1. Výroba závitov

Skrutkovanie patrí k najrozšírenejším spôsobom spájania súčiastok vo všetkých odvetviach priemyslu. Okrem toho mnohé aplikácie závitových spojení umožňujú prenos otáčavých či posuvných pohybov. Výrobu závitov zahŕňa výrobná technológia každého strojárskeho závodu.
Všeobecne rozlišujeme výrobu vnútorných a vonkajších závitov. Z technologického hľadiska sa závity vyrábajú ručným obrábaním, sústružením, frézovaním, rezaním závitnikmi alebo závitoreznými hlavicami, brúsením a tvárnením.
Všetky tieto spôsoby výroby závitov možno rozdeliť na dve hlavné, navzájom sa líšiace technológie, a to na výrobu závitov :
·rezaním, čiže trieskovým obrábaním
·tvárnením

1.1 Nástroje na výrobu závitov

Závity na nástrojových súčiastkach sa vyrábajú všeobecne obrábaním. Výroba tvárnením ma menšie aplikačné oblasti, dáva však vyššie pevnostné charakteristiky závitových spojení a vysokú produktivitu výroby.
Špecifické stránky konštrukcie nástrojov na výrobu závitov sú viazané na nasledujúce okolnosti :
- Závitové spojenie je vymeniteľné, vyrába sa v toleranciách zabezpečujúcich požadované uloženie. Tvarové prvky profilu závitov sú malých rozmerov. Vzhľadom na pevnosť a tuhosť závitového spojenia je dôležitá ich tvarová, rozmerová i polohová pevnosť (prvkov v nosnej výške závitu). - Pre priamkové tvarové profily závitov v nosnej výške ( závity M, W, Tr )vysokú technologickosť konštrukcie s lineárnou transformáciou, čo zdôvodňuje napr. použitie nulových uhlov čela u plochých závitových nožov.
- Rozmerová presnosť zviazaná s lícovaním závitového spojenia sa dosahuje v závislosti na spôsobe výroby buď presnosťou zoraďovacieho rozmeru pri dokončovaní (napr. sústruženie závitu závitovým nožom), alebo odovzdaním rozmeru z rozmerového osového závitového nástroja (napr. rezanie závitu závitníkom).
- Prídavok na obrobenie závitu je spravidla daný objemom závitového profilu pod hlavovým priemerom, teda hlavové prvky profilu sa už neobrábajú ( obrába sa "neúplný" profil závitu, napr. sústruženie - obr. 1.1a). Pre výrobu najpresnejších závitových prvkov sa volí malý prídavok (asi 0,1 mm) aj na hlavový priemer (obrába sa "úplný" profil závitu - obr. 1.1b).

Obr.

1.1a)b)
- Napriek relatívne malému prídavku na obrobenie závitu pre funkciu nástroja má veľký význam spôsob delenia prídavku na jednotlivé zábery (vplyv na trvanlivosť, kvalitu opracovania, výrobnosť, hospodárnosť).
- Pre rozmerové osové nástroje konštrukcia musí zohľadniť ich vlastné (samovoľné) vedenie vo vytváranej skrutkovici, prípadne ich spätné vyskrutkovanie z obrobku ( nulové uhly vedľajších chrbtov).
- Vzhľadom na skrutkovicu závitu, príp. vyrovnanie pracovných uhlov rezného klina na pravej a ľavej časti súmerného profilu rezných hrán si vyžaduje použitie šikmého profilovania chrbtov, úpravu nástrojových uhlov čela, či natočenie klina do smeru stúpania skrutkovice závitu.

1.2 Spôsoby obrábania vnútorných závitov
Obrábanie vnútorných závitov zahŕňa v podstate rovnaké spôsoby a princípy ako obrábanie vonkajších závitov rezaním. Ide však o výrobu závitov vo vnútri valcovej plochy. Podobne ako pri všetkých spôsoboch obrábania vnútorných plôch, vzniká aj pri tomto obrábaní množstvo problémov súvisiacich s nedostatočným odvádzaním triesky. Okrem toho je rozdiel aj v tvare a druhu použitých nástrojov.

