Optimálne otáčky pri vŕtaní

Vŕtanie je jednou z najčastejších operácií pri obrábaní rôznych materiálov, či už ide o kov, drevo alebo plasty. Úspešné vŕtanie nie je závislé len od výberu správneho vrtáka. Jedným z kľúčových faktorov, ktoré vedú k čistému a bezpečnému vŕtaniu sú správne nastavené otáčky náradia. Príliš vysoké alebo príliš nízke otáčky môžu viesť k rôznym problémom – poškodené vrtáky a obrobky a zbytočne komplikovaný proces vŕtania.

Vynecháme však vŕtanie do stavebných materiálov typu betón, tehla, pórobetón a pod., pretože tu je potrebné brať do úvahy aj príklep – kde, aký a či vôbec. A to už je mimo rozsahu tohto článku...

Parametre vŕtania

• n - počet otáčok za minútu (ot./min.)
• v_c - rezná rýchlosť (m/min)
• f_n - posuv na otáčku (mm/ot.)
• v_f - rýchlosť posuvu (mm/min.)
• D - priemer vrtáka (mm)

Obr. 1. Parametre vŕtania

Otáčky za minútu (RPM) – udávajú, koľkokrát sa vrták otočí okolo svojej osi za jednu minútu. Tento parameter je rozhodujúci pri vŕtaní, pretože ovplyvňuje rýchlosť vŕtania a celkovú efektívnosť procesu.

Vzorec ukazuje, že čím väčší je priemer vrtáka, tým nižšie otáčky sú potrebné na dosiahnutie rovnakej reznej rýchlosti. Naopak, menšie vrtáky potrebujú vyššie otáčky, aby dosiahli požadovanú rýchlosť rezania. Počet otáčok priamo ovplyvňuje reznú rýchlosť, efektivitu vŕtania a kvalitu výsledného otvoru.

Pri voľbe otáčok pre konkrétnu operáciu je potrebné zohľadniť niekoľko faktorov:

• Priemer vrtáka: čím je väčší priemer vrtáka, tým nižšie otáčky sú potrebné. Vrtáky menšieho priemeru teda budú pracovať pri vyšších otáčkach.
• Obrobok: mäkké materiály, ako drevo, vyžadujú vyššie otáčky. Naopak, pri vŕtaní do tvrdých materiálov, ako kov alebo betón, sa volia nižšie otáčky, aby sa zabránilo prehrievaniu a poškodeniu nástroja.
• Tepelné vlastnosti materiálu: materiály, ktoré sa rýchlo zahrievajú (niektoré druhy plastov alebo tenké kovy), vyžadujú nižšie otáčky a častejšie chladenie, aby sa zabránilo deformácii alebo poškodeniu materiálu.

Správna regulácia otáčok je dôležitá aj preto, že ovplyňuje rýchlosť pohybu vrtáka v materiáli. Príliš nízke otáčky môžu spôsobiť, že vrták sa zasekne alebo nevyreže čistý otvor, zatiaľ čo príliš vysoké otáčky môžu viesť k prehrievaniu a poškodeniu vrtáka alebo materiálu.

Tip: Ak budeme vŕtať nižšími než optimálnymi otáčkami, pokazíme menej, ako v opačnom prípade.

Rezná rýchlosť (v_c ) – je obvodová rýchlosť reznej hrany vrtáka. Ide o rýchlosť, ktorou sa rezná hrana pohybuje po dráhe na vonkajšej strane vrtáka počas jeho otáčania. Tento pohyb sa deje v mieste kontaktu medzi vrtákom a materiálom. Meria sa v metroch za minútu (m/min.), je násobkom otáčok nástroja a priemeru vrtáka a vyjadruje sa vzorcom:

V praxi sú tabuľky rezných rýchlostí často uvádzané v technickej dokumentácii nástrojov. Rezná rýchlosť je veľmi dôležitý parameter, pretože ovplyvňuje kvalitu vŕtania. Rôzne materiály vyžadujú rôznu reznú rýchlosť – napríklad pri kovoch sa používajú nižšie rezné rýchlosti než pri mäkkých materiáloch, ako je drevo.

