Černý HSS-R a lesklý HSS-G: Proč nikdo nechce černé vrtáky?

Vrtáky HSS-R jsou černé barvy – to však neznamená, že jsou automaticky méně kvalitní než jejich krásnější a lesklejší konkurent HSS-G (obr. 1). Špatná pověst černých vrtáků je založena pouze na špatné zkušenosti. V minulých desetiletích totiž byla v postsocialistických zemích hlavním kritériem výběru cena a proto byl trh zahlcen levnými vrtáky. Mnozí řemeslníci si však již uvědomují, že jejich čas je drahý a chtějí pracovat s kvalitními nástroji. Z tohoto důvodu sahají po „lesklém“ vrtáku.

Ale není všechno zlato, co se třpytí - kvalitu na úrovni „zkrouceného hřebíku“ může mít i lesklý vrták. Samotné zbarvení a vzhled nemusí mít s kvalitou nic společného a často se jedná pouze o způsob povrchové úpravy.

O šroubovitých vrtácích můžeme s klidným svědomím říci, že jsou „veterány“ – jejich historie sahá totiž až do 19. století, přesto dodnes patří mezi nejpoužívanější nástroje pro vrtání do kovu.

Jistě, mezi HSS-R a HSS-G jsou rozdíly, i když jejich tepelné zpracování je naprosto identické a mají stejnou (nebo velmi podobnou) rozměrovou škálu.

Běžnými kvalitativními požadavky jsou rychlost vrtání (resp. malá přítlačná síla při vrtání), životnost (dlouhé intervaly ostření po zatupení), houževnatost (odolnost vůči zlomení) a často i univerzálnost použití v souvislosti s vrtáním do různých kovů. Mnohé z nich jsou protichůdné a není snadné je přiměřeně vyvážit.

Obr. 1. Typické provedení vrtáků HSS-R a HSS-G

Pojďme společně prozkoumat, zda má či nemá vrták HSS-G ve všech požadavcích „navrch“ oproti vrtáku HSS-R. Podívejme se ve zkratce na tři podstatné aspekty – na technologii výroby, na surovinu (tedy materiál, ze kterého jsou vyráběny) a na výbrus špičky vrtáku.

Technologie výroby HSS-R a HSS-G: je zásadně odlišná

Písmeno „R“ u vrtáků HSS-R znamená válcovaný (angl. Rolled, něm. Rollgewalzt) – přesněji: funkční část vrtáku se vyrábí válcováním (tvarováním) za tepla. Tento proces je příčinou, proč některé z rozměrů na funkční části vrtáku nemají takovou přesnost jako u vrtáků HSS-G. V průběhu operace tvarování za tepla jsou však vlákna materiálu (suroviny) zhutňována a usměrňována, což se následně projevuje velmi dobrou tuhostí a stabilitou vrtáku při vrtání.

Obr. 2. Vrcholový úhel a úhel sklonu šroubovice vrtáku HSS-R

Jednoduše řečeno – způsob výroby předurčuje tyto vrtáky „do vozu, ne do kočáru“. Pokud je technologický postup dodržen a vstupní surovina je vhodně zvolena, dobře snášejí tvrdé podmínky při vrtání.

Proto jsou vhodné zejména pro vrtání elektrickým ručním nářadím, jsou odolnější vůči zlomení při vzpříčení – ručním vrtáním totiž nezajistíme naprosto kolmé vedení vrtáku do obrobku. Jejich použití ve stojanových vrtačkách je samozřejmě možné.

Typický vrcholový úhel je 118° a vyrábějí se s normálním úhlem sklonu šroubovice (obr. 2), což je nejběžnější sklon a dobře odvádí třísky. Jsou proto velmi dobrou volbou pro širokou škálu vrtacích aplikací.

Pasivování nebo nitridování je obvyklá závěrečná povrchová úprava vrtáků HSS-R. Zlepšuje se tvrdost, odolnost vůči opotřebení, únavovému namáhání i korozi. Právě tato užitečná operace jim dodává typickou tmavě šedou až černou barvu – barvu, kterou nikdo nechce...

Nevýhodou této technologie je menší přesnost otvoru – což ovšem při ručním vrtání málokdy vadí.

Písmeno „G“ u vrtáků HSS-G znamená vybrušovaný (angl. Ground, něm. Geschliffen). Profil vybrušovaných vrtáků je realizován broušením na automatických strojích do předem připraveného, tepelně zpracovaného (kaleného) obrobku. Větší průměry se nejprve frézují. Při broušení povrchu se zároveň dobrušuje i průměr vrtáku, takže co se týče geometrických rozměrů, jsou vrtáky HSS-G mnohem přesnější než vrtáky HSS-R.