1.3 Nástroje na závity

V závislosti na spôsobe výroby sú odvodené početné konštrukcie jednotlivých druhov nástrojov pre ručnú či strojovú výrobu závitov. Pre výrobu závitov sa používajú nasledujúce druhy nástrojov :
a) Závitové nože : ploché jednozúbkové nože, kotúčové jednozúbkové nože, kotúčové hrebienkové nože, prizmatické hrebienkové nože;
b) Tvarové sústružnícke nože;
c) Závitníky : sadové, maticové, dokončovacie (strojné, ručné, brúsené - nebrúsené);
d) Závitnice : kruhové, delené, kosé;
e) Závitorezné hlavy : s radiálnymi plochými nožmi, s kotúčovými nožmi, s tangenciálnymi prizmatickými nožmi;
f) Závitové čeľuste;
g) Závitorezné frézy : kotúčové, stopkové, valcové, hrebeňové, frézovacie hlavy pre okružné frézovanie vonkajších závitov;
h) Tvarové brúsne kotúče : jednoprofilové, hrebeňové;
i) Tvárniace závitové nástroje : valcovacie kladky, valcovacie kotúče, ploché valcovacie čeľuste, tvárniace závitníky.

1.4 Konštrukcia rezného klina

Umiestnenie hlavných a vedľajších rezných hrán závitorezných nástrojov je závislé na spôsobe delenia prídavku na obrobenie pre jednotlivé zábery, či po sebe nasledujúce rezné kliny.
Najjednoduchším riešením je nástroj, ktorého tvar je odvodený od jedného profilu závitu (nástrojové jednoprofilové, alebo "jednozúbkové"). V niektorých konštrukciách tohto typu sa počet profilov na nástroji zvyšuje na dva až tri neúplné profily. Tvar rezných hrán a tvar chrbtových plôch v normálnom reze k profilujúcim čiaram sa určí transformáciou profilu závitu.
Značnú nevýhodu jednoprofilových nástrojov pri delení prídavku na početné opakované zábery odstraňujú viacprofilové "hrebienkové" nástroje, ktoré vyčlenia hlavné rezné hrany mimo obrysového profilu rezaného závitu.

Delenie prídavku zabezpečuje zníženie rezného odporu a vhodný odchod triesok.
Pri hrebienkových nástrojoch delenie prídavku sa uskutočňuje postupným rezaním jednotlivých zúbkov profilu, umiestnených na reznom kuželi pod uhlom nastavenia hlavných rezných hrán r. Vzťah prvkov konštrukcie k hrúbke rezu, pripadajúcej na jednotlivý rezný klin, vyplýva z obr. 1.41.
Obr. 1.41

Radiálne premiestnenie dvoch susedných rezných hrán pre stúpanie závitu je :

Vzdialenosť hlavnej reznej hrany od reznej plochy vytvorenej predchádzajúcim profilom rezného klina (zuba) je :

Je to hrúbka rezu pre jednoklinový nástroj (napr. kotúčový hrebienkový nôž).
Pre viacklinový nástroj (napr. závitník), s počtom zubov z, je hrúbka rezu na zub :

Dĺžka reznej časti (rezného kužeľa) pre výšku profilu V je :

Zo vzťahov vyplýva, že menšia hrúbka je na nástroji s menším uhlom nastavenia, teda pri väčšej dĺžke reznej časti.

Pri niektorých hrebienkových nástrojoch delenie prídavku na obrobenie profilu závitu sa vytvára tiež rozdielnym profilom jednoklinových, po sebe nasledujúcich rezných sekcií nástroja. Rezné sekcie sú usporiadané na jednom celistvom nástroji (napr. stupňovité maticové závitníky na lichobežníkový závit), alebo na oddelených členoch sady nástrojov )napr. sadové závitníky). Prvé sekcie predstavujú predrezávanie profilu, posledná sekcia dorezanie na konečný profil.

