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.)
• v_c - řezná rychlost (m/min)
• f_n - posuv na otáčku (mm/ot.)
• v_f - 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 (v_c ) – 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 (f_n ) – 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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 (v_c ): 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.

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

Mgr. Peter Halaj

Práce ve firmě je mým prvním zaměstnáním a už 20 let nic lepšího neznám. Začínal jsem v montérkách jako technik pro záruční a pozáruční opravy HERMAN nářadí, několik let jsem řídil úsek servisu, pak jsem se zakousl do logistiky, IT, programování a také se zabývám manažmentem kvality. Nabyté zkušenosti uplatňuji v současnosti při neustálém vylepšování a zdokonalování interních procesů a služeb pro zákazníka. Hlavu si rád „pročistím“ při manuální práci ve své dílně nebo v sedle kola hltáním nesčetných kilometrů u nás na Gemeru a okolí.