Bezpečné a efektivní závitování

K dobrému výsledku závitování přispívá kvalitně připravená díra. Výrobu závitů je tedy nutné řešit jako komplexní technologii vrtání a závitování. Tento princip byl také jedním z hlavních argumentů při úvaze o sloučení značek Titex (vrtání) a Prototyp (závitování). Jak tedy zrychlit a zefektivnit výrobu závitů při současném zvýšení bezpečnosti operace? Několik možností řešení nabízejí novinky v sortimentu značky Prototyp, a to závitovací nástroje pro vysokorychlostní obrábění a pro výrobu hlubokých závitů. Zároveň zde bude zmíněna i otázka vhodného upínače pro závitníky.

Nutnost správného upnutí závitníku úzce souvisí se snahou o zrychlení operace závitování. Potřebné dynamiky lze nejsnáze dosáhnout použitím tzv. synchronního závitování. Axiální posuv stroje v poměru k otáčkám vřetena však vykazuje odchylky mezi vypočtenou hodnotou a skutečným měřeným pohybem. I když jsou tyto rozdíly minimální, způsobují nadměrné namáhání těla nástroje i jeho řezných částí, čímž dochází ke snížení jeho životnosti či přímo k zalomení v díře. Firma Walter s produktovou řadou Prototyp má v sortimentu upínače typu Protoflex C s minimální kompenzací v radiálním i axiálním směru. U běžných systémů se užívají plastové deformační členy, jejichž elasticita však časem klesá a schopnost kompenzace se výrazně snižuje. Upínač Protoflex C využívá jedinečných vlastností prvku Flexor, jenž je vyroben ze speciální slitiny vyvinuté pro NASA. Poskytuje tak bezpečné upnutí spojené s minimálním přídavným namáháním nástroje.

V této oblasti nabízí Walter Prototyp novou řadu vysokorychlostních nástrojů se zvýšenou životností a s vyšší provozní bezpečností – program Synchrospeed. Tyto nástroje se vyznačují krátkou funkční částí bez zadních vodicích zubů (vedení zajišťuje vřeteno stroje) a s větším podbrusem, takže při práci je sníženo tření a tím i vznik místního přehřátí nástroje a obrobku. Tato konstrukce také podstatnou měrou zvyšuje univerzalitu nástrojů. Lze je bezpečně používat pro široké spektrum materiálů, což pro uživatele znamená snížení počtu potřebných nástrojů a také nákladů na upínače. Závitníky Synchrospeed se dodávají se dvěma typy povlaků: TIN (TiN), což je pokročilá verze základního povlaku zejména pro nástroje do slepých děr a TFL (TiAlN + WC/C) s vynikajícími kluznými vlastnostmi využitelnými například při obrábění nerezových ocelí či obecně pro hluboké závity.

Většina běžných závitníků je konstruována pro dosažení hloubek 1,5–2x D. V moderní výrobě je však potřeba vyrábět závity hlubší (3–5x D). Zde už je výběr značně omezen a řezné nástroje mají speciální konstrukci a poměrně vysokou cenu. U hloubek do 3x D lze s výhodou použít výše uvedené nástroje s povlakem THL, ideálně ještě ve spojení s možností vnitřního chlazení. Tvorba, chování a odvod třísek jsou základními faktory, které ovlivňují kvalitní výsledek a bezpečnost operace hlubokého závitování. Pro hluboké slepé díry v měkkých materiálech, jako jsou automatové a konstrukční oceli, hliník a jeho slitiny, nabízí Walter Prototyp závitník Paradur Secur, u něhož nevznikají změti třísek, které je třeba odstraňovat a které způsobují zadírání či zalomení nástroje v závitu. Nástroj má opět silně redukovanou vodicí část a dlouhý výběh drážek s broušeným povrchem pro co nejsnadnější odvod třísek. Náběhová část a první funkční zuby nástroje jsou ochráněny povlakem TIN pro dosažení vyšší životnosti a odolnosti proti otěru (obdoba povlaku vrtáků XD – technologie Walter Titex). Pro hloubky závitů nad 3x D lze doporučit technologii tváření závitů za studena.

