Efektivní výroba precizních závitů

Funkční část šroubu tvoří závit, jehož chody jsou navinuty s určitým stoupáním kolem válcového jádra. Liší se svým profilem v závislosti na druhu použití. V drtivé většině případů se používají závity s pravým stoupáním, ojediněle z konstrukčních důvodů s levým. Šrouby a matice jsou normalizovány a jsou běžně dostupným artiklem v dostatečné kvalitě. Pokud jsou však závity pro šrouby předepsány konstruktéry přímo ve strojírenských součástech, je třeba je kvalitně s patřičnou přesností vyrobit. V některých průmyslových odvětvích kvalita závitů v součástech určuje funkčnost i bezpečnost celých zařízení.

Některé technické učebnice dodnes znají jen klasické řezací závitníky. Vedle těchto klasických závitníků firma Gühring vyrábí nejmodernější nástroje v tomto oboru – tvářecí závitníky a závitové frézy, včetně multifunkčních závitových fréz s ostřím pro předvrtání a sražení náběžné hrany závitu.

Bohatý program závitovacích nástrojů je plně přizpůsoben současným požadavkům na precizní procesně stabilní nástroje. Tyto nástroje jsou vyráběny z nejnovějších optimálních řezných materiálů – z velmi kvalitních rychlořezných ocelí klasických i práškových. Další skupina těchto nástrojů se vyrábí ze slinutých karbidů vlastní výroby, optimalizovaných pro konkrétní použití v jednotlivých skupinách obráběných materiálů. Správně navržená geometrie a depozice optimálních tenkých vrstev pak předurčují dané nástroje pro konkrétní aplikace. Výběr příslušného typu závitovacího nástroje z rozsáhlého programu nepřeberného množství typů závitů usnadňuje systém kompasu. Ten směruje techniky pomocí přehledných barevně rozlišených tabulek a odpovídajícím barevným proužkům na nástrojích k rychlé orientaci ve skupinách obráběných materiálů a způsobu použití.

Klasické závitníky jsou vyráběny v obrovské škále z rychlořezných ocelí a ze slinutých karbidů, také bez vnitřního chlazení i s vnitřním chlazením s centrálním kanálem nebo s radiálními výstupy, v provedení pro průchozí i neprůchozí závity strojní a ruční. Správnou funkci s patřičnou trvanlivostí zaručuje také depozice optimálních tenkých vrstev. Nejmarkantnější přínos z hlediska efektivnosti je rozdíl při nasazení závitníků ze slinutých karbidů proti závitníkům z rychlořezných ocelí. Praktické nárůsty produktivity a trvanlivostí jsou uvedeny na obrázku 2 a 3.

Obr. 3. Obrobek – kliková skříň, materiál vermikulární grafit GJV, závit M10, hloubka neprůchozího závitu 25 mm, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje kleština – tuhé upnutí, chlazení vnitřní axiální 10% emulzí. Původní závitník byl PM-HSSE s TiAlN povlakem, řezná rychlost 18 m.min-1, trvanlivost 6 000 závitů. Nový závitník SK s TiAlN povlakem má řeznou rychlost 40 m.min-1 a trvanlivost 100 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 120 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 1 550 %. (to je fakt o 1 550 %?)

Tvářecí závitníky jsou nástroje pro beztřískovou výrobu vnitřních závitů. Závit vzniká tvářením za studena, kdy jednotlivá vlákna materiálu nejsou odřezána, ale povrch předvrtaného otvoru je přetvořen do závitového tvaru. Nástroje se vyznačují v příčném řezu polygonem, opatřeným závitovým profilem s patřičným stoupáním. Průměr předvrtaného otvoru je větší než pro řezací závitníky.

Výhody tvářecích závitníků je možné shrnout do následujících bodů: Při procesu nevznikají žádné třísky. Závity průchozí i neprůchozí mohou být vyráběny se stejným nástrojem. Je možné univerzálnější použití jednoho typu pro více skupin obráběných materiálů. Odpadá nebezpečí přeřezání závitu při výrobě. Odpadají chyby stoupání i stranová úhlová chyba závitu. Díky neodřezaným, ale naopak zhutněným, povrchovým vláknům od tvářecího procesu je únosnost závitu vyšší. Závity mají lepší kvalitu povrchu. Závitování je možné vyššími rychlostmi, přičemž tvařitelnost se u mnoha materiálů zvyšuje. To však nemá vliv na trvanlivost nástrojů. Nástroje jsou masivnější a stabilnější, nebezpečí zlomení se oproti řezacím závitníkům výrazně snižuje.

Také tvářecí závitníky jsou vyráběny ve velkém spektru z rychlořezných ocelí a ze slinutých karbidů, také bez vnitřního chlazení i s vnitřním chlazením s centrálním kanálem nebo s radiálními výstupy. Správnou funkci s vysokou trvanlivostí zaručuje také depozice optimálních tenkých vrstev. Nejmarkantnější přínos z hlediska efektivnosti je rozdíl při nasazení tvářecích závitníků ze slinutých karbidů proti tvářecím závitníkům z rychlořezných ocelí. Praktické nárůsty produktivity a trvanlivostí jsou uvedeny na obrázku 4 a 5.

