Ostření řezných nástrojů

Vývoj technologií třískového obrábění ve strojírenství je úzce spjatý s  úrovní řezných nástrojů. Řezné nástroje jsou hlavním činitelem procesu řezání. Veškeré řezné nástroje procházejí vývojem. Při tomto vývoji se zlepšuje geometrický tvar břitu řezných nástrojů, dochází tím ke zlepšování jejich řezných vlastností. Technologií ostření a broušení je ovlivněna požadovaná přesnost tvaru daného řezného nástroje. Broušení a ostření je dokončovací způsob obrábění, při kterém řezný nástroj získává konečný geometrický tvar. Při nevyhovující údržbě výrazně vzrůstají náklady na řezné nástroje, ty musí být častěji vyměňovány. Pečlivým a odborným ostřením řezných nástrojů je možno zachovat jejich výkonnost  téměř nezmenšenou po celou dobu jejich používání.

Ostření řezných nástrojů je specializovaný obor, při kterém se používá speciálního strojního zařízení. Brusič musí dobře znát vlastnosti řezných nástrojů a být seznámen s geometrií břitu, protože u některých nástrojů je poměrně komplikovaná.

Materiál řezných nástrojů

Kromě rychlořezných a uhlíkových ocelí se na nástroje používají keramické řezné nástroje, polykrystalické diamanty a slinuté karbidy. Tyto látky se při ostření chovají velmi rozdílně. Pro správný postup ostření a volbu správného brusiva je proto třeba znát materiál ostřeného řezného nástroje.

Druhy nástrojových materiálů

Nástrojové oceli rychlořezné

Teplota jejich popuštění je 540 °C až 590 °C, zůstávají proto tvrdé i při výrazně větších řezných rychlostech. Rychlořezné nástrojové oceli  obsahují větší množství přísad, které zmenšují jejich tepelnou vodivost. Ostření těchto řezných nástrojů se musí této skutečnosti přizpůsobit.

Nástrojové oceli uhlíkové

Mají nízkou teplotu popouštění (200 °C až 300 °C). Při neopatrném ostření řezných nástrojů z uhlíkové oceli se snadno překročí popouštěcí teplota, nástroj následně ztrácí své řezné vlastnosti. Nástroje z uhlíkové oceli se málo používají.

Keramické řezné materiály

Veškeré řezné nástroje, které  využívají řeznou keramiku, se vyznačují mimořádnou odolností proti otěru při vysokých řezných rychlostech.

• Oxidová keramika je z oxidu hlinitého (Al2O3), s přísadou oxidu zirkoničitého (ZrO2). Oxid zirkoničitý brání vzniku a šíření trhlin. Takto vytvořený materiál je chemicky velice stabilní, ale postrádá odolnost proti tepelným šokům.

• Smíšená keramika je vyztužena částicemi, konkrétně přísadou kubických karbidů nebo karbonitridů (TiC, Ti(C,N)). Tím je dosaženo zvýšení houževnatosti a zlepšení tepelné vodivosti.

• Pro keramiku vyztuženou whiskery  karbidu křemíku (SiCw) je typický razantní nárůst houževnatosti a umožňuje použití řezné kapaliny. Je ideální pro obrábění slitin niklu.

• Keramika z nitridu křemíku (Si3N4) obsahuje krystaly podlouhlého tvaru tvořící materiál se schopností “samovyztužení” a s vysokou houževnatostí. Tato keramika na bázi nitridu křemíku je velmi vhodná pro obrábění šedé litiny. Nedostatečná chemická stabilita limituje její použití pro ostatní typy obráběných materiálů.

• Sialon (SiAlON) kombinuje pevnost “samovyztužitelné” sítě z nitridu křemíku a vysokou chemickou stabilitu. Je ideální pro obrábění žáruvzdorných slitin (HRSA).