Obr. 2. Rôzne typy špirálových vrtákov HSS

Pre vŕtanie do kovových obrobkov sa používajú vrtáky HSS (obr. 2). Už z názvu základnej suroviny (HSS = High Speed Steel = rýchlorezná oceľ) vyplýva, že vyžadujú vyššiu reznú rýchlosť. Aj tieto vrtáky sa však líšia zložením a na ich konečné vlastnosti vplývajú rôzne prímesy – legúry.

Posuv na otáčku (f_n ) – ide o posuv v smere osi otáčania nástroja a označuje vzdialenosť, ktorú vrták postúpi do obrobku za jednu otáčku. Tento parameter je ďalším z kľúčových faktorov, ktorý ovplyvňuje účinnosť vŕtania, kvalitu povrchu otvoru a životnosť nástroja. Jeho nastavenie závisí od vŕtaného materiálu, od veľkosti vrtáka a od požadovanej kvality povrchu.

Správny posuv na otáčku má zásadný význam pri prevencii opotrebovania vrtáka a zabezpečení dobrého odvodu triesok.

Vplyv posuvu na kvalitu vŕtania:

• Príliš malý posuv: môže viesť k nadmernému treniu, čo spôsobuje prehrievanie vrtáka, zníženú rýchlosť vŕtania a môže viesť k otupeniu nástroja.
• Príliš veľký posuv: zvyšuje tlak na vrták, čo môže mať za následok jeho zlomenie alebo príliš rýchly úber materiálu, čím sa zníži kvalita povrchu otvoru.

Doporučené hodnoty posuvu:

• Kov: posuv na otáčku pre oceľ a tvrdšie materiály sa pohybuje v rozmedzí 0,1 až 0,2mm/ot., v závislosti od veľkosti vrtáka a tvrdosti materiálu.
• Drevo: posuv môže byť vyšší, najmä ak je mäkšie, napríklad až do 0,4mm/ot.
• Plasty: plasty si vyžadujú citlivé nastavenie posuvu, aby sa zabránilo ich roztaveniu – obvykle okolo 0,1 až 0,2mm/ot.

Vŕtanie do kovu

Vŕtanie do kovu je jednou z najnáročnejších úloh, pretože kovové materiály majú vysokú hustotu a tvrdosť. Ak vrták pracuje pri príliš vysokých otáčkach, dochádza k jeho prehrievaniu a rýchlemu otupeniu.

Nelegovaná oceľ:

• Vlastnosti: oceľ s nízkym obsahom legovacích prvkov
• Príklady: stavebná oceľ (S235), uhlíková oceľ
• Rezná rýchlosť (v_c ): 20–30m/min.
• Pri väčších priemeroch vrtákov znížte otáčky, aby ste predišli prehrievaniu nástroja
• Vhodný vrták: HERMAN DM-10 (obr. 3)

Obr. 3. Sada vrtákov do kovu DIN 338 HERMAN QDM-10 HSS-R

Obr. 4. Vrták do kovu DIN 338 HERMAN DM-20 HSS-G

Legovaná oceľ:

• Vlastnosti: oceľ s prídavkom legovacích prvkov, ako sú chróm, nikel alebo molybdén, ktoré zvyšujú jej tvrdosť a odolnosť
• Príklady: nástrojová oceľ, konštrukčné ocele (42CrMo4)
• Rezná rýchlosť (v_c ): 12–25m/min.
• Legované ocele sú tvrdšie, čo si vyžaduje nižšie otáčky a dostatočné chladenie počas vŕtania
• Vhodný vrták: HERMAN DM-20 HSS-G (obr. 4)

Nerezová oceľ:

