tj_8_2014_1_59_63

Trupkovi I., Botak Z. Utjecaj geometrije rezne otrice na vijek trajanja svrdla

ISSN 1846-6168 UDK 621.95

UTJECAJ GEOMETRIJE REZNE OTRICE NA VIJEK TRAJANJA SVRDLA

INFLUENCE OF GEOMETRY OF CUTTING EDGE TO DRILL LIFE

Ivan Trupkovi, Zlatko Botak

Struni lanak Saetak: Geometrija rezne otrice spiralnog svrdla moe biti razliitog oblika , a pri obradi odvajanjem estica moe imati odluujui utjecaj na uspjenost obrade. Karakteristike materijala iz kojih se najee izrauju svrdla i postupak njihove izrade utjeu na njihovu produktivnost i ekonominost. U eksperimentalnom dijelu rada prikazani su rezultati obrade za nekoliko svrdla, izraenih iz odgovarajuih materijala i razliitih oblika eone otrice. Kljune rijei: buenje, geometrija otrice, izrada svrdla, materijal alata

Professional paper Abstract: Helical drill can have several different cutting edge geometries, which can have a decisive influence on the success of treatment in machining. The characteristics of the drill materials are mentioned, and the process of making drills is described. In the experimental part of the paper the results of treatment for a number of drills, made of suitable materials and various forms of frontal blade, are presented. Key words: drilling, drill geometry, drill manufacturing, tool material

1. UVOD

Rezni alati su sredstva za rad koja dolaze u direktni dodir s materijalom, oblikuju ga i utjeu na njegov zavrni izgled obradom odvajanjem estica ili deformiranjem.

Rezni alati mogu biti: Alati za sjeenje koji u izravnom dodiru

razdvajaju materijal pomou otrice u obliku klina, bez odvajanja estica (noevi na karama, igovi i matrice tanci);

Alati za odvajanje koji u izravnom dodiru reu materijal odvajanjem estica pomou otrice u obliku klina (tokarski no, glodalo, svrdlo);

Alati za odnoenje bez izravnog dodira materijala i rezne otrice, koji obrauju materijal odnoenjem estica koritenjem energije (elektroda za obradu elektroerozijom).

Otrica reznog alata za vrijeme obrade razara meusobnu povezanost estica materijala, prilikom ega je izloena mehanikom, toplinskom i kemijskom djelovanju, odnosno troenju. Postojanost i vijek trajanja otrice ovise o materijalu alata i obratka, reimima rada, a najvie o brzini rezanja. Alat se sastoji od reznog dijela koji omoguava proces obrade (klin) i drala cilindrinog ili konusnog oblika, koje slui za stezanje na alatni stroj te prijenos vrtnje i sila rezanja.

2. SVRDLA Svrdla su alati koji se upotrebljavaju za buenje i

proirivanje otvora i provrta, a dijele se na spiralna, ravna, s ploicama od tvrdog metala, zabuivae, specijalne izvedbe, te noeve i motke za buenje.

Spiralna ili navojna svrdla izraena su iz okruglog elika, sa ljebovima jednolikog uspona urezanim u tijelu valjka. Na vrhu svrdla nalazi se iljak s izbruenim plohama, koje zajedno sa elnim plohama lijeba tvore glavne rezne otrice. Osnovne osobine radnog dijela spiralnog svrdla su konusni radni vrh i dva spiralna lijeba za odvod estica i dovod tekuine za hlaenje. Tijelo radnog dijela svrdla izvodi se konusno od vrha prema dralu u omjeru 1:1000, odnosno 0,1 mm na svakih 100 mm duljine otrice. Time se smanjuje trenje dijela alata koji ne ree i materijala te spreava zaribavanje alata u materijalu. Jezgra alata poveava se prema drci, odnosno produljuje se poprena otrica zbog poveanja vrstoe alata. Dralo svrdla moe biti cilindrinog ili konusnog oblika.

Svrdla s ploicama od tvrdog metala upotrebljavaju se za obradu materijala koji ne zahtijevaju veliki kut uspona spirale. Najvie se koriste u sluajevima kad se alat iz brzoreznog elika mnogo troi ili potpuno zataji. Kroz vrh otrice obinog spiralnog svrdla izgloda se utor za ugradnju ploice iz tvrdog metala, koja se nakon namjetanja tvrdo zalemi.