•  Polykrystalický diamant (PCD)  se skládá z  diamantových částic slinutých dohromady pomocí kovového pojiva. Diamant je nejtvrdší, a proto proti otěru nejodolnější, ze všech materiálů. Jako nástrojový materiál má velice dobrou odolnost proti otěru. Za zvýšených teplot postrádá chemickou stabilitu a má vysokou afinitu k železu.

Slinuté karbidy

• V současnosti představují slinuté karbidy 80 - 90 % veškerých břitových destiček používaných pro obráběcí nástroje. Úspěch slinutých karbidů, jakožto nástrojového materiálu, je dán jejich schopností nechat se formovat do složitých tvarů, ale také jejich unikátní kombinací odolnosti proti opotřebení a houževnatosti.
• Nástroje ze slinutých karbidů se vyrábějí s letovanými SK plátky (soustružnické nože), vyměnitelné břitové destičky (VBD), vyměnitelné hlavičky a  monolitní nástroje.                                                                     
• Nepovlakovaný slinutý karbid  tvoří pouze velmi malou část celkového objemu výroby. Tyto druhy slinutých karbidů se buď skládají přímo z WC/Co, nebo obsahují velké množství kubických karbonitridů. Nepovlakované slinuté karbidy se uplatňují u tvrzených materiálů při nízkých řezných rychlostech a obrábění žárovzdorných slitin nebo titanových slitin. Rychlost opotřebení je u těchto nepovlakovaných slinutých karbidů veliká, ale kontrolovaná.
• Povlakované slinuté karbidy  představují kombinaci slinutého karbidu s povlakem.                                                 

• Cermet je slinutý karbid tvořený tvrdými částicemi na bázi titanu. Název cermet je kombinací slov keramika (ceramic) a kov (metal). Původně se cermety skládaly z TiC a niklu. Moderní cermety nikl neobsahují. Cermet je tvořen základním stavebním prvkem -  částicemi karbonitridů titanu Ti(C,N), dále částicemi sekundárních tvrdých fází (Ti,Nb,W)(C,N) a pojivem bohatým na kobalt.

Druhy povlaků

• CVD povlaky. CVD (Chemical Vapor Deposition) - chemické metody nanášení povlaku. CVD povlak vzniká chemickými reakcemi při teplotách 700 °C až 1050 °C. CVD povlaky mají vysokou odolnost proti otěru a skvělou adhezi ke slinutým karbidům.

• Prvním povlakem, naneseným na slinutý karbid metodou CVD, byl jednovrstvý povlak z karbidu titanu (TiC). Později byly zavedeny povlaky alumina (Al2O3) a povlaky z nitridu titanu (TiN).

• PVD povlaky (Physical Vapor Deposition) – fyzikální metoda nanášení povlaku. Nanášeny jsou za relativně nízkých teplot (400 °C - 600 °C). Samotný proces se skládá z postupného odpaření kovu, který reaguje například s dusíkem, přičemž na povrchu obráběcího nástroje vzniká tvrdý nitridický povlak. PVD povlaky díky své tvrdosti ještě zvyšují odolnost daného druhu slinutého karbidu proti otěru. Jejich vnitřní tlaková pnutí jsou také důvodem nárůstu houževnatosti břitu a odolnosti proti tepelným hřebenovým trhlinám.

Otupení řezných nástrojů

Řezné nástroje se otupují třením, jež vzniká působením řezných odporů mezi obrobkem a nástrojem. Teplo na nástroji, které při tření vzniklo, postupuje na nástroj přes třísku. Břit nástroje musí vydržet velmi vysoké teploty. V místech styku s třískou a obrobkem se nástroj otírá mechanicky, difúzí a chemicky.

Otěr nástroje se dělí na:

• Otěr hřbetní plochy  vzniká třením materiálu obrobku po nástroji, tomuto otěru se nedá zamezit. Vzniká na naostřeném nástroji po velmi krátké době.