Obr. 5. Obrobek – kliková hřídel z oceli C38, závit M12x1,5, hloubka neprůchozího závitu 20 mm, obrobeno na transferové lince, jako upínač nástroje je použito vyrovnávací pouzdro, chlazení vnitřní 2 MPa 8% emulzí. Původní závitník byl HSS-E s TiCN povlakem, řezná rychlost 10 m.min-1, trvanlivost 3 000 závitů. Nový závitník SK s TiCN povlakem má řeznou rychlost 20 m.min-1 a trvanlivost: 20 000 závitů. Řezné parametry se zvýšily o 100 % a tím došlo ke zvýšení trvanlivosti o 560 %.

Tyto nástroje se již v základu odlišují od závitníků. Závitové frézy nemají profil závitu ve šroubovici s konkrétním stoupáním, ale závitové zuby jsou za sebou uspořádány s určitou roztečí T. Závity v obrobcích se zhotovují pomocí CNC cirkulárních závitovacích programů – šroubovou interpolací, tj. superpozicí kruhového a lineárního pohybu nástroje. Vzájemným různým složením těchto elementárních pohybů ve směru stoupání závitu a směru otáčení kruhového pohybu mohou být obecně vyrobeny odlišné závity.

Konečný konkrétní závit vznikne jako obalová plocha trajektorií rotačního pohybu jednotlivých zubů, které jsou při kruhovém pohybu nástroje plynule posouvány do materiálu ve směru stoupání závitu. Pro válcový závit je třeba jen jedna kruhová otáčka. Kuželové závity jsou složitější, jejich podoba vznikne díky čtyřem kruhovým otáčkám, během nichž je kuželové stoupání dovnitř závitu náležitě korigováno.

Výhody závitových fréz je možné shrnout do následujících bodů: Při použití závitníků větších průměrů stoupá potřebný příkon, při frézování závitů je potřebný příkon s ohledem na postupný úběr materiálu minimální. Třísky jsou velmi krátké, tzn. snadné čištění obrobků. S jednou závitovou frézou je možné zhotovit závity s rozlišným průměrem nebo s jinou tolerancí se stejným stoupáním. S jedním nástrojem lze vyrobit pravý i levý závit. Jedna geometrie nástroje pokryje více skupin obráběných materiálů. Hloubka závitu až do dna neprůchozího závitu je bezproblémová. Při poškození nástroje je možné závit snadno dokončit.
Mezi omezení této technologie patří limitovaná hloubka závitu s ohledem na patřičnou tuhost nástroje vzhledem k jeho délce.

Závitové frézy jsou vyráběny ze speciálních jemných slinutých karbidů, s optimální geometrií a jsou opatřeny tenkými vrstvami podle nejnovějších trendů. Jsou pro vnitřní závity v jednoduchém provedení s krčkem nebo bez krčku, v kombinované verzi se zahlubovacím ostřím a také jako multifunkční nástroje – vrtací závitové frézy, s vnitřním chlazením nebo bez něho. K dispozici jsou i závitové frézy na vnější závity, také pro mikroobrábění a i pro aplikace v tvrdých materiálech.

Obr. 8. Příklad produktivního frézování závitu v obrobku z hliníkové slitiny. Obrobek – převodová skříň z materiálu AlSi9, závit M22x1,5, hloubka průchozího závitu 20 mm s válcovým stupněm, fází a zahloubením, obrobeno na CNC obráběcím centru, upínač nástroje Wistle Notch HE, chlazení vnitřní 9% emulzí. Nástroj je z SK – speciální stupňová závitová fréza podle typu DTMC bez povlaku, řezná rychlost 300 m.min-1, posuv pro vrtání f = 0,2 mm.ot.-1, posuv na zub pro frézování závitu fz = 0,12 mm a trvanlivost je 40 000 závitů.

Celý závitovací program zahrnuje také závitové čelisti pro vnější závity a veškerou upínací techniku – držáky, kleštiny, synchro-vyrovnávací držáky, rychloupínací pouzdra. Všechny závitovací nástroje Gühring jsou vhodné i pro aplikace s minimálním množstvím procesní kapaliny – MQL. Tyto aplikace jsou šetrné k životnímu prostředí. Některé součásti jsou při zhotovování závitů již ve finální podobě, jejich znečištění procesní kapalinou není možné. Odpadají náklady na pracné čištění již hotových dílů.

Pro posílení výrobních kapacit staví firma Gühring v Německu na zelené louce nový velký závod u městečka Treuen poblíž města Plauen přímo u dálnice A72. Jedná se již o desátý výrobní závod tohoto koncernu v Německu. Výroba se naplno rozběhne ve třetím čtvrtletí tohoto roku.

Dr.-Ing. František Plánička

Gühring
Frantisek Planicka
frantisek.planicka@guehring.de
www.guehring.de