Vrtáky HSS-G se vyrábějí s vrcholovým úhlem nejen 118°, ale také 130° či 135°, což umožňuje jejich použití i při vrtání do ocelí vyšších pevností – ovšem jsou-li zároveň vyrobeny ze suroviny dostatečné kvality. Díky této technologii lze vyrábět vrtáky s různým úhlem sklonu šroubovice, i když úhel (25° až 30°) je nejčastější (obr. 3).

Používají se všude tam, kde je nutné precizní vrtání. Podmínkou je, aby vřeteno vrtacího stroje mělo minimální házivost a pokud možno, aby byl strojní – rovnoměrný posuv při vrtání. Jsou obzvlášť vhodné pro použití ve stojanových nebo sloupových vrtačkách. Při ručním vrtání jsou mnohem více náchylné ke zlomení než vrtáky HSS-R, proto je třeba vrtat opatrněji a s větším citem než při HSS-R.

Obr. 3. Vrcholový úhel a úhel sklonu šroubovice vrtáku HSS-G

Vrtáky HSS-G obvykle nemají žádnou povrchovou úpravu. Při takové technologii výroby jsou totiž velmi pěkné a proti korozi se konzervují příslušnými konzervačními prostředky.

Obr. 4. Náběh spirály: hladký (HSS-R) a se stopami po broušení (HSS-G)

I když jsme si zvykli rozlišovat vrtáky HSS-R a HSS-G podle barvy, existují i zde „technologické finty“, pomocí kterých se upraví povrch válcovaného vrtáku do poměrně lesklé podoby. Při pochybnostech jsou nejspolehlivějším znakem při jejich rozlišení stopy po broušení – u vrtáku HSS-R je náběh spirály naprosto hladký a u HSS-G je vidět při dobrém světle stopy po broušení (obr. 4).

Závěr: vrtáky HSS-R jsou houževnatější, méně se lámou, ale HSS-G jsou přesnější. V neposlední řadě je však výhodou vrtáků HSS-R i nižší cena, která je důsledkem ekonomicky efektivnějšího způsobu výroby a finálního opracování – náklady na výrobu oproti HSS-G při použití stejné suroviny jsou nižší o více než 25 %.

Surovina pro vrtáky HSS-R a HSS-G

Někdy se vrtáky HSS-R vyráběly i z nástrojové oceli – dnes jsou všechny vrtáky HSS-R i HSS-G vyráběny z rychlořezné oceli HSS – High Speed Steel. Název vychází z řezné rychlosti, která je 3 až 4krát vyšší než u nástrojové oceli, které je podobná. Nelegovaná nástrojová ocel však již při teplotách 200°C ztrácí tvrdost, proto je pro výrobu vrtáků do kovu nevhodná.

Rychlořezná ocel patří do skupiny vysokolegovaných ocelí. Podstatným prvkem je uhlík, na konečné vlastnosti vrtáku však mají zásadní vliv další legury – nejčastěji wolfram (W), molybden (Mo), chrom (Cr), vanad (V) a kobalt (Co). Jejich vhodnou kombinací lze zachovat vlastnosti vrtáků do 500-600°C, výjimečně do 1000°C a více.

Nejběžnější materiály, ze kterých se vyrábějí šroubovité vrtáky, jsou uvedeny v tab. 1. Pro úplnost jsme zde zahrnuli i materiál M42, ze kterého se vyrábějí vrtáky s 8% příměsí kobaltu a M35, ze kterého se vyrábějí vrtáky HSS-E s obsahem kobaltu 5%.

Tab. 1. Materiály HSS a jejich složení (podle AISI)

Pro výrobu vrtáků HSS-R a HSS-G jsou určeny zejména materiály 4241, 4341 a M2.

Hlavní komponent, který posouvá teplotní odolnost vrtáku do vyšších hodnot je wolfram. Čím je ho víc, tím lépe. Například materiál M2 obsahuje cca 3-krát více wolframu než materiál 4241, proto lépe snáší vyšší teploty a může se jím vrtat s menšími přestávkami. A samozřejmě má i nižší nároky na chlazení při vrtání.