Na obr. 1.42 je uvedený príklad konštrukcie sady závitníkov pre lichobežníkový závit. Prvý závitník má vodiaci čap A s priemerom predhotoveného otvoru a rezné kužele B, D. tieto rezné sekcie sú oddelené vodiacou časťou C takej dĺžky, aby rezná časť D začala pracovať iba vtedy, keď sekcia C už nereže. Obdobne sú usporiadané ďalšie závitníky v sade. Posledný má teda vodiacu závitovú časť, odpovedajúcu profilu H a kalibrovaciu sekciu. Variantné spôsoby delenia prídavku sú na obr. 1.43a, b. Obr. 1.42Obr. 1.43

Typickým príkladom delenia prídavku je konštrukcia sadových závitníkov pre výrobu dlhých závitov (L> 1,5 D) a závitov v nepriechodzích otvoroch. Na obr. 1.44 je vyznačené delenie prídavku pre trojčlennú sadu závitníka. Usporiadanie delenia rezu v rámci jednotlivých sekcií uvádza obr. 1.45. vzhľadom na normalizovaný výbeh nepriechodzieho závitu musí byť rezná dĺžka dorezávacieho závitníka skrátená, takže rezné dĺžky a im odpovedajúce uhly nastavenia sú odstupňované. Napr. pre dvojčlennú sadu závitníkov (predrezávací a dokončovací - obr.

1.46) pre dĺžku reznej časti predrezávacieho závitníka
L1= 4.s
a vonkajší priemer závitníka dp = dN - 0,4.s, volí sa uhol nastavenia rezného kužeľa =40°.
Dĺžka reznej časti dorezávacieho závitníka musí zohľadňovať normalizovaný výbeh neprechodného závitu, takže sa volí

L2 = 2.s
Takže uhol nastavenia je = 7°.

Obr. 1.44

Obr. 1.45

Obr. 1.46

Na reznú dĺžku osových hrebienkových nástrojov nadväzuje časť kalibrovacia, ktorá je tvorená úplným profilom závitu v dĺžke niekoľkých zúbkov. V prípade, že sa jedná o osový nástroj, ktorého osový zdvih sa viaže na vedenie nástroja v rezanom profile závitu (ručné aj strojové rezanie závitníkom alebo závitnicou), nadväzná kalibrovacia časť spĺňa aj funkciu vodiacu a musí byť preto primerane dlhá. Napr. pre kotúčové závitorezné hrebienkové nože, býva dĺžka kalibrovacej časti približne 3 až 5.s, avšak u sadových závitníkov dokončovacích, býva kalibrovacia a vodiaca dĺžka až 20.s.

2. Charakteristika súčiastky

2.1 Rezanie závitov závitníkmi

Rezanie závitov závitníkmi je v súčasnosti najpoužívanejšie v bežnej strojárskej praxi. Využíva sa najmä na zhotovenie malých a stredných priemerov.

Závitník je v podstate skrutka s presným profilom závitu, vyrobená z rezného materiálu a prispôsobená na oddeľovanie triesok (obr. 2.11). Závit je prerušený jednou až ôsmimi drážkami vhodného tvaru, aby sa vytvorili uhly rezného klina, čiže uhol čela a uhol chrbta.

Obr. 2.11Závitník

Závitníky sú najbežnejšie používané nástroje na výrobu vnútorných závitov, rovnako závitové čeľuste (závitnice) na výrobu vonkajších závitov.
Ich funkcia je odvodená od vzájomného vzťahu protiprvkov :
Skrutka - matica, takže konštrukcia ich tvarovej kalibrovacej a vodiacej časti sa priamo viaže na profil a rozmery rezaného závitu (vzájomný kontakt bez vôle).

Závit sa reže ručne alebo strojovo. Pri ručnom rezaní v slepých dierach a dierach dlhších ako 1,5 D sa používa súprava závitníkov. Na bežný metrický závit má súprava tri závitníky a na jemné dva. Prvé dva závitníky závit podrezávajú a tretí ho kalibruje. Prvý závitník odoberá 60 %, druhý 30 % a tretí 10 % materiálu. Všetky majú rezný kužeľ, ktorý je pri prvých dvoch závitníkoch súpravy dlhší.

Pri strojovom rezaní závitu má jeden závitník kratší rezný kužeľ s priebežnými aj nepriebežnými drážkami alebo maticové závitníky na priechodné diery s dlhým rezným kužeľom.

