Čierny HSS-R a lesklý HSS-G: Prečo nikto nechce čierne vrtáky?

Vrtáky HSS-R sú čiernej farby – to však neznamená, že sú automaticky menej kvalitné ako ich krajší a lesklejší konkurent HSS-G (obr. 1). Zlá povesť čiernych vrtákov je založená iba na zlej skúsenosti. V minulých desaťročiach totiž bola v postsocialistických krajinách hlavným kritériom výberu cena a preto bol trh zahltený lacnými vrtákmi. Mnohí remeselníci si však už uvedomujú, že ich čas je drahý a chcú pracovať s kvalitnými nástrojmi. Z tohto dôvodu siahajú po „lesklom“ vrtáku.

Ale nie je všetko zlato, čo sa blyští - kvalitu na úrovni „skrúteného klinca“ môže mať aj lesklý vrták. Samotné sfarbenie a vzhľad nemusí mať s kvalitou nič spoločné a často sa jedná iba o spôsob povrchovej úpravy.

O skrutkovitých vrtákoch môžeme s kľudným svedomím povedať, že sú „veteránmi“ – ich história siaha totiž až do 19. storočia, napriek tomu dodnes patria medzi najpoužívanejšie nástroje na vŕtanie do kovu.

Iste, medzi HSS-R a HSS-G sú rozdiely, aj keď ich tepelné spracovanie je úplne identické a majú rovnakú (alebo veľmi podobnú) rozmerovú škálu.

Bežnými kvalitatívnymi požiadavkami sú rýchlosť vŕtania (resp. malá prítlačná sila pri vŕtaní), životnosť (dlhé intervaly ostrenia po zatupení), húževnatosť (odolnosť voči zlomeniu) a často aj univerzálnosť použitia v súvislosti s vŕtaním do rôznych kovov. Mnohé z nich sú protichodné a nie je jednoduché ich primerane vyvážiť.

Obr. 1. Typické prevedenie vrtákov HSS-R a HSS-G

Poďme spoločne preskúmať, či má alebo nemá vrták HSS-G vo všetkých požiadavkách „navrch“ oproti vrtáku HSS-R. Pozrime sa v skratke na tri podstatné aspekty – na technológiu výroby, na surovinu (teda materiál, z ktorého sú vyrábané) a na výbrus špičky vrtáka.

Technológia výroby HSS-R a HSS-G: je zásadne odlišná

Písmeno „R“ pri vrtákoch HSS-R znamená valcovaný (angl. Rolled, nem. Rollgewalzt) – presnejšie: funkčná časť vrtáka sa vyrába valcovaním (tvarovaním) za tepla. Tento proces je príčinou, prečo niektoré z rozmerov na funkčnej časti vrtáka nemajú takú presnosť ako pri vrtákoch HSS-G. V priebehu operácie tvarovania za tepla sú však vlákna materiálu (suroviny) zhutňované a usmerňované, čo sa následne prejavuje veľmi dobrou tuhosťou a stabilitou vrtáka pri vŕtaní.

Obr. 2. Vrcholový uhol a uhol sklonu skrutkovice vrtáka HSS-R

Jednoducho povedané – spôsob výroby predurčuje tieto vrtáky „do voza, nie do koča“. Ak je technologický postup dodržaný a vstupná surovina je vhodne zvolená, dobre znášajú tvrdé podmienky pri vŕtaní.

Preto sú vhodné najmä pre vŕtanie elektrickým ručným náradím, sú odolnejšie voči zlomeniu pri vzpriečení – ručným vŕtaním totiž nezaistíme absolútne kolmé vedenie vrtáka do obrobku. Ich použitie v stojanových vŕtačkách je samozrejme možné.

Typický vrcholový uhol je 118° a vyrábajú sa s normálnym uhlom sklonu skrutkovice (obr. 2), čo je najbežnejší sklon a dobre odvádza triesky. Sú preto veľmi dobrou voľbou pre širokú škálu vŕtacích aplikácií.

Pasivovanie alebo nitridovanie je obvyklá záverečná povrchová úprava vrtákov HSS-R. Zlepšuje sa tvrdosť, odolnosť voči opotrebeniu, únavovému namáhaniu a aj korózii. Práve táto užitočná operácia im dodáva typickú tmavo sivú až čiernu farbu – farbu, ktorú nikto nechce...

Nevýhodou tejto technológie je menšia presnosť otvoru – čo však pri ručnom vŕtaní málokedy vadí.