• Otěr čelní plochy vzniká a roste unášením nejmenších částic materiálu nástroje difúzí za vysokých teplot.

• Otěr ostří vzniká únavou ostří, a to hlavně při obrábění houževnatých materiálů s velkou pevností.

Broušení vrtáků

Vrtáky jsou dvoubřité nástroje, jejichž ostří jsou určena vrcholovým úhlem, úhlem hřbetu, úhlem sklonu šroubovice. Vrták má dvě hlavní ostří a jedno ostří příčné. U správně naostřených vrtáků obě hlavní ostří svírají s osou vrtáku stejný úhel. Hlavní ostří musí být také stejně dlouhá. Na hřbetních plochách je vrták podbroušen pod úhlem 6° – 18° (podle vrtaného materiálu). Plochy hřbetu vrtáku jsou části kuželového pláště. Při správném podbroušení svírají hlavními břity s  příčným břitem středový úhel 55° - 60°. Na závěr broušení se hrot vrtáku vybrousí tak, aby se  délka příčného břitu zmenšila. Dosáhne se tím zásadního zmenšení osového tlaku a správného řezného úhlu ve špičce vrtáku.

Vrták má tyto základní úhly:

• α – úhel hřbetu

• β – úhel břitu

• δ – úhel řezu

• γ – úhel čela

• ε – úhel špičky je podle druhu obráběného materiálu různě velký. Pro běžný materiál je 118°, pro tvrdé materiály až 145°, pro plasty 50°

• φ – úhel příčného břitu má hodnotu 55°           

                                                                                                                                                Doporučené pro žáky ZŠ.

Obr. 1: Ostří vrtáku

Šroubové vrtáky z rychlořezné oceli (RO) se ostří na speciálně konstruovaných bruskách, nebo se k univerzálním bruskám dodávají speciální zařízení. Vrták se u běžných přídavných přístrojů a brusek na ostření vrtáků upíná v kleštinovém upínači. Přístroj vykonává kývavý pohyb kolem osy kužele, který tvoří hřbetní plochy. Nastaví se vrcholový úhel ε a úhel hřbetu α. K brusnému kotouči se vrták přisouvá ve směru osy vrtáku. Broušené ostří musí při broušení být ve vodorovné poloze.

 

Obr. 2: Šablona

 

Ručně se  brousí malé vrtáky nebo vrtáky v kusové výrobě. Ruční broušení vrtáků vyžaduje vysokou zručnost brusiče a svědomitou kontrolu příslušnými měřidly.

Obr. 3: Ostření vrtáku

 

Způsoby ostření vrtáků:

• Způsob ostření A se používá pro veškeré běžné vrtací práce s vrtáky, které mají silné jádro a při vrtání vrtáky velkých průměrů do plného materiálu. Mezi výhody tohoto způsobu ostření patří dobré vystředění při navrtávání, jelikož se délka příčného ostří zkrátí na 1/10 průměru vrtáku a dojde ke snížení radiální síly pro posuv. Nevýhodou tohoto způsobu ostření jsou dodatečné práce související s ostřením.

Obr. 4: Způsob ostření A

• Způsob ostření B se používá pro vrtání oceli legované manganem s více než 10 % Mn, pro pevné pružinové oceli a pro vrtání ocelí s vyšší pevností. U tohoto způsobu ostření nedochází k zaseknutí vrtáku  u tenkostěnných obrobků. Vrtáky nejsou citlivé na rázy při vrtání. Nevýhodou tohoto způsobu ostření je vyšší pracnost související s přeostřováním vrtáku a sklon k odchýlení vrtáku ze směru vrtání.

Obr. 5: Způsob ostření B

• Způsob ostření C vrtáku se používá pro vrtání zvláště houževnatých a  tvrdých materiálů, při vrtání hlubokých otvorů a při vrtání s vrtáky, které mají velmi silné jádro. Mezi výhody tohoto způsobu ostření patří dobré vystředění vrtáků a  lepší odvod třísek. Dokonalého přeostření lze však docílit pouze strojně.