Opotrebované nástroje sa ostria tanierovými tvarovými brúsnymi kotúčmi. Uhol čela γ0 sa nastavuje nasunutím osi závitníka o hodnotu h od roviny brúsneho kotúča (obr. 2.12 a)

kde D je veľký priemer závitníka.
Ostrenie chrbtovej časti rezného kužeľa je na obr.

2.12 b.
Závitníky, podobne ako vrtáky, pri rezaní namáha krútiaci moment na pomerne malom priereze. V prevádzkovej praxi sa pri strojovom rezaní používajú upínacie hlavice s poistným zariadením podľa vopred nastavovanej hodnoty krútiaceho momentu riadenej predpätím pružiny. Ide o ochranné systémy pred zalomením nástroja.

Obr. 2.12Ostrenie závitníka

a - nastavenie závitníka na ostrenie uhla čela γ0, b - ostrenie chrbtovej časti rezného kužeľa, - nábehový rezný kužeľ, h - podbrúsenie chrbtovej plochy

Delenie prídavku na vyrezanie profilu závitu sa uskutočňuje uplatnením hlavných rezných hrán umiestnených na reznom kuželi hrebienkového rezného klina, ako je to analyzované v kapitole 1.4. hrúbku rezu teda ovplyvňujeme voľbou uhla nastavenia a počtom rezných klinov (zubov) nástroja, prípadne tiež rozdelením úberu prídavku do viacerých rezných sekcií.

Pretože hlavná rezná hrana sa nezúčastňuje tvorenia obrobeného profilu, tieto nástroje umožňujú optimalizovať geometriu hlavného rezného klina podľa vzťahu k obrobiteľnosti materiálu obrobku. Geometria čela vyplýva z voľby profilu drážok nástroja a ich priebehu (priame drážky, drážky v skrutkovici). Geometria hlavného chrbta je určená veľkosťou podbrusu chrbtov v reznom kuželi. Vzťahy medzi prvkami geometrie vyjadrujú diagramy nástrojových uhlov (obr. 2.13).

Z rozboru geometrie vyplýva, že uhol sklonu skrutkovice zubov ( a drážok) je zhodný s uhlom γf (ich premenlivosť na rôznych priemeroch di je nevýrazná). Vzťah zmyslu skrutkovice k zmyslu rezu ovplyvňuje kladnosť, či zápornosť uhlov γf a λs. najčastejšie sa na závitníkoch a závitových čeľustiach volia priame drážky, teda γf = 0°, λs = 0°. Závitníky so skrutkovitými zubami uprednostňujú vplyv priebehu zubov na smer odchodu triesok a tzv. "zakusovanie" závitníka, takže pre pravorezné nástroje a priebežný otvor sa volí ľavá skrutkovica (odchod triesok v smere posuvu - pred závitník, vhodné pri

zvislom vretene zhora). Pri rezaní závitu v nepriebežných otvoroch na húževnatých a mäkkých materiáloch je vhodnejšie pre pravorezný závitník voliť pravú skrutkovicu (triesky sa vytlačujú dozadu).

Geometria chrbta na vedľajších rezných klinoch je podmienená funkciou samovoľného vedenia nástroja vo vytváranej závitovej ploche, takže tvarové vedľajšie chrbtové plochy nesmú byť podbrúsené, majú nulové uhly chrbta ° (sú časťami závitovej protiplochy).

Základné technické a konštrukčné predpisy pre normalizované závitníky a závitnice udávajú úvodné časti noriem (STN 22 3002, STN 22 3201).

Závitníky roztrieďujeme podľa viacerých hľadísk :

- podľa spôsobu použitia : strojné - ručné - maticové;
- podľa spôsobu výroby závitovej časti : nebrúsené (sústružené, frézované, valcované) - brúsené;
- podľa upínania : so stopkou (spravidla valcovou so štvorhranom, ale aj kužeľovou, valcovou prehnutou) - nástrčné (spravidla valcový otvor s drážkou pre pero, ale aj kužeľový otvor, alebo čelným unášačom);