Složení vstupní suroviny je velmi důležité, proto je zarážející, že málokterý výrobce uvádí, z jakého materiálu je vyroben konkrétní vrták do kovu. Většinou při popisech produktů naleznete v dostupných zdrojích pouze frázi „vyrobený z vysoce kvalitní rychlořezné oceli“ – ale jaké má složení a s jakou kvalitou můžete počítat – to najdete jen výjimečně.

Závěr: oba vrtáky jsou z rychlořezné oceli – ta však může mít různé složení. Proto se lehce může stát, že pěkný a lesklý vrták HSS-G je vyroben z HSS oceli nižší kvality. Pokud to není uvedeno v technických listech nebo popisech produktů, nikdy se to nedozvíte. Zeptejte se svých dodavatelů...

Ostření

Vrták HSS-R se vyrábí se standardním ostřením (s kuželovými plochami – podle normy DIN 1412 se nazývá Forma N), které vyhovuje běžným vrtacím podmínkám (obr. 5).

Výhodou je mohutné hlavní ostří, odolné proti rázům a axiálním silám. Následné ostření po zatupení je jednoduché - vrták lze při troše dovednosti ostřit i ručně. Je vhodný pro široký rozsah použití. Nevýhodou je, že široké příčné ostří vyžaduje velkou radiální sílu posuvu při vrtání.

Obr. 5. Standardní ostření s kuželovými plochami: Forma N

Obr. 6. Křížový výbrus podle DIN 1412 Forma C

I vrták HSS-G může mít „pouze“ standardní ostření, ale vyrábí se i s jinými profily ostří. Nejvíce preferovaný je křížový výbrus špičky formy C podle DIN 1412 – nazývaný také „split point“ (obr. 6).

Výhodou je dobré vystředění vrtáku zejména při počátečním navrtávání, jakož i nutnost malé posuvné síly – při vrtání není třeba jak tlačit a je vhodný pro houževnaté a tvrdé materiály, tak pro vrtání hlubokých otvorů. Vybrušování se provádí pouze pro vrtáky průměrů od 3mm, vzácně od 2mm. Takové malé průměry se vybrušují ručně a je to „kus umění“.

Obr. 7. HSS-R a HSS-G – všimněte si tvaru špičky

Nevýhodou křížového výbrusu formy C je, že dokonalého ostření otupělých vrtáků lze dosáhnout pouze strojním zabrušováním. Ručně to dokáže zabrousit málokdo.

Závěr: Vrtáky HSS-R se obvykle vyrábějí se standardním ostřením s kuželovými plochami, které je mohutné, odolné a snadno se opět ostří po zatupení. Vyžaduje však větší přítlak při vrtání.

Vrták HSS-G má často také standardní ostření a proto je mylný názor, že lesklý HSS-G vrták musí mít automaticky křížový výbrus ostří „split point“. Křížový výbrus je technologicky náročnější než standardní, proto jsou vrtáky s takovým výbrusem dražší.

Vrtáky HERMAN HSS-R a HSS-G: který je lepší?

Oba typy našich vrtáků – HSS-R i HSS-G mají totožný vrcholový úhel (118°) i úhel sklonu šroubovice (30°). Jsou určeny pro vrtání do ocelí běžných pevností. Liší se materiálem, ze kterého jsou vyrobeny a ostřením pracovní části.

V našem testu jsme porovnali stejné průměry (2x Ø3,0mm a 2x Ø6,0mm ), vrtali stejnou stolní vrtačkou (příkon 1550W) při stejných otáčkách do stejného obrobku (běžná ocel plochého tvaru) stejným přítlakem.

Vrtáky byly vybrány k testování náhodným způsobem z množiny několika tisíc kusů.

Testovací pracoviště jsme zvolili tak, abyste si námi naměřené výsledky věděli – chcete-li – podobně prověřit i ve svých podmínkách.

Výsledky testu jsou následující:

Vyhodnocení

Z výsledků testování vyplývá několik závěrů, které potvrzují všechna technická vysvětlení tohoto článku. Podstatné jsou však následující:

Ø3,0mm:

HSS-R: jako nový vyvrtal otvor za 7,5s, po 300 otvorech se čas prodloužil cca o 12% na 8,4s. Průměrný čas všech měření provedených vždy po padesáti vrtech byl 7,89s.

HSS-G: jako nový vyvrtal otvor za 4,2s, po 300 otvorech se čas prodloužil cca o 19% na 5,0s. Průměrný čas všech měření provedených vždy po padesáti vrtech byl 4,5s.