Ravna ili plosnata svrdla koriste se za buenje provrta manjih od 1 mm, ili velikih provrta za koje ne postoje spiralna svrdla dovoljne veliine. Najee se izrauju kovanjem iz brzoreznih elika. Rezne otrice

Tehniki glasnik 8, 1(2014), 59-63 59


izbruene su pod odreenim kutom, a mogu je rad u oba smjera. Upotrebljavaju se za obradu plitkih rupa i krhkih materijala (lijevanog eljeza, bronce, mjedi), a neki modeli mogu imati i ljebove za lomljenje strugotine.

Zabuivaima se izrauju sredinji uvrti za centralno podupiranje dugakih vretena, osovina i vratila. Imaju iljak na oba kraja i reu po itavoj duini bone povrine. Zabuivai sa sredinjim kutom 60 upotrebljavaju se za obratke masa do 100 kg i manje sile rezanja, a oni sa sredinjim kutom 90 za obratke masa veih od 100 kg.

U specijalne izvedbe svrdla spadaju spiralna svrdla s dovoenjem ulja, produena spiralna svrdla, svrdla za duboke provrte, uplja svrdla i svrdla za zavrnu obradu [1].

Buenje je operacija koja se izvodi krunim i translatornim gibanjem svrdla, gdje alat vrtnjom pod pritiskom prodire u materijal i ree ga uz stvaranje krupnije ili sitnije strugotine. Pri buenju veih provrta potrebno je provesti predbuenje, kako bi se smanjila aksijalna sila buenja. Promjer predbuenog provrta priblino je jednak polovini nazivnog promjera, tj. prilikom buenja provrta 30 mm potrebno je predbuiti svrdlom promjera 15 mm. Provrt izbuen svrdlom esto nema zadovaljavajuu geometrijsku tonost i kvalitetu povrine (N12-N8), a to se moe poboljati naknadnom obradom razvrtavanjem. 2.1. Materijali za izradu svrdla

Ovisno o namjeni, tj. materijalu obrade, bira se i materijal iz kojeg se izrauje svrdlo.

Ugljini alatni elici podnose male brzine rezanja, a otrica moe izdrati temperaturu do 250C. Rijetko se koriste za rezne alate u strojnoj obradi.

Niskolegirani alatni elici sadre do 1,2 % ugljika i do 10 % legirajuih elemenata, kao to su Cr, Mn i drugi. Otrica moe izdrati temperaturu do 350C. Koriste se uglavnom za rune rezne alate i djelomino za svrdla [2].

Brzorezni elik, HS ili HSS (engl. High Speed Steel) vrsta je alatnog elika predvienog za rad u uvjetima poviene i visoke temperature rezne otrice, tj. za rezanje velikim brzinama. Najee su brzorezni elici tokom rada izloeni lokalnom zagrijavanju do 600C (ponekad i 1000C), troenju, te udarnom djelovanju obratka na alat. Kemijski sastav ove skupine elika karakterizira povieni udio ugljika (0,7-1,3%) i legiranje jakim tvorcima karbida poput kroma, volframa, vanadija i molibdena. Povieni udio ugljika utjee na stvaranje karbida, koji su postojani i pri povienim temperaturama.

Sinterirani karbidi se u dananje vrijeme najvie koriste za proizvodnju reznih alata. Isporuuju se kao ploice u obliku trokuta, kvadrata, pravokutnika i drugih geometrijskih oblika, s formiranom otricom i reznim kutovima. Na drae se privruju tvrdim lemljenjem ili mehanikim putem. Ploica privrena lemljenjem moe izdrati temperaturu do 900C, a nakon zatupljenja otri se brusnim ploama iz silicijeva karbida. Ploice privrene mehaniki izdre radnu temperaturu do 1100C. Nakon zatupljenja obino se ne bruse, ve samo zaokreu tako da sljedea otrica doe u radni poloaj. Sinterirani karbidi ne podnose udarce, veliki presjek

strugotine i male brzine rezanja. Zbog velikih brzina rezanja, uinak rezanja im je razmjerno velik, a kvaliteta obraene povrine dobra [2].

Sinterirane tvrde kovine razvijene su u Njemakoj (Krupp, 1926.) pod nazivom Widia (njem. wie Diamant; kao dijamant) i znatno su utjecale na razvoj tehnika obrade. Sastoje se od metalnih karbida kao nosioca tvrdoe (WC, TiC i TaC, pa i NbC) te Co, a i Ni i/ili Mo kao veziva. Proizvodnja tvrdih metala sastoji se od preanja (tlaenja) praaka karbida i veziva te sinteriranja (toplinske obrade), za to se upotrebljavaju pree i alati za sabijanje praha. Alati su konstruirani prema eljenom obliku tvrdog metala, a nakon sinteriranja izvodi se bruenje dijamantnim brusevima [3]. Tvrdoa im dosee vrijednosti 1300 do 1800 HV, a pri temperaturi od 1000C smanji se samo za 10%. Sinterirane tvrde kovine s TiC su i pri 700C tvre od brzoreznog elika pri sobnoj temperaturi.