Tváření závitů za studena je dlouho známou, zatím však ještě zcela nedoceněnou metodou výroby závitů. Tváření za studena lze užít u všech tvárných materiálů (min. tažnost 7 %, max. obsah Si 12 %). Tato skupina představuje zhruba 70 % všech případů závitování. Tváření závitů se však využívá pouze v 18 % možností. Přitom tato metoda, jako metoda beztřísková, může snadno vyřešit problémy i u takových materiálů, jako je nerezová či nástrojová ocel. Navíc lze připočítat vyšší bezpečnost procesu i životnost nástroje ve srovnání s klasickým závitníkem. Kvalitní tvářecí závitník dokáže nahradit několik typů řezacích závitníků s různými geometriemi břitů, a to s přímou drážkou i ve šroubovici. Těchto výhod je však možné naplno využít za cenu vyšší náročnosti v přípravné fázi. Díra se vrtá na přibližně střední průměr závitu, avšak konkrétní případy se mohou lišit. Proto je třeba počítat s další sadou vrtáků pro tvářené závity. Vzhledem k tomu, že metoda nespočívá v oddělování materiálu, nýbrž v jeho přetváření, všechny vlivy v obráběcí soustavě stroj–nástroj–obrobek se projevují ve zvýšené míře. Díra pro závit musí mít co nejpřesnější rozměr i kvalitu povrchu, je třeba posoudit správné upnutí nástroje i obrobku, umístění závitu na obrobku, chování konkrétního materiálu při procesu tváření atd. Proto lze vřele doporučit účast technika dodavatelské firmy při testování a přípravě výroby.

Jak již bylo uvedeno, beztřísková metoda tváření závitů je velmi vhodná pro výrobu hlubokých závitů (až 5x D i více). U hlubokých závitů však vyvstává problém, jak správně zásobit pracovní prostor chladicím/mazacím médiem. Slepé vertikální otvory lze kapalinou naplnit, u průchozích či horizontálních je ideální použít nástroj s vnitřním kanálkem a médium přivádět vřetenem stroje. Nástroje s vnitřním chlazením jsou však náročnější na výrobu a tím i celkově dražší. Univerzální tvářecí závitník má slepý centrální kanálek v ose nástroje s radiálními vývody do jeho mazacích drážek. Existuje elegantní řešení – Protodyn Cap. Nástroj má při výrobě v ose průchozí kanálek a na jeho plochém čele jsou vybroušeny drážky ve směru k podélným drážkám mazacím. Na závěr je k čelu přibodována čepička (angl. cap) z tenkého plechu, která zaslepí axiální průchod a kapalina je tak rozváděna přímo k mazacím drážkám. Výroba se tedy značně zjednoduší a nástroj je také ve své funkční části podstatně stabilnější bez zeslabení rozvodnými kanálky. Hluboké závity lze snadno tvářet proto, že po vniknutí celé funkční části nástroje do díry se již nezvyšuje krouticí moment, bez ohledu na to, v jaké hloubce se nástroj pohybuje. Naopak růst krouticího momentu při tváření závitů větších průměrů limituje použití této metody do průměru závitu zhruba 20 mm.

Požadavky na spolehlivost a produktivitu splňuje závitník ECO-HT, který na českém trhu nabízí firma Walter CZ, s. r. o., sídlící v Kuřimi. Historie výroby těchto závitníků se datuje již od roku 1919, kdy byla v německém Zellu založena firma Prototyp. V roce 2007 došlo ke spojení se společností Walter. Nyní jsou závitníky Walter ECO-HT dodávány v rámci produktové řady Walter Prototyp, kde zaujímají pomyslné nejvyšší místo. Tyto závitníky vynikají svou jedinečnou geometrií, THL povlakem a výjimečným základním materiálem HSS-E PM, který umožňuje vysoké řezné rychlosti oproti klasickým závitníkům, a to při zachovaní maximální spolehlivosti. K dispozici jsou provedení Prototex ECO-HT E2026302 pro průchozí otvory a Paradur ECO-HT E2056302 pro slepé otvory.