Obr. 6: Způsob ostření C

 

• Způsob ostření D se používá při vrtání otvorů ve výkovcích, při vrtání v šedé a  temperované litině. Vrtáky nejsou citlivé na rázy při vrtání a mají dobrý odvod tepla. Tímto způsobem ostření se také zvýší trvanlivost nástroje. Nevýhodou tohoto způsobu ostření je velká pracnost při přeostřování vrtáku.

Obr. 7: Způsob ostření D

 

• Způsob ostření E se používá pro vrtání do plechů a měkkých materiálů, pro vrtání neprůchozích otvorů s rovným dnem. Tento způsob ostření má řadu výhod:  dobré vystředění, přesné otvory do tenkých plechů a trubek, větší kruhovitost otvoru. Při provrtávání se tvoří málo ostřin, vrták se nezasekává. Vrtáky jsou citlivé proti rázům a jednostrannému zatížení. Bezchybné ostření lze provést pouze strojně.

Obr. 8: Způsob ostření E

• Způsob ostření N je vhodný pro veškeré běžné vrtací práce do oceli, barevných kovů a umělých hmot. Podle obrobitelnosti materiálu se řídí vrcholový úhel špičky. Mezi výhody tohoto způsobu ostření patří jednoduchost ostření, možnost ostření vrtáku i v ruce a přínosem je i mohutné hlavní ostří odolné proti axiálním silám a rázům. Nevýhodou je široké příčné ostří, které vyžaduje velkou radiální sílu posuvu.

Obr. 9: Způsob ostření N

 

Broušení výstružníků

Výstružníky jsou několikabřité nástroje na dokončování děr, u kterých je požadován přesný geometrický tvar, rozměr a hladký povrch. Výstružníky se vyrábějí z nástrojových ocelí rychlořezných, uhlíkových a se zuby s břitovými destičkami ze slinutého karbidu.

Výstružníky se ostří jen na řezném kuželu, na kterém se vybrušuje úhel hřbetu α a α₀. Výstružník se upne mezi hroty univerzální brusky na nástroje. Horní stůl brusky se natočí o úhel sklonu řezného kužele. Tento úhel je u ručních výstružníků 0,5° - 4°, u strojních výstružníků 20° - 45°. Na úhel α je nutno nástrojovou brusku seřídit snížením zubové opěry o hodnotu H. Zuby ostřeného výstružníku se postupně kladou na příslušně nastavenou opěru a vedou se podél miskového kotouče.

Obr. 10: Geometrie výstružníku

Ostření kuželových výstružníků

Strojní kuželové výstružníky mají po celé délce kuželovou plošku širokou nejvýše 0,1 mm. Tato ploška zaručuje, že všechny zuby zabírají současně. Ruční kuželové výstružníky, které tuto plošku nemají, se ostří na hřbetech zubů. Kuželové výstružníky se při ostření upínají v hrotovém přístroji nebo mezi hroty vřeteníku a koníku.

Lapování výstružníků

Lapování výstružníků je dokončovací operace. Lapováním se dosáhne soustředné polohy a dokonale hladkých ploch všech břitů. Zároveň se při lapování na válcové plošce upraví úhel hřbetu 1° - 3°. Lapované výstružníky mají větší životnost, vystruží také hladší díru. Přesně vylapovat výstružníky je možné jen na speciálním stroji - lapovačce.

Ostření výhrubníků

Výhrubníky se ostří na univerzální brusce na nástroje. Výhrubníky se ostří podbroušením zubů na řezném kuželu pod úhlem 6°- 8°, používá se k tomu přístroj na podbrušování výhrubníků. Výhrubníky se brousí miskovým kotoučem.

Ostření záhlubníku

Záhlubníky nástrčné a záhlubníky se vsazeným čepem se po sundání tohoto čepu ostří podobně jako výhrubníky.