• Vlastnosti: oceľ s prídavkom chrómu, ktorá je odolná voči korózii, no ťažko sa opracováva
• Príklady: austenitická nerezová oceľ (AISI 304)
• Rezná rýchlosť (v_c ): 6–12m/min.
• Pri vŕtaní nerezovej ocele používajte dostatočné množstvo chladiacej kvapaliny, aby sa predišlo prehriatiu vrtáka a materiálu
• Vhodný vrták: HERMAN QDM-40 HSS-E Co 5% (obr. 5)

Obr. 5. Sada vrtákov do kovu DIN 338 HERMAN QDM-40

Obr. 6. Vrták do kovu HERMAN DM-30 HSS-G TiN

Hliník a ľahké kovy:

• Vlastnosti: mäkké a ľahko spracovateľné materiály s dobrou tepelnou vodivosťou
• Príklady: hliníkové zliatiny (AW-6061), dural
• Rezná rýchlosť (v_c ): 35–120m/min.
• Pri vŕtaní hliníka a ľahkých kovov používajte vyššie otáčky a pravidelne odstraňujte triesky

Medené a bronzové zliatiny:

• Vlastnosti: mäkké kovy, no s vysokou vodivosťou a odolnosťou voči korózii
• Príklady: meď (Cu), bronz
• Rezná rýchlosť (v_c ): 20–60m/min.
• Pri vŕtaní medi a bronzu je dôležité mazanie, aby sa predišlo prehrievaniu a zanášaniu vrtáka
• Vhodný vrták: HERMAN DM-30 HSS-G TiN (obr. 6)

Vŕtanie do dreva

Drevo je materiál, ktorý umožňuje používať vyššie otáčky, no je dôležité rozlišovať medzi rôznymi druhmi dreva.

Mäkké drevo:

• Vlastnosti: ľahko opracovateľné drevo s nižšou hustotou
• Príklady: borovica, smrek, jedľa
• Rezná rýchlosť (v_c ): 15–30m/min.
• Pri vŕtaní mäkkého dreva môžete používať vyššie otáčky, snažte sa však neprehrievať vrták a pravidelne odstraňujte triesky
• Vhodný vrták: HERMAN QDW-10 (obr. 7)

Obr. 7. Sada vrtákov do dreva HERMAN QDW-10

Obr. 8. Vrták do dreva HERMAN DW-11 HSS M2

Tvrdé drevo:

• Vlastnosti: husté a odolné drevo, ktoré vyžaduje väčšiu presnosť a trpezlivosť pri vŕtaní
• Príklady: dub, buk, orech
• Rezná rýchlosť (v_c ): 10–20m/min.
• Tvrdé drevo vyžaduje nižšie otáčky a pomalší posuv, aby sa predišlo praskaniu dreva alebo znehodnoteniu otvoru
• Vhodný vrták: HERMAN DW-11 HSS M2 (obr. 8)

Vŕtanie do plastov

Plasty sú mäkké a tepelne citlivé materiály, čo znamená, že pri vŕtaní sa môžu zahrievať a deformovať.

Mäkké plasty:

• Vlastnosti: pružné plasty, ktoré sú náchylné na deformácie pri vysokom teple
• Príklady: polyetylén (PE), polypropylén (PP)
• Rezná rýchlosť (v_c ): 10–15m/min.
• Pri mäkkých plastoch používajte nižšie otáčky a ostré vrtáky, aby ste predišli roztaveniu a prilepovaniu plastu na vrták
• Vhodný vrták: HERMAN DM-31 HSS-G TiN (obr. 9)

Tvrdé plasty:

• Vlastnosti: plasty s vysokou tuhosťou a odolnosťou proti nárazom
• Príklady: PVC, akrylát (plexisklo), polykarbonát
• Rezná rýchlosť (v_c ): 10–35m/min.
• Pri vŕtaní tvrdých plastov je dôležité používať nízke otáčky a zabezpečiť chladenie, aby sa materiál neroztopil
• Vhodný vrták: HERMAN DM-31 HSS-G TiN (obr. 9)

Obr. 9. Frézovací vrták HERMAN DM-31 HSS-G TiN

Tip: pri vŕtaní plastov používajte podložku, aby ste zabránili praskaniu materiálu pri výstupe vrtáka z obrobku.