Rezna keramika se kao alat za obradu primjenjuje u novije vrijeme. Izrauje se u obliku ploica, slino kao i sinterirani karbidi, a na dra se privruje samo mehaniki. Otrica moe izdrati radnu temperaturu do 1250C, ima veliku tvrdou, a nakon zatupljenja svih otrica ploica se baca. Ploice su osjetljive na promjenu temperature, udarce i vibracije, a podnose velike brzine rezanja (300 400 m/min) [2].

Dijamant je isti ugljik s kubinom kristalnom reetkom. Najtvri je rezni materijal i najotporniji prema troenju. Nedostaci su mu osjetljivost na udarce i niska tlana vrstoa. Postojan je samo do temperature 600C, a iznad 800C izgara. U upotrebi su prirodni monokristalni dijamant (za finu obradu), te prirodni i umjetni polikristalni dijamant (PCD). Dijamantni alati pogodni su za obradu aluminija, aluminijskih slitina, titana, bakra i bakrenih slitina, zlata, srebra, umjetnih materijala, tvrde gume, grafita, keramike, stakla, kamena i azbesta [4]. 2.2. Geometrija otrice svrdla

Duina rezne otrice alata i ukupna duina alata ovise o standardu prema kojem je izraen. Kod standardne izvedbe je radna duina svrdla najee 3xd, 4xd, 5xd, 8xd ili 12xd (dpromjer svrdla). Kod specijanih izvedbi je radna duina najee: dubina buenja + 4 mm.

Geometrija alata prilagoava se materijalu koji se obrauje, a vrh rezne otrice moe poprimiti nekoliko razliitih oblika.

Klasina otrica

Slika 1. Klasina otrica svrdla

60 Technical journal 8, 1(2014), 59-63


Otrica ovog tipa uglavnom se koristi kod svrdla malih promjera (do 1,5 mm), za mekane elike, aluminij i njegove legure, drvo i plastiku. Nije postojana na troenje.

S korekcija

Slika 2. S korekcija eone otrice svrdla

eona otrica ima mali radijus, a pogodna je za

obradu ugljinog elika, sivog lijeva, lijevanog eljeza i legiranog elika vrstoe do 1000 N/mm2. Kvaliteta obrade provrta je visoka. Konus (pomlaivanje) je 0,2/100 mm. Brzina rezanja vc= 60-100 m/min bez hlaenja i 70-120 m/min s hlaenjem, posmak f0,025 x d, mm/okr.

S korekcija s unutarnjim hlaenjem

Slika 3. S korekcija s unutarnjim hlaenjem eone

otrice svrdla

Kod S korekcije se eona otrica svrdla hladi kroz alat, tj. unutarnjim hlaenjem. Koristi se za obradu ugljinog elika, sivog lijeva, lijevanog eljeza i legiranog elika vrstoe do 1000 N/mm2. Kvaliteta obrade provrta je visoka. Brzina rezanja vc= 60-100 m/min bez hlaenja i 70-120 m/min s hlaenjem, posmak f0,025 x d, mm/okr.

S korekcija s dvostrukim voenjem

Slika 4. S korekcija eone otrice svrdla s dvostrukim

voenjem

Koristi se prilikom obrade ugljinog elika, sivog lijeva, lijevanog eljeza i legiranog elika vrstoe do 1000 N/mm2, te za poveane zahtjeve glede kvalitete obraene povrine (ravnost, tolerancija). U dobrim uvjetima postie kvalitetu obraene povrine N8, dok je u vrlo dobrim uvjetima mogue postii N7. Brzina rezanja vc= 60-100 m/min bez hlaenja i 70-120 m/min s hlaenjem, posmak f0,025 x d, mm/okr.

S korekcija s lomaem strugotine Geometrija svrdla potpuno je ista kao i kod obine S

korekcije, samo to je kod ovog svrdla fazeta eone otrice prerezana na nekoliko mjesta kako bi se strugotina lomila. Takav oblik eone otrice koristi se kod ilavih materijala.