Doba vrtání HSS-R byla téměř dvojnásobně delší než doba vrtání vrtákem HSS-G. Zde stojí za zvážení otázka, zda vyvrtání otvoru Ø3,0mm za 8 vteřin je opravdu tak mnoho při ručním vrtání. Pokud bychom zvýšili přítlak z 1,9kg na vyšší hodnotu, vrták HSS-R by vrtal rychleji, ale nemohli bychom zachovat stejné podmínky – vrták HSS-G by zvýšený přítlak při tak malém průměru nevydržel a hrozilo by jeho zlomení. Oba vrtáky však měly po 300 vyvrtaných otvorech pouze nepatrné opotřebení ostří, protože čas vrtání se příliš neprodloužil – rozdíl necelé vteřiny při vrtání na začátku a na konci testu je nepodstatný.

Ø6,0mm:

HSS-R: jako nový vyvrtal otvor za 9,7s, po 300 otvorech se čas prodloužil cca o 77% na 17,2s. Průměrný čas všech měření provedených vždy po padesáti vrtech byl 12,47s.

HSS-G: jako nový vyvrtal otvor za 7,9s, po 300 otvorech se čas prodloužil téměř o dvojnásobek na 15,2s. Průměrný čas všech měření provedených vždy po padesáti vrtech byl 11,01s.

Rozdíl v době vrtání otvoru tímto průměrem nebyl zdaleka tak markantní jako při průměru 3,0mm, což lze vysvětlit poměrně značným přítlakem při vrtání. V tomto případě jsme si to mohli dovolit – průměr 6,0mm je na přítlak i v případě HSS-G mnohem méně citlivý než menší průměry.

Mnohem výraznější ovšem bylo opotřebení obou vrtáků. HSS-G se opotřeboval více než HSS-R, i když v konečném důsledku byl HSS-G stejně rychlejší než HSS-R.

Závěr

Řečeno jednou větou: na kvalitu našich vrtáků do kovu můžeme být právem hrdí! Vždyť každý vyvrtal 300 otvorů a ještě nebyl k zahození – podívejte se na ostří vrtáků Ø6,0mm před a po testování (obr. 8). Na vrtáku HSS-G je vidět přehřátí pracovní části. Přehřál se jistě i HSS-R, ale tam se to „zamaskovalo“ jeho černou barvou. I z toho je vidět, že použití řezného a vrtacího oleje by pomohlo...

Obr. 8. Ostří vrtáků HERMAN HSS-R a HSS-G: nový a po vyvrtání 300 otvorů

Třeba si uvědomit ještě jeden důležitý fakt - dvojnásobný průměr vrtáků znamená, že vyvrtaný objem je cca. 4-násobný (můžete si to ověřit, pokud vypočítáte objem vyvrtaného otvoru) – takže výrazně vyšší opotřebování vrtáku průměru Ø6,0mm oproti Ø3,0mm je jen přirozené.

Praktický test ukázal, že vrtáky HSS-G vrtají rychleji než vrtáky HSS-R, přesto pro ruční vrtání elektrickými ručními nářadími jsou HSS-R vhodnější, protože jsou podstatně odolnější vůči zlomení a vydrží v tomto směru mnohem více než HSS-G.

I jejich životnost – jsou-li vyrobeny z dostatečně kvalitního materiálu – je velmi přijatelná. A nezapomeňme, že cena je poloviční.

Testováním jsme zabezpečili rovné podmínky, avšak pro nejefektivnější vrtání je nutné brát v úvahu i jiné důležité aspekty, např. doporučená řezná rychlost, která souvisí s otáčkami stroje, složení materiálu, do kterého se bude vrtat a pod. Ale to jsou oblasti, kterým se budeme věnovat později.

Klíčová slova: vrtáky, HSS-R, HSS-G, vrtání, rychlořezná ocel, kvalita, odolnost, přesnost

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vystudoval jsem vojenskou školu, obor letecká elektrotechnika. S nářadím a nástroji jsem se naučil pracovat už v dětství s tátou na stavbě rodinného domu. Každý náš nový produkt testuji i osobně - vlastníma rukama ve své dobře vybavené dílně. Ve volném čase se rád proháním na motorce po rumunských horských průsmycích. Kromě toho studuji trendy v oboru a rád si vyzkouším i konkurenční produkty. Nad některými se pousměju, nad některými se divím (že se někdo dal nachytat a koupil to) a některé jsou fakt dobré. Skoro jako naše 😊.