Jednou z předních strojírenských firem působících v České republice, která tyto závitníky využívá, je firma CIE Praga Louny, a. s. Právě na aplikaci z této firmy můžeme demonstrovat, jak použití těchto nástrojů může zásadní měrou přispět ke značným úsporám ve strojírenské výrobě, v tomto případě při výrobě vnějšího kroužku, jenž slouží k uchycení poloos v automobilech. V této souvislosti CIE Praga Louny oslovila firmu Walter s požadavkem na zproduktivnění výroby vnějších kroužků. Zmíněný díl je výkovek z materiálu C56E2, na kterém se nacházejí tři průchozí otvory se závitem M12, o tloušťce 12 mm. Požadavek na změnu nástroje vycházel ze skutečnosti, že doposud používané závitníky měly malou životnost, praskaly z důvodů nadměrného opotřebení a nevhodného odvádění třísek, ale především čas obrábění těchto dílců byl velmi nepřiměřený vynaloženým prostředkům a především kapacitním možnostem narůstající výroby. Hlavním záměrem tedy bylo zajistit spolehlivost a především zvýšit životnost nástrojů během závitování při snížení celkového času obrábění. Proto byly ve výrobě nasazeny závitníky Prototex ECO-HT. Ve výsledku tato změna přinesla zvýšení řezných parametrů o více než 20 % a narůst živostností průměrně o 70–75 %. Současně došlo i ke zlepšení vizuálního stavu závitu. Nasazením nástrojů Walter Prototyp ECO-HT došlo nejen k redukci časové náročnosti výroby, ale mimo jiné i k uvolnění strojních kapacit pro další výrobu.

Aleš Koutný, Pavel Büttner

valina.kocianova@walter-tools.com

Firma CIE Praga Louny je velmi významným dodavatelem součástí pro automobilový průmysl. Počátky společnosti sahají až do roku 1967, kdy byl založen strojní závod 02 n. p. Praga v Lounech. Dnes je společnost součástí nadnárodního koncernu CIE Automotive a zaměstnává na 200 pracovníků. V současné době podnik disponuje více než 50 CNC obráběcími stroji, pracujícími v nepřetržitém provozu. Jedním z klíčových dodavatelů společnosti je i firma Walter CZ. Na zkušenosti se spoluprací s touto společností jsme se zeptali Otakara Ožany, ředitele CIE Praga Louny.

Proč jste si za partnera vybrali právě společnost Walter CZ?

O. Ožana: Se společností Walter CZ spolupracujeme již přes 15 let, a to především v oblasti soustružení, vrtání a závitování. Využíváme nejen její kvalitní obráběcí nástroje, ale především znalosti a zkušenosti jejích odborníků pro sériovou výrobu. Vzájemná spolupráce nám umožňuje maximální využití společných zkušeností ke splnění vysokých a náročných požadavků na všechny naše výrobky. V současnosti máme uspokojivé výsledky, ale další výzvy a mnoho společné práce nás ještě čekají.

Co konkrétního vám tato spolupráce přináší?

O. Ožana: Jak jsem již řekl, hlavním přínosem spolupráce se společností Walter CZ je její příkladný přístup k našim požadavkům a následnému řešení, které nám umožňuje neustále zefektivňovat proces výroby. Velice oceňuji otevřený a vstřícný přístup našeho partnera. Se spoluprací s ním jsme velice spokojeni.

Valina Kociánová

valina.kocianova@walter-tools.com

Walter CZ

www.walter-tools.com