Otrica s dvije eone fazete

Slika 5. eona otrica svrdla s dvije eone fazete

Koristi se za obradu nehrajueg elika, sivog lijeva,

legiranih elika vrstoe preko 1000 N/mm2, legura titana i legura nikla. eona otrica ima dva kuta, to poveava vijek trajanja alata, a izvedena je s velikim radijusom. Brzina rezanja vc= 20-50 m/min bez hlaenja i 25-60 m/min s hlaenjem, posmak f0,0080-0,02 x d, mm/okr (ovisno o vrstoi materijala koji se obrauje).

S korekcija za obradu lakih metala

Slika 6. S korekcija eone otrice svrdla za

obradu lakih metala

Koristi se za obradu lakih metala (aluminij, magnezij i njihove legure). Prednost joj je velika tonost provrta (ravnost i tolerancija) kao i visoka kvaliteta obrade. Otrica je slina eonoj otrici s dvije fazete, ali je radijus povean. Brzina rezanja vc= 150-350 m/min, a posmak f0,03-0,06 x d, mm/okr (ovisno o vrstoi materijala koji se obrauje).

Tehniki glasnik 8, 1(2014), 59-63 61


3. IZRADA SVRDLA

Za materijal svrdla upotrijebljena je ipka 8h6 iz tvrdog metala P01, pogodnog za buenje velikim brzinama rezanja. Radni dio svrdla je izraen prema standardu DIN 6537, a stezni dio prema DIN 6535 HA. Duina radnog dijela za svrdlo promjera 8 mm iznosi 41mm, ukupna duina 79 mm, a max. dubina buenja je 36 mm. Rezni dio izrauje se u toleranciji h8, a cilindrina drka u toleranciji h6.

Poto je polazni materijal ve bruen na toleranciju h6, nije potrebno obraivati drku. Brusi se samo konus radnog dijela 1:1000, to na duini od 41 mm iznosi 0,041 mm.

Slika 7. Bruenja konusa na radnom djelu svrdla

Nakon bruenja konusa radnog dijela na krunoj

brusilici, slijedi zavrno bruenje reznih otrica svrdla na CNC alatnoj brusilici. Dijamantnim brusevima izrauju se spiralni utori, natrana faza i eone otrice svrdla. Hlaenje obradka i dijamantnog brusa vri se uljem, radi dobivanja to bolje kvalitete obraene povrine.

Za bruenje su dovoljna dva tipa dijamantnih bruseva. Brus oznake 1A1 (slika 8) slui za bruenje spiralnih utora, bruenje natrane faze te za urezivanje ela ili bruenje zailjka.

Slika 8. Brusna ploa 1A1

Za izradu eone otrice koristi se brus oznake 11V9

(slika 9).

Slika 9. Brusna ploa 11V9

4. TESTIRANJE SVRDLA Za potrebe testiranja izraeno je pet svrdla promjera 8

mm. esto svrdlo je standardno svrdlo izraeno iz brzoreznog elika (HSS - High Speed Steel). HSS svrdlo koristi se samo za usporedbu kvalitete buenja i kvalitete obrade. Svrdla iz tvrdog metala imaju 3 razliite geometrije rezne otrice, a oznaena su nazivima Uzorak 1 do Uzorak 5 (tabela 1).

Tabela 1. Svrdla za ispitivanje

Naziv Geometrija otrice Metalna prevlaka Uzorak HSS klasina nema

Uzorak 1 S korekcija nema Uzorak 2 S korekcija s 2 fazete nema Uzorak 3 S korekcija s 2 fazete TiN Uzorak 4 S korekcija s 2 fazete TiAlN

Uzorak 5 S korekcija s 2 fazete i dvostrukim voenjem nema

Svrdla su testirana na klasinoj alatnoj glodalici

Prvomajska ALG 100, na materijalu oznake Ck 45 (1531). Izabran je broj okretaja svrdla 1020 min-1 i posmak f=0,15 mm/okr. Buenje je izvreno uz hlaenje emulzijom Fuchs ecocool 5000. To je djelomino sintetika, biostabilna, emulgirajua tekuina za teku i normalnu i teku obradu elika, lijevanog eljeza, obojenih metala i aluminija. Ne sadri klor, cink ni sumpor. Preporueni omjer koncentracije je 3-5%.

Oteenje svrdla periodino se prati na optikom ureaju ZOLLER Smarcheck CNC, ija preciznost iznosi 0.001 mm.

Prilikom testiranja svrdla praene su promjene na reznoj otrici nakon svakih 10 izbuenih rupa, a rezultati su prikazani u tabeli 2.