Písmeno „G“ pri vrtákoch HSS-G znamená vybrusovaný (angl. Ground, nem. Geschliffen). Profil vybrusovaných vrtákov je realizovaný brúsením na automatických strojoch do vopred pripraveného, tepelne spracovaného (kaleného) obrobku. Väčšie priemery sa najprv frézujú. Pri brúsení povrchu sa zároveň dobrusuje aj priemer vrtáka, takže čo sa týka geometrických rozmerov, sú vrtáky HSS-G oveľa presnejšie ako vrtáky HSS-R.

Vrtáky HSS-G sa vyrábajú s vrcholovým uhlom nielen 118°, ale aj 130° či 135°, čo umožňuje ich použitie aj pri vŕtaní do ocelí vyšších pevností – pravda, ak sú zároveň vyrobené zo suroviny dostatočnej kvality. Vďaka tejto technológii je možné vyrábať vrtáky s rôznym uhlom sklonu skrutkovice, aj keď uhol (25° až 30°) je najčastejší (obr. 3).

Používajú sa všade tam, kde je nutné precízne vŕtanie. Podmienkou je, aby vreteno vŕtacieho stroja malo minimálnu hádzavosť a pokiaľ možno, aby bol strojný – rovnomerný posuv pri vŕtaní. Sú obzvlášť vhodné na použitie v stojanových alebo v stĺpových vŕtačkách. Pri ručnom vŕtaní sú oveľa viac náchylné na zlomenie ako vrtáky HSS-R, preto treba vŕtať opatrnejšie a s väčším citom ako pri HSS-R.

Obr. 3. Vrcholový uhol a uhol sklonu skrutkovice vrtáka HSS-G

Vrtáky HSS-G obvykle nemajú žiadnu povrchovú úpravu. Pri takejto technológii výroby sú totiž veľmi pekné a proti korózii sa konzervujú príslušnými konzervačnými prostriedkami.

Obr. 4. Nábeh špirály: hladký (HSS-R) a so stopami po brúsení (HSS-G)

Aj keď sme si zvykli rozlišovať vrtáky HSS-R a HSS-G podľa farby, existujú aj tu „technologické finty“, pomocou ktorých sa upraví povrch valcovaného vrtáka do pomerne lesklej podoby. Pri pochybnostiach sú najspoľahlivejším znakom pri ich rozlíšení stopy po brúsení – pri vrtáku HSS-R je nábeh špirály úplne hladký a pri HSS-G vidieť pri dobrom svetle stopy po brúsení (obr. 4).

Záver: vrtáky HSS-R sú húževnatejšie, menej sa lámu, ale HSS-G sú presnejšie. V neposlednom rade je však výhodou vrtákov HSS-R aj nižšia cena, ktorá je dôsledkom ekonomicky efektívnejšieho spôsobu výroby a finálneho opracovania – náklady na výrobu oproti HSS-G pri použití rovnakej suroviny sú nižšie o viac ako 25%.

Surovina pre vrtáky HSS-R a HSS-G

Niekedy sa vrtáky HSS-R vyrábali aj z nástrojovej ocele – dnes sú všetky vrtáky HSS-R aj HSS-G vyrábané z rýchloreznej ocele HSS – High Speed Steel. Názov vychádza z reznej rýchlosti, ktorá je 3 až 4-krát vyššia ako pri nástrojovej oceli, ktorej je podobná. Nelegovaná nástrojová oceľ však už pri teplotách 200°C stráca tvrdosť, preto je pre výrobu vrtákov do kovu nevhodná.

Rýchlorezná oceľ patrí do skupiny vysokolegovaných ocelí. Podstatným prvkom je uhlík, na konečné vlastnosti vrtáka však majú zásadný vplyv ďalšie legúry – najčastejšie wolfrám (W), molybdén (Mo), chróm (Cr), vanád (V) a kobalt (Co). Ich vhodnou kombináciou je možné zachovať vlastnosti vrtákov do 500-600°C, výnimočne do 1000°C a viac.

Najbežnejšie materiály, z ktorých sa vyrábajú skrutkovité vrtáky, sú uvedené v tab. 1. Pre úplnosť sme tu zahrnuli aj materiál M42, z ktorého sa vyrábajú vrtáky s 8% prímesou kobaltu a M35, z ktorého sa vyrábajú vrtáky HSS-E s obsahom kobaltu 5%.

Tab. 1. Materiály HSS a ich zloženie (podľa AISI)

Pre výrobu vrtákov HSS-R a HSS-G sú určené najmä materiály 4241, 4341 a M2.

Hlavný komponent, ktorý posúva teplotnú odolnosť vrtáka do vyšších hodnôt je volfrám. Čím je ho viac, tým lepšie. Napríklad materiál M2 obsahuje cca 3-krát viac volfrámu ako materiál 4241, preto lepšie znáša vyššie teploty a môže sa ním vŕtať s menšími prestávkami. A samozrejme, má aj nižšie nároky na chladenie pri vŕtaní.

