Przewodnik po doborze wierteł ze stali szybkotnącej

W operacjach obróbki metali wiercenie jest wszechobecne, a wybór wiertła bezpośrednio wpływa zarówno na wydajność, jak i jakość. Wiertła ze stali szybkotnącej (HSS) stały się preferowanymi narzędziami skrawającymi do wiercenia w metalu ze względu na ich wyjątkową odporność na zużycie i tolerancję na ciepło. Jednakże, biorąc pod uwagę szeroką gamę wierteł HSS dostępnych na rynku, wybór odpowiedniego materiału, konstrukcji i specyfikacji dla różnych zastosowań jest kluczową umiejętnością, którą musi opanować każdy inżynier i technik.

Stal szybkotnąca (HSS) to stal narzędziowa charakteryzująca się wysoką twardością, doskonałą odpornością na zużycie i doskonałą odpornością na ciepło. Jej skład stopowy obejmuje węgiel, wolfram, molibden, chrom i wanad. Elementy te umożliwiają wiertłom HSS utrzymanie ostrych krawędzi skrawających w warunkach dużej prędkości, co czyni je skutecznymi do wiercenia w różnych metalach, w tym w stali, żelazie, miedzi i stopach aluminium. W porównaniu do tradycyjnych wierteł ze stali węglowej, wiertła HSS oferują kilka wyraźnych zalet:

• Wyjątkowa odporność na zużycie: Wysoka zawartość węglików w HSS zapewnia doskonałą twardość, która skutecznie zapobiega zużyciu, wydłużając żywotność narzędzia.
• Doskonała odporność na ciepło: Pierwiastki stopowe zwiększają czerwoną twardość stali, utrzymując wydajność w podwyższonych temperaturach podczas operacji skrawania z dużą prędkością.
• Szerokie zastosowanie: Oprócz metali, wiertła HSS skutecznie wiercą w drewnie, tworzywach sztucznych i innych materiałach niemetalicznych.
• Efektywność kosztowa: W porównaniu z alternatywami z węglików spiekanych, wiertła HSS oferują lepszy stosunek jakości do ceny, co czyni je głównym wyborem dla większości operacji obróbki skrawaniem.

Chociaż wszystkie są klasyfikowane jako HSS, różnice w składzie stopu powodują różnice w wydajności wierteł. Główne rodzaje materiałów HSS obejmują:

• Standardowe HSS: Najpopularniejszy typ, odpowiedni do miękkiej stali, żeliwa i stopów aluminium. Oferuje niższy koszt, ale zmniejszoną odporność na zużycie i ciepło.
• HSS kobaltowy (HSS-Co): Z dodatkiem kobaltu (zazwyczaj 5% lub 8%), wiertła te wykazują zwiększoną czerwoną twardość i odporność na zużycie, idealne do stali nierdzewnej, stopów tytanu i stali o wysokiej wytrzymałości.
• HSS metalurgii proszków (HSS-PM): Produkowane przy użyciu metalurgii proszków w celu uzyskania wyższej zawartości stopu i bardziej jednolitej mikrostruktury, zapewniając doskonałą twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość dla trudnoobrabialnych materiałów i zastosowań o wysokiej precyzji.

Konstrukcja wiertła HSS znacząco wpływa na wydajność wiercenia. Kluczowe elementy konstrukcyjne obejmują:

• Kąt wierzchołkowy: Kąt między krawędziami skrawającymi a osią. Typowe kąty to 118° (dla miękkich materiałów, takich jak aluminium) i 135° (dla twardych materiałów, takich jak stal nierdzewna), przy czym ten drugi oferuje lepszą zdolność do samocentrowania.
• Styl ostrzenia: Konwencjonalne, dzielone lub szlifowanie w kształcie R. Dzielony punkt zmniejsza opór skrawania poprzez rozbijanie wiórów, podczas gdy kształt R zwiększa wytrzymałość i odporność na zużycie.
• Konstrukcja rowków: Krytyczna dla usuwania wiórów i chłodzenia. Opcje obejmują rowki proste, helikalne i paraboliczne, przy czym paraboliczne są lepsze do wiercenia głębokich otworów.
• Powłoki powierzchniowe: Zwiększają twardość, odporność na zużycie i ciepło. Typowe powłoki to TiN (poprawia twardość), TiAlN (zwiększa odporność na ciepło) i DLC (zmniejsza tarcie).

Aby zmaksymalizować wydajność i trwałość wierteł HSS:

• Wybierz odpowiedni materiał wiertła, kąt wierzchołkowy i styl ostrzenia w oparciu o materiał obrabianego przedmiotu i wymagania dotyczące wiercenia.
• Zoptymalizuj parametry skrawania - nadmierna prędkość powoduje przegrzanie, podczas gdy nadmierny posuw grozi złamaniem.
• Używaj odpowiedniego chłodziwa (na bazie wody do chłodzenia, na bazie oleju do smarowania) do zarządzania generowaniem ciepła.
• Utrzymuj ostre krawędzie skrawające poprzez regularne ostrzenie, zachowując prawidłową geometrię wierzchołka.
• Zminimalizuj siły boczne poprzez zabezpieczenie obrabianych przedmiotów i utrzymanie prostopadłego ustawienia.

Typowe problemy z wierceniem i rozwiązania:

• Pęknięcie wiertła: Sprawdź parametry skrawania, jakość wiertła i mocowanie obrabianego przedmiotu.
• Słaba jakość otworu: Sprawdź zużycie wiertła, kąt wierzchołkowy i źródła wibracji.
• Nadmierne zużycie: Zmniejsz prędkość, zwiększ przepływ chłodziwa lub wybierz bardziej odporny na zużycie materiał.

Wraz z ewolucją wymagań produkcyjnych, wiertła HSS rozwijają się w kilku kierunkach:

• Materiały o wyższej wydajności, takie jak zaawansowana metalurgia proszków HSS
• Innowacyjne powłoki, w tym nanopowłoki i systemy wielowarstwowe
• Inteligentne konstrukcje z adaptacyjną regulacją parametrów i monitorowaniem zużycia
• Specjalistyczne wiertła do zastosowań wiercenia w materiałach kompozytowych

Wiertła HSS pozostają niezastąpionymi narzędziami w obróbce metali. Poprzez zrozumienie ich właściwości materiałowych, cech konstrukcyjnych i odpowiednich technik aplikacji, profesjonaliści mogą znacznie zwiększyć wydajność i jakość wiercenia. Ciągły postęp w materiałach i technologii będzie dalej rozwijał wiertła HSS w kierunku wyższej wydajności, inteligencji i specjalizacji, wspierając innowacje w produkcji.