Obr. 2.13

- podľa priebehu drážok : s priamymi priebežnými drážkami - so skrutkovými drážkami - s nepriebežnými drážkami;
- podľa zmyslu stúpania závitu : pre závit pravý - ľavý;
- podľa spôsobu usporiadania rezných sekcií : sadové - jednočlenné - stupňovité;
- podľa dĺžky rezného kužeľa : s rezným kužeľom dlhým (pre priebežné otvory, tzv. maticové závitníky) - s rezným kužeľom strednej dĺžky - s rezným kužeľom krátkym (pre nepriechodzie otvory);
- podľa prevedenia reznej a vodiacej časti : s rezným kužeľom vytvoreným zbrúsením závitovej časti v dĺžke rezného kužeľa - s úplným profilom na reznom kuželi - jednočlenné s upraveným rezným kužeľom - s periodicky vynechanými zúbkami na vodiacej časti.

Uvedieme príklady základných konštrukčných prvkov rezného klina : na obr. 2.14 sú profily zubových drážok závitníkov z = 3 a z = 4. skúšky potvrdili, že trojzubový závitník určitého rozmeru má o 10 až 20 % menší rezný moment a vykazuje menší sklon k zadieraniu oproti štvorzubovému (nevýhoda : obtiažnejšie meranie priemerov !). Priemer jadra dj je viazaný požiadavkou pevnosti závitníka. Šírka vodiacich chrbtov (rebier) b nesmie byť príliš veľká - aby nezvyšovala trenie, avšak dostatočná pre dobré vedenie i primeraný počet preostrení ne čelnej ploche drážky. Zmenšenie trenia vo vedení závitníka sa dosahuje miernym kužeľovým zúžením tela závitníka po niekoľkých kalibrovacích profiloch. Zúženie sa volí v hodnotách 0,05 až 0,12 mm na dĺžku 100 mm( nižšie hodnoty pre brúsené závitníky). Tvar zubových drážok má mať dostatočný priestor pre odvádzanie triesky, má zabraňovať vtláčaniu triesky so závitového styku pri vytáčaní závitníka (preto sa musí zachovať ostrá hrana pri prechode drážky do chrbta a nemôže byť podbrúsená chrbtová plocha vodiacej dĺžky závitníka !) a umožniť prívod mazacej kvapaliny. Profil drážky je spravidla určený dvomi polomermi, pričom r1 určuje uhol γp. Uhol čela, uhol chrbta, prípadne uhol sklonu drážky STN nestanovuje. Doporučené hodnoty uhlov γ sú v rozsahu 0° až 3° (tvrdé ocele, liatina, bronz, mosadz) až 20° - 35° (ľahké a mäkké kovy, meď). Uhly chrbtov αp sa doporučujú v rozsahu 3° až 5° (ručné sadové), 4° až 5° (strojné sadové), 6° až 7° (maticové).

Obr. 2.14

Najbežnejšie sa konštruujú závitníky s priamymi drážkami : obr. 2.15 - maticový závitník ručný, obr. 2.16 - závitník so zavádzacou časťou. Rezná dĺžka maticových závitníkov je oproti sadovým závitníkom veľmi veľká.

Uhol nastavenia je malý, určuje sa výpočtom podľa vzťahov z 1.4, pre zvolenú hodnotu hrúbky rezu na zub az, ktorá sa podľa obrobiteľnosti môže pohybovať v rozmedzí 0,02 až 0,15 mm. Dĺžka rezného kužeľa l1 sa spravidla pohybuje na úrovni 0,6 až 0,75 l2 (dĺžka závitovej časti).

Závitníky so zubami v skrutkovici majú znížený rezný odpor, zlepšuje sa odvod triesok. Volí sa uhol sklonu ω = 10° až 16°, pre ľahké kovy ω = 25° až 30°. Pre zvlášť húževnaté materiály sa používajú závitníky s nepriebežnou drážkou (obr. 2.17). zubová drážka je iba v prednej časti závitníka, približne na

dvojnásobnej dĺžke rezného kužeľa, priestorove vyklonená pod uhlami λs, ω, čo umožňuje plynulý prechod triesok pred závitník. Závitník sa vyznačuje tuhosťou, výkonom a životnosťou pri obrábaní materiálov pevnosti nad 700 MPa.