Zloženie vstupnej suroviny je veľmi dôležité, preto je zarážajúce, že máloktorý výrobca uvádza, z akého materiálu je vyrobený konkrétny vrták do kovu. Väčšinou pri popisoch produktov nájdete v dostupných zdrojoch iba frázu „vyrobený z vysokokvalitnej rýchloreznej ocele“ – ale aké má zloženie a s akou kvalitou môžete počítať – to nájdete iba výnimočne.

Záver: oba vrtáky sú z rýchloreznej ocele – tá však môže mať rôzne zloženie. Preto sa ľahko môže stať, že pekný a lesklý vrták HSS-G je vyrobený z HSS ocele nižšej kvality. Ak to nie je uvedené v technických listoch alebo popisoch produktov, nikdy sa to nedozviete. Opýtajte sa svojich dodávateľov...

Ostrenie

Vrták HSS-R sa vyrába so štandardným ostrením (s kužeľovými plochami – podľa normy DIN 1412 sa nazýva Forma N), ktoré vyhovuje bežným vŕtacím podmienkam (obr. 5).

Výhodou je mohutné hlavné ostrie, odolné proti rázom a axiálnym silám. Následné ostrenie po zatupení je jednoduché – vrták možno pri troche zručnosti ostriť aj ručne. Je vhodný pre široký rozsah použitia. Nevýhodou je, že široké priečne ostrie vyžaduje veľkú radiálnu silu posuvu pri vŕtaní.

Obr. 5. Štandardné ostrenie s kužeľovými plochami: Forma N

Obr. 6. Krížový výbrus podľa DIN 1412 Forma C

Aj vrták HSS-G môže mať „iba“ štandardné ostrenie, ale vyrába sa aj s inými profilmi ostria. Najviac preferovaný je krížový výbrus špičky formy C podľa DIN 1412 – nazývaný aj „split point“ (obr. 6).

Výhodou je dobré vystreďovanie vrtáku najmä pri počiatočnom navŕtavaní, ako aj nutnosť malej posuvnej sily – pri vŕtaní netreba tak tlačiť a je vhodný pre húževnaté a tvrdé materiály, ako aj pre vŕtanie hlbokých otvorov. Vybrusovanie sa vykonáva iba pre vrtáky priemerov od 3mm, zriedkavo od 2mm. Takéto malé priemery sa vybrusujú ručne a je to „kus umenia“.

Obr. 7. HSS-R a HSS-G – všimnite si tvar špičky

Nevýhodou krížového výbrusu formy C je, že dokonalé ostrenie otupených vrtákov sa dá dosiahnuť iba strojovým zabrusovaním. Ručne to dokáže zabrúsiť málokto.

Záver: Vrtáky HSS-R sa obvykle vyrábajú so štandardným ostrením s kužeľovými plochami, ktoré je mohutné, odolné a ľahko sa opätovne ostrí po zatupení. Vyžaduje však väčší prítlak pri vŕtaní.

Vrták HSS-G má často taktiež štandardné ostrenie a preto je mylný názor, že lesklý HSS-G vrták musí mať automaticky krížový výbrus ostria „split point“. Krížový výbrus je technologicky náročnejší ako štandardný, preto sú vrtáky s takýmto výbrusom drahšie.

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

Oba typy našich vrtákov - HSS-R aj HSS-G majú totožný vrcholový uhol (118°) aj uhol sklonu skrutkovice (30°). Sú určené pre vŕtanie do ocelí bežných pevností. Líšia sa materiálom, z ktorého sú vyrobené a ostrením pracovnej časti.

V našom teste sme porovnali rovnaké priemery (2x Ø3,0mm a 2x Ø6,0mm), vŕtali rovnakou stolovou vŕtačkou (príkon 1550W) pri rovnakých otáčkach do rovnakého obrobku (bežná oceľ plochého tvaru) rovnakým prítlakom.

Vrtáky boli vybraté na testovanie náhodným spôsobom z množiny niekoľkých tisíc kusov.

Testovacie pracovisko sme zvolili tak, aby ste si nami namerané výsledky vedeli - ak chcete – podobne preveriť aj vo svojich podmienkach.

Výsledky testu sú nasledovné:

Vyhodnotenie

Z výsledkov testovania vyplýva niekoľko záverov, ktoré potvrdzujú všetky technické vysvetlenia tohto článku. Podstatné sú však nasledovné:

Ø3,0mm:

HSS-R: ako nový vyvŕtal otvor za 7,5s, po 300 otvoroch sa čas predĺžil cca o 12% na 8,4s. Priemerný čas všetkých meraní vykonaných vždy po päťdesiatich vrtoch bol 7,89s.