Vŕtanie keramiky a skla

Pri práci s krehkými materiálmi, ako je keramický obklad a sklo, je nevyhnutné pracovať pri veľmi nízkych otáčkach a samozrejme – bez príklepu.

Keramika a porcelán:

• Vlastnosti: tvrdé, ale krehké povrchy, ktoré môžu pri nesprávnom vŕtaní praskať
• Príklady: kúpeľňové a kuchynské dlaždice, porcelánové dlaždice
• Rezná rýchlosť (v_c ): 10–20m/min.
• Pred vŕtaním začnite s nízkymi otáčkami a bez prílišného tlaku, aby sa dlaždica nepoškodila. Na začiatku vŕtania môžete použiť lepiacu pásku na povrch, aby sa vrták neskĺzol

Obr. 10. Sada štvorbritých TCT vrtákov HERMAN QDC-61

Sklo:

• Vlastnosti: extrémne krehký materiál, ktorý sa pri nadmernom tlaku alebo nesprávnej technike môže ľahko rozbiť
• Príklady: okenné sklo, tvrdené sklo, sklenené vitríny
• Rezná rýchlosť (v_c ): 4–10m/min.
• Pri vŕtaní skla používajte vrtáky s diamantovým hrotom a začínajte s najnižšími otáčkami. Pre lepší výsledok odporúčame chladenie vodou, aby sa predišlo praskaniu materiálu
• Vhodný vrták: HERMAN QDC-61 Glass (obr. 10)

Čísla v tabuľke udávajú vypočítané otáčky pri dodržaní odporúčanej reznej rýchlosti vzhľadom na príslušný priemer vrtáka.

Záver

Správna voľba otáčok vrtáka a výber vhodného nástroja sú kľúčové pre úspešné a bezpečné vŕtanie do rôznych materiálov. Používanie optimálnych otáčok nielen zlepšuje kvalitu otvorov, ale aj predlžuje životnosť nástrojov a minimalizuje riziko poškodenia materiálu. Pri vŕtaní do tvrdých materiálov je nevyhnutné používať mazivá, ako je chladiaca kvapalina alebo rezné oleje. Tieto látky pomáhajú znižovať trenie a teplotu, čím zabraňujú prehrievaniu vrtáka a predlžujú jeho životnosť.

Vďaka týmto odporúčaniam sa môžete pustiť do každého vŕtacieho projektu s istotou, že dosiahnete čisté, presné otvory a minimalizujete riziko poškodenia vrtáka alebo materiálu.

Kľúčové slová: vŕtanie, otáčky vrtáka, rezná rýchlosť, vŕtanie do kovu, vŕtanie do dreva, optimalizácia vŕtania, HSS vrtáky, rezný olej

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN
https://cprp.sti-beziers.fr/wp-content/uploads/2020/08/COURS-SANDVIK-FORMULES.pdf

Mgr. Peter Halaj

Práca vo firme je mojím prvým zamestnaním a už 20 rokov nič lepšie nepoznám. Začínal som v montérkach ako technik pre záručné a pozáručné opravy HERMAN náradia, niekoľko rokov som riadil úsek servisu, potom som sa zahryzol do logistiky, IT, programovania a venujem sa aj manažérstvu kvality. Nadobudnuté skúsenosti uplatňujem v súčasnosti pri neustálom vylepšovaní a zdokonaľovaní interných procesov a služieb pre zákazníka. Hlavu si rád „prečistím“ pri manuálnej práci vo svojej dielni alebo v sedle bicykla hltaním nespočetných kilometrov u nás na Gemeri a okolí.