Obr. 2.15

Obr. 2.16
Obr. 2.17

2.2 Triedenie závitníkov

Rozdelenie závitníkov do skupín je prehľadne spracované v tab. 1, z ktorej je zrejmý spôsob tvorenia jednotlivých skupín.

Tab. 1 Triedenia závitníkov

Závitníky delíme :
a) podľa druhu závitu :metrický,trubkový,lichobežníkový rovnoramenný, lichobežníkový nerovnoramenný, oblý, Whitworthov, zvláštne druhy (Löwenherzov, Bodmerov atď.)
b) podľa zmyslu stúpania závitu : pravý, ľavý
c) podľa počtu chodov : jednochodý, viacchodý
d) podľa tvaru telesa obrobku :valec, kužeľ
e) podľa spôsobu použitia : ručný, strojný
f) podľa spôsobu prevedenia : celistvé, so vsádzanými zubami

Závitníky ďalej delíme :
a) podľa presnosti závitníka (pre metrické závity) - stupeň lícovania :
0, ISO 1, ISO 2, ISO 3, 2N, 3N
b) podľa materiálu britu :
nástrojová oceľ,
rychlorezná oceľ,
spekaný karbid,
brity môžu byť povlakované alebo nepovlakované
c) podľa prevedenia zubových drážok :
priebežné priame,
priebežné v skrutkovici pravej alebo ľavej,
nepriebežné,
s odvodom triesok telesom závitníka

Ďalšie triedenie závitníkov je uvedené v časti 2.1.

2.3 Východzí povrch nástroja

Teoretický profil závitu závitníka je daný menovitým profilom závitu matice. Pri stanovení skutočného tvaru a rozmerov závitov závitníka je nutné vziať do úvahy presnosť rezaného závitu matice a tolerancie rozmerov závitov nástroja.

2.4 Postup výpočtu konštrukčných prvkov

1. Vonkajšie priemery nástroja, t.j. veľký, stredný a malý priemer kalibrovacej časti závitníka, sa volí podľa veľkosti a požadovanej presnosti rezaného závitu, t.j. v závislosti na polohe a veľkosti tolerančného poľa závitu matice.

Pre bežné presnosti závitov a obrábané materiály sa stredný priemer závitu závitníka obecné volí v rozsahu 70 až 80% tolerančného poľa stredného priemeru závitu matice. Hodnoty pre závitníky na rezanie metrických závitov sú v STN 22 3007, pre závitníky na rezanie Whitworthového a trubkového valcového závitu v STN 22 3008.

2. Stúpanie a tvary bokov závitov závitníka
Tolerancie stúpania a uhla boku závitu závitníka sú pre M, W, Tr uvedené v už citovaných STN. Pre špeciálny výkresový závit je vhodné vychádzať z pravidla : Tolerancia rozmerov nástroja má byť o radu presnejšia , ako je tolerancia rozmerov obrobku.

3. Materiál britov a telesa nástroja
Vo väčšine prípadov sa zhoduje materiál britov a materiál telesa závitníkov, iba u závitníkov s britmi so spekaných karbidov môžu byť obe materiály odlišné. U závitníkov, ktoré majú brity zhotovené so spekaných karbidov, sa teleso nástroja vyhotoví z vhodnej nástrojovej ocele. Vzhľadom k ďalším počítaným konštrukčným prvkom je nutné určiť pevnostné charakteristiky materiálov britu a telesa, t.j. dovolené namáhanie v ohybe a krute.

4. Rozdelenie úberu materiálu ne jednotlivé zuby
Správna voľba tohto konštrukčného parametra ovplyvňuje pozitívne prácu závitníka a súčasne určuje prácnosť jeho výroby a údržby (ostrenia). Pri návrhu a konštrukcii závitníkov sa využívajú všetky druhy schém úberu materiálu - profilové, postupné, diferencované, striedavé profilové, zmiešané profilové a postupné.