Tabela 2. Rezultati testiranja svrdla

Uzorak Broj rupa Lom strugotine Napomena 10 20 30 HSS 8 - - - srednje dobro oteena rezna otrica

1 13 - - dobro lom rezne otrice 2 dobro nema oteenja 3 dobro nema oteenja 4 dobro nema oteenja 5 dobro nema oteenja

Nakon izvrenih testiranja pristupilo se detaljnom

pregledu rezne otrice svakog svrdla.

a) b) c)

Slika 10. Otrice svrdla nakon testiranja

62 Technical journal 8, 1(2014), 59-63


Svrdlo iz brzoreznog elika (slika 10a) nije moglo podnijeti visoke reime obrade, te je njime izbueno samo 8 rupa. Prilikom buenja svrdlom Uzorak 1 (slika 10b) dolo je do kolizije alata i radnog komada, pri emu se rezna otrica alata otetila. Razlog kolizije je ljudska pogreka,

Svrdlo pod nazivom Uzorak 2 se kod testiranja pokazalo najboljim. Strugotina je bila jednolikog oblika i jednoliko lomljena, a odvoenje strugotine je najbolje u usporedbi s ostalim svrdlima.

Svrdla Uzorak 3 i Uzorak 4 imala su jednaku geometriju rezne otrice, s tim da su na njih nanesene tvrdometalne prevlake. Nakon izbuenih 30 provrta na svrdlima nije bilo vidljivih oteenja rezne otrice.

Prilikom testiranja svrdla Uzorak 5 primijeeno je slabije odvoenje strugotine, a oblik strugotine bio je dobar, kao i stanje rezne otrice nakon izbuenih 30 rupa. Izgled rezne otrice svrdla Uzorak 2, Uzorak 3, Uzorak 4 i Uzorak 5 bio je veoma slian i prikazan je na slici 10c.

5. ZAKLJUAK Iz rezultata testiranja vidljivo je da svrdlo izraeno iz

HSS materijala ne moe parirati svrdlu iz tvrdog metala pri obradi elika. Prednost mu je jedino u relativno niskoj cijeni od 20-tak kn, dok se cijena svrdla iz tvrdog metala istog promjera kree u granicama 250 - 350 kn, ovisno o proizvoau. Veliku ulogu prilikom eksploatacije ima i tvrdometalna prevlaka. Alat s prevlakom moe biti 1-7 puta uinkovitiji, brzina rezanja moe biti vea i do 90%, a potronja elektrine energije smanjiti se i do 70%. Kvaliteta obraene povrine takoer je bolja kod svrdla s prevlakom.

Provedeno testiranje upotpunjuje injenicu da je rezna otrica s tzv. S korekcijom daleko bolja od klasine otrice.

Problem kod testiranja bio je u stroju, jer klasina glodalica ALG-100 ima masu od svega nekoliko stotina kilograma, pa veliki problem kod buenja stvaraju vibracije, koje mogu prouzroiti oteenja ili lom alata.

Testiranjem razliitih geometrija rezne otrice u realnim uvjetima proizvodnje, mogue je proizvesti kvalitetan i konkurentan proizvod za trite, a eventualni nedostaci mogu se ukloniti u ranoj fazi izrade. Nakon to se proizvede tehnoloki kvalitetan proizvod, kree se u daljnja poboljanja, a to su uglavnom smanjenja vremena izrade.

6. LITERATURA

[1] http://hr.wikipedia.org/wiki/Rezni_alat (Dostupno:19.01.2014.) [2] Matoevi, M.: Tehnologija obrade i montae, UM,

Nova Gradika, 2001. [3] Hrgovi, D.: Tehniki materijali 2, kolska knjiga

Zagreb, 2001. [4] Kraut, B.: Strojarski prirunik, Sajema, Zagreb,

prosinac 2009. [5] Rebec, B.: Rezni alati, Sveuilite u Zagrebu,

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 1988.

Kontakt autora:

mr.sc. Zlatko Botak Sveuilite Sjever 104. brigade 1 42000 Varadin 042/493339 [email protected]

Tehniki glasnik 8, 1(2014), 59-63 63

Klasina otrica S korekcija S korekcija s unutarnjim hlaenjem S korekcija s dvostrukim voenjem S korekcija s lomaem strugotine Otrica s dvije eone fazete S korekcija za obradu lakih metalaHlaenje obradka i dijamantnog brusa vri se uljem, radi dobivanja to bolje kvalitete obraene povrine.

Iz rezultata testiranja vidljivo je da svrdlo izraeno iz HSS materijala ne moe parirati svrdlu iz tvrdog metala pri obradi elika. Prednost mu je jedino u relativno niskoj cijeni od 20-tak kn, dok se cijena svrdla iz tvrdog metala istog promjera kre...

Documents

tj_8_2014_1_59_63