysokým posuvem v oceli a litině. Povlak zvyšuje odolnost proti opotřebení a snižuje tření. Tyto vrtáky se často vyznačují unikátní tříbřitou konstrukcí, která nabízí vyšší rychlosti posuvu ve srovnání s konvenčními dvoubřitými vrtáky, což dále zlepšuje kvalitu otvoru. Úhel špičky 140° zajišťuje dobré centrování a nízký axiální tlak a pokročilá konstrukce se širokými drážkami umožňuje lepší odvod třísek a delší životnost nástroje.

Geometrické a konstrukční prvky​

1. Úhel špičky: Běžný úhel špičky pro vrtáky z tvrdokovu je 140°. Tento úhel zajišťuje dobré vystředění na začátku vrtání a snižuje pravděpodobnost, že se vrták „vychýlí“ nebo vychýlí z osy. Pomáhá také snížit přítlačnou sílu potřebnou během vrtání, což je výhodné při práci s tvrdými materiály.

2. Tvar drážky: Tvar drážky u monolitních karbidových vrtáků je pečlivě optimalizován. Například u vrtáků určených pro všeobecné vrtání do oceli a litiny je tvar drážky optimalizován pro pevnost a plynulý odvod třísek. U vrtáků do hliníku jsou drážky leštěny pro zlepšení kontroly a odvodu třísek. Počet drážek se také může lišit; některé vrtáky s vysokým posuvem mají třídrážkovou konstrukci pro zvýšení posuvu a zlepšení odvodu třísek.

3. Ztenčení špičky vrtáku o poloměr: Tato konstrukční vlastnost zlepšuje schopnost samostředění vrtáku a zvyšuje jeho schopnost lámat třísky. Ztenčením špičky vrtáku o poloměr se vrták snadněji proniká do obrobku a láme třísky na menší, lépe ovladatelné kousky, čímž se zabraňuje ucpávání třísek a zlepšuje se celkový proces vrtání.

Aplikace​

Letecký průmysl

1. Vrtání do titanových slitin: Titanové slitiny se v leteckém průmyslu široce používají díky svému vysokému poměru pevnosti k hmotnosti. Pro vrtání do těchto slitin jsou ideální volbou vrtáky z celokarbidového materiálu. Jejich vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení jim umožňují prořezávat houževnatý titanový materiál a zároveň zachovat přesnost. Například při vrtání otvorů pro spojovací prvky v rámech letadel vyrobených z titanových slitin mohou vrtáky z celokarbidového materiálu dosáhnout požadovaných přesných tolerancí, což zajišťuje strukturální integritu letadla.

2. Obrábění hliníkových součástí: Hliník je dalším běžně používaným materiálem v leteckém průmyslu, zejména v křídlech a trupech letadel. Vrtáky z celokarbidového materiálu s povlakem DLC jsou ideální pro vrtání do hliníku. Dokážou dosáhnout vysokorychlostního vrtání, což je klíčové pro hromadnou výrobu součástí. Vynikající kvalita otvorů, kterou tyto vrtáky poskytují, zajišťuje, že součásti do sebe během montáže dokonale zapadají.

Automobilový průmysl

1. Vrtání do bloků motorů: Bloky motorů se obvykle vyrábějí z litiny nebo hliníkových slitin. Vrtáky z celokarbidového materiálu se používají k vrtání otvorů pro součásti motoru, jako jsou písty, ventily a olejové kanály. Jejich schopnost odolávat vysokým řezným silám a zachovat přesnost je nezbytná pro zajištění správné funkce motoru. Například při vrtání olejových kanálů v litinových blocích motorů umožňuje odolnost vrtáků z celokarbidového materiálu vůči vysokým teplotám efektivní vrtání bez předčasného opotřebení.

2. Výroba dílů převodovky: Díly převodovky, často vyrobené z kalené oceli, vyžadují přesné vrtání pro hřídele ozubených kol a další součásti. Vrtáky z celokarbidového vlákna dokáží prořezat kalenou ocel a dosáhnout požadovaných tolerancí otvorů pro plynulý chod převodovky. Jejich dlouhá životnost nástroje také snižuje prostoje ve výrobě, což je činí nákladově efektivními pro velkoobjemovou výrobu automobilů.