5. Geometrické parametre britov
Podľa typu závitníka je nutné stanoviť uhol čela, chrbta, nastavenia hlavného ostria (príp. rezného kužeľa), uhol sklonu zubových drážok, sklonu ostria a uhol sklonu dna drážky. Uhol sklonu dna drážky ωz sa volí u závitníkov s nepriebežnými drážkami pre zväčšenie zubovej medzery v oblasti rezného kužeľa v rozsahu 8 až 15°, uhol sklonu ostria λd sa volí 4 až 8° ( väčšie hodnoty pre väčšie priemery závitníkov)

Obr. 2.41

Zmysel uhla sklonu zubových drážok λ má vplyv na smer odchodu triesky. Keď volíme uhol sklonu λ kladný (obr. 2.42a), odchádzajú triesky smerom ku stopke, keď volíme záporný uhol (obr. 2.42b), odchádzajú triesky pred závitník. Kladný uhol sklonu zubových drážok sa používa predovšetkým pre rezaní do nepriechodných dier, záporný uhol pri rezaní závitov do priechodných dier (záporný uhol λ vykazuje menší krútiaci moment).

Obr. 2.42 a) b)

6. Počet zubov zw sa volí podľa druhu rezaného závitu a podľa vonkajšieho priemeru závitu.

7.

Šírka zubov (hrebienka) nesmie byť príliš veľká, aby nezvyšovala krútiaci moment zaťažujúci závitník (trenie nástroja o obrobok), ani príliš malá, lebo musí zaistiť dostatočnú pevnosť zubov, potrebný počet preostrení a dobré vedenie nástroja pri práci.

8. Tvar a veľkosť pracovného priestoru zubovej medzery - pri ich stanovení vychádzame z priestorových rozmerov odoberanej triesky.

9. Priemer nástroja na čele - s ohľadom na dobré zavedenie závitníka do diery platí :
závitník na metrický závit (obr. 2.11a) dč = Dot - 0,1s
kde s je stúpanie závitu
10. Dĺžka rezného kužeľa - z obrázka 2.11a vyplýva

11. Dĺžka kalibrovacej časti - sa stanoví zo vzťahu
lk = lz - lr
kde lz je celková dĺžka závitovej časti, ktorá je pre jednotlivé typy závitníkov udávaná v príslušných štátnych normách.

12. Upínacia časť sa volí podľa typu upínača nástroja používaného na danom obrábacom stroji, rozmery sa volia podľa typu a veľkosti závitníka. Konkrétne hodnoty sú pre závitníky uvedené v STN 22 3010 až 22 3097.

13. Kontrola pevnosti nástroja - podľa skúseností z praxe dochádza u závitníkov ku strate jeho funkčnej schopnosti z dôvodov prekročenia pevnosti nasledujúcich konštrukčných prvkov :
- brit - dôjde k vyštiepeniu ostria (alebo zuba) na brite zuba (obr. 2.43a)
- zub (hrebienok) - dôjde k vylomeniu časti alebo celého závitového hrebienka (obr. 2.43b)
- teleso nástroja - praskne závitník vplyvom prekrútenia (obr. 2.43c)
Obr. 2.43 Obr. 2.44

Vzhľadom k tomu, že vyššie uvedené konštrukčné prvky sú tvarovo zložité, je možné podľa súčasných znalostí previesť iba orientačné kontrolné výpočty, založené na silno zjednodušených predpokladoch. Aj cez túto skutočnosť je však nutné v každom prípade skontrolovať pevnosť uvedených konštrukčných prvkov.
Pred výpočtom je nutné stanoviť charakter, veľkosť, smer a zmysel zaťažujúcich síl (obr. 2.44) pri výpočte počítame iba so zložkou reznej sily Fc, vplyv zložiek Ff a Fp zanedbávame. Veľkosť zložky Fc pôsobiacu na jeden zub určíme zo vzťahu :

kde Mk je krútiaci moment zaťažujúci závitník.

2.5 Zaťažujúce činitele

·Krútiaci moment vretena obrábacieho stroja
·Rezné sily
·Teplo vznikajúce pri rezaní
·Podmienky rezania : hĺba rezu, rezná rýchlosť, posuv
·Tuhosť technologickej sústavy a kmitanie sústavy
·Spôsob zaťaženia nástroja ( rezanie závitov : namáhanie na krut a vzper )

3.