Záhlubníky s pevným vodicím čepem se ostří na hřbetu. Obvodové válcové plošky, které nástroj při obrábění vedou, se nesmějí přebrušovat, nástroj by ztratil svůj rozměr. Pokud jsou opotřebeny, musí se ostřit na čelních plochách.

 

 

 

Zdroje

• DOBROVOLNÝ, Bohumil. Broušení kovů. 1. vyd. Praha: SNTL, 1959, 102 s.
• Gerling, H. O obráběcích strojích a obrábění. Vydání druhé, Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, n. p., 1960.
• HLUCHÝ, Miroslav, Jan KOLOUCH a Rudolf PAŇÁK. Strojírenská technologie 2. 2., upr. vyd. Praha: Scientia, 2001, 316 s. ISBN 80-718-3244-8.
• HLUCHÝ, Miroslav, Rudolf PAŇÁK a Oldřich MODRÁČEK. Strojírenská technologie 1. 3., přeprac. vyd. Praha: Scientia, 2002, 173s. ISBN 80-718-3265-0.
• JANYŠ, Bohumil a František GLANC. Dílenské tabulky: Technické tabulky pro 1., 2. a3. ročníky OU a UŠ všech učebních oborů skupiny 4 - strojírenství. Vydání třetí, přepracované a doplněné. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, n. p., 1972.
• KOCMAN, K. a K. PROKOP. Technologie obrábění. Brno: Akademické nakladatelství CERN Brno, s.r.o., 2001. 274 s. ISBN 80-214-196-2.
• KŘÍŽ, R., P.VÁVRA a kol. Strojírenská příručka. Praha: Scientia, spol. s r. o., 1996. 220 s. ISBN 80-7183-024-0.
• LEINVEBER, Jan a Pavel VÁVRA. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 5., upr. vyd. Úvaly: Albra, 2011, 927 s. ISBN 978-80-7361-081-4.
• OUTRATA, Jiří. Technologie pro brusiče: Učební text pro 1. r. OU a UŠ oboru brusič kovů. Praha: SNTL, 1965. ISBN 2585.
• ŘASA, Jaroslav a Vladimír GABRIEL. Strojírenská technologie 3, metody, stroje a nástroje pro obrábění 1. díl. Praha: Scientia, 2005 ISBN 80-7183-337-1

Obrázky:

• Obr. 1: Ostří vrtáku. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.kutil.eu/cs/eshop/elektricke-naradi. [online]. [cit. 2014-11-05]. Dostupné z: http://www.kutil.eu/upload/images-cache/13087/640.gif
• Obr. 2: Šablona. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.verko.cz/sablona-pro-brouseni-vrtaku-10823/. [online]. [cit. 2014-06-10].Dostupné z: http://www.verko.cz/data/zastupci/10823.jpg
• Obr. 3: Ostření vrtáku. Gerling, H.,: O obráběcích strojích a obrábění. SNTL. Praha 1960 str.86
• Obr. 4: Způsob ostření A. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10].Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formA.jpg
• Obr. 5: Způsob ostření B. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10]. Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formB.jpg
• Obr. 6: Způsob ostření C. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10]. Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formC.jpg
• Obr. 7: Způsob ostření D. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10]. Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formD.jpg
• Obr. 8: Způsob ostření E. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10].  Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formE.jpg
• Obr. 9: Způsob ostření N. AUTOR NEUVEDEN. Http://www.stimzet.cz/data/zpusob_ostreni_cz.html. [online]. [cit. 2014-06-10]. Dostupné z: http://www.stimzet.cz/images/formN.jpg
• Obr. 10: Geometrie výstružníku. JANYŠ, Bohumil a František GLANC. Dílenské tabulky: Technické tabulky pro 1., 2. a 3. ročníky OU a UŠ všech učebních oborů skupiny 4 - strojírenství. str. 326.
• Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Mgr. Jiří Horsák.