Výroba zdravotnických prostředků

1. Vrtání chirurgických nástrojů do nerezové oceli: Chirurgické nástroje se běžně vyrábějí z nerezové oceli. K vrtání otvorů v těchto nástrojích pro prvky, jako jsou panty a upevňovací body, se používají vrtáky z celokarbidového materiálu. Vysoká přesnost a vynikající povrchová úprava, kterou vrtáky z celokarbidového materiálu poskytují, jsou při výrobě zdravotnických prostředků klíčové, protože jakékoli nedokonalosti by mohly ovlivnit výkon a bezpečnost nástrojů.

2. Obrábění titanových implantátů: Titanové implantáty, jako jsou náhrady kyčelního a kolenního kloubu, vyžadují extrémně přesné vrtání, aby bylo zajištěno správné usazení a integrace s tělem pacienta. Vrtáky z celokarbidového materiálu splňují tyto přísné požadavky a umožňují vytváření otvorů s přesnými tolerancemi a hladkými povrchy, které jsou nezbytné pro úspěšné zavedení implantátu.

Výhody

Vysoká odolnost proti opotřebení

Wolframkarbidové složení vrtáků z monolitního karbidu jim dodává výjimečnou odolnost proti opotřebení. Ve srovnání s tradičními vrtáky z rychlořezné oceli mohou vrtáky z monolitního karbidu vydržet při vrtání do tvrdých materiálů výrazně déle. To znamená méně výměn nástrojů během výroby, což vede ke zvýšení produktivity. Například v kovoobráběcím závodě, který vrtá velké množství dílů z nerezové oceli, může použití vrtáků z monolitního karbidu snížit frekvenci výměny nástrojů z jednou za několik hodin na jednou za několik dní, v závislosti na objemu vrtání.

Vynikající přesnost

Vrtáky z celokarbidového materiálu mohou dosáhnout extrémně přesných tolerancí otvorů, často v řádu několika mikronů. Tato přesnost je klíčová v aplikacích, kde je nezbytné přesné umístění a velikost otvoru, jako například při výrobě elektronických součástek a vysoce přesných mechanických dílů. Stabilní řezný výkon vrtáků z celokarbidového materiálu díky jejich pevné konstrukci a optimalizované geometrii zajišťuje, že vyvrtané otvory jsou konzistentně kulaté a rovné.

Schopnost vrtat tvrdé materiály

Jak již bylo zmíněno, vrtáky z monolitního karbidu dokáží prořezávat širokou škálu tvrdých materiálů, včetně kalené oceli, titanových slitin a žáruvzdorných slitin. Díky tomu jsou nepostradatelné v odvětvích, kde se tyto materiály běžně používají. Naproti tomu vrtáky z rychlořezné oceli se při vrtání těchto tvrdých materiálů mohou potýkat s problémy nebo se dokonce zlomit, což zdůrazňuje nadřazenost vrtáků z monolitního karbidu v těchto aplikacích.

Vyšší řezné rychlosti a posuvy

Díky povlakům odolným vůči vysokým teplotám a opotřebení mohou monolitní karbidové vrtáky pracovat s vyššími řeznými rychlostmi a posuvy ve srovnání s jinými typy vrtáků. To má za následek kratší dobu vrtání, což je významná výhoda ve velkoobjemové výrobě. Například v závodě na výrobu automobilových dílů může použití monolitních karbidových vrtáků zkrátit dobu potřebnou k vrtání série otvorů pro blok motoru až o 50 % ve srovnání s použitím tradičních vrtáků, což vede ke zvýšení výrobního výkonu.

Závěrem lze říci, že vrtáky z monolitního karbidu jsou vysoce všestranným a efektivním nástrojem ve světě obrábění a vrtání. Jejich pokročilé technické vlastnosti, široká škála použití a četné výhody z nich činí preferovanou volbu pro odvětví, která vyžadují vysoce kvalitní a přesné vrtací operace. Ať už se jedná o letecký, automobilový nebo zdravotnický průmysl, vrtáky z monolitního karbidu i nadále hrají zásadní roli v podpoře inovací a zlepšování výrobních procesů.