HSS-G: ako nový vyvŕtal otvor za 4,2s, po 300 otvoroch sa čas predĺžil cca o 19% na 5,0s. Priemerný čas všetkých meraní vykonaných vždy po päťdesiatich vrtoch bol 4,5s.

Čas vŕtania HSS-R bol takmer dvojnásobne dlhší ako čas vŕtania vrtákom HSS-G. Tu stojí za zváženie otázka, či vyvŕtanie otvoru Ø3,0mm za 8 sekúnd je naozaj tak veľa pri ručnom vŕtaní. Ak by sme zvýšili prítlak z 1,9kg na vyššiu hodnotu, vrták HSS-R by vŕtal rýchlejšie, ale nemohli by sme zachovať rovnaké podmienky – vrták HSS-G by zvýšený prítlak pri takom malom priemere nevydržal a hrozilo by jeho zlomenie. Oba vrtáky však mali po 300 vyvŕtaných otvoroch iba nepatrné opotrebovanie ostria, pretože čas vŕtania sa príliš nepredĺžil - rozdiel necelej sekundy pri vŕtaní na začiatku a na konci testu je nepodstatný.

Ø6,0mm:

HSS-R: ako nový vyvŕtal otvor za 9,7s, po 300 otvoroch sa čas predĺžil cca o 77% na 17,2s. Priemerný čas všetkých meraní vykonaných vždy po päťdesiatich vrtoch bol 12,47s.

HSS-G: ako nový vyvŕtal otvor za 7,9s, po 300 otvoroch sa čas predĺžil takmer o dvojnásobok na 15,2s. Priemerný čas všetkých meraní vykonaných vždy po päťdesiatich vrtoch bol 11,01s.

Rozdiel v čase vŕtania otvoru týmto priemerom nebol zďaleka tak markantný ako pri priemere 3,0mm, čo sa dá vysvetliť pomerne značným prítlakom pri vŕtaní. V tomto prípade sme si to mohli dovoliť – priemer 6,0mm je na prítlak aj v prípade HSS-G oveľa menej citlivý ako menšie priemery.

Oveľa výraznejšie avšak bolo opotrebenie oboch vrtákov. HSS-G sa opotreboval viac ako HSS-R, aj keď v konečnom dôsledku bol HSS-G aj tak rýchlejší ako HSS-R.

Záver

Povedané jednou vetou: na kvalitu našich vrtákov do kovu môžeme byť právom hrdí! Veď každý vyvŕtal 300 otvorov a ešte nebol k zahodeniu – pozrite sa na ostrie vrtákov Ø6,0mm pred a po testovaní (obr. 8). Na vrtáku HSS-G je vidieť prehriatie pracovnej časti. Prehrial sa iste aj HSS-R, ale tam sa to „zamaskovalo“ jeho čiernou farbou. Aj z tohto je vidieť, že použitie rezného a vŕtacieho oleja by pomohlo...

Obr. 8. Ostrie vrtákov HERMAN HSS-R a HSS-G : nový a po vyvŕtaní 300 otvorov

Treba si uvedomiť ešte jeden dôležitý fakt - dvojnásobný priemer vrtákov znamená, že vyvŕtaný objem je cca. 4-násobný (môžete si to overiť, ak vypočítate objem vyvŕtaného otvoru) – takže výrazne vyššie opotrebovanie vrtáku priemeru Ø6,0mm oproti Ø3,0mm je len prirodzené.

Praktický test ukázal, že vrtáky HSS-G vŕtajú rýchlejšie ako vrtáky HSS-R, napriek tomu pre ručné vŕtanie elektrickými ručnými náradiami sú HSS-R vhodnejšie, pretože sú podstatne odolnejšie voči zlomeniu a vydržia v tomto smere oveľa viac ako HSS-G.

Aj ich životnosť - ak sú vyrobené z dostatočne kvalitného materiálu - je veľmi prijateľná. A nezabudnime, že cena je polovičná.

Testovaním sme zabezpečili rovnaké podmienky, avšak pre najefektívnejšie vŕtanie je nutné brať do úvahy aj iné dôležité aspekty, napr. doporučená rezná rýchlosť, ktorá súvisí s otáčkami stroja, zloženie materiálu, do ktorého sa bude vŕtať a pod. Ale to sú oblasti, ktorým sa budeme venovať neskôr.

Kľúčové slová: vrtáky, HSS-R, HSS-G, vŕtanie, rýchlorezná oceľ, kvalita, odolnosť, presnosť

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.