Stanovenie požiadaviek na vlastnosti materiálu súčiastky

Základným predpokladom pre správnu voľbu rezného materiálu, ktorá zabezpečí splnenie technologických požiadaviek na akosť obrobenej súčiastky, maximálnu výrobnosť a ekonomiku operácií sú ich vlastnosti.

Z hľadiska vysokej výrobnosti, rýchlorezné ocele umožňujú pracovať s veľkými posuvmi a relatívne vysokými reznými rýchlosťami. Vysokú výrobnosť rezania pri konštantnej trvanlivosti a hĺbke rezu, ako aj pri plnom využití nástroja možno dosiahnuť tak, že sa pracuje veľkými posuvmi. Zvýšenie reznej rýchlosti, ak je príčinou zníženia posuvu, znižuje výrobnosť. To však platí len pre plné využitie rezného materiálu. Ak pri určitom posuve nie je rezný materiál celkom využitý z dôvodov nízkej reznej rýchlosti, možno jej zvýšením zvýšiť aj výrobnosť. To znamená, že pri hrubovacích operáciách je zvyšovanie výrobnosti rezania výhodné predovšetkým cestou zvyšovania posuvu a pri hladení zavádzaním a používaním rezných materiálov, ktoré pripúšťajú vysoké rezné rýchlosti.

Ďalšou, nemenej dôležitou požiadavkou kladenou na rezný materiál je rozmerová presnosť súčiastky. Pre rozdielne fyzikálno – mechanické vlastnosti rezných materiálov bude presnosť obrobenej súčiastky rozdielna. Na túto rozdielnosť vplývajú najmä tieto činitele:

1. Deformácia technologickej sústavy reznými silami.
Rozdielne fyzikálno – mechanické vlastnosti jednotlivých druhov rezných materiálov si vyžaduje rozdielnu geometriu rezného klina. Geometria nástroja podstatne ovplyvňuje rezné sily a tie podľa svojej veľkosti vyvolávajú deformácie, ktorých veľkosť sa prejaví ako zložka na výslednej nepresnosti. Teda je potrebné voliť materiály, ktoré dovoľujú veľké kladné uhly čela a majú nízky koeficient trenia.

2. Teplotné deformácie technologickej sústavy.
Množstvo vyvinutého tepla pri rezaní a jeho rozdelenie vplývajú na teplotu noža, obrobku a stroja. Výrazný je najmä vplyv na teplotu noža a obrobku. Materiály, ktoré pracujú s vysokými reznými rýchlosťami vyvolávajú veľké ohriatie obrobku, či noža, majú taký vplyv na stupeň nepresnosti, že s ním treba počítať.

3. Rozmerové opotrebenie nástroja.

Tento činiteľ najviac vplýva na presnosť obrobených súčiastok. Všeobecne možno povedať, že rýchlorezné ocele majú výhodné charakteristiky rozmerového opotrebenia.

Z významných požiadaviek kladených na rezné materiály je ich vplyv na drsnosť povrchu. Zvláštnosti charakteristík deformácie z hľadiska vplyvu rezného materiálu pri obtekaní rezného klina obrábaným kovom sa prejavujú aj drsnosťou obrobeného povrchu. Tieto zvláštnosti vyplývajú z rozdielností fyzikálno – mechanických vlastností rezných materiálov ako aj rozdielneho stavu ostria v procese rezania. Zabrzdená vrstva a nárastok sa v procese rezania dynamicky menia a ich podiel pri vytváraní drsnosti zodpovedá tejto dynamike.

Špecifickosť vplyvu rezného materiálu na drsnosť možno zhrnúť takto :

1.Zmena mikroprofilu reznej hrany vytvárajúcej obrobený povrch je pri rôznych materiáloch rôzna.

2.Možno predpokladať rozdielnosť zmien, ktoré sa v súvislosti s opotrebením ostria prejavujú v obtekaní rezného klina nástroja deformujúcim sa obrábaným kovom. Zhoršenie mikrogeometrie dotykových plôch nástroja a zdrsňovanie reznej hrany pribrzďujú kov, ktorý vytvára obrobený povrch. Plasticky deformovaný kov zaplňuje mikropriehĺbeniny na reznom nástroji a mikronerovnosti nástroja sa kopírujú na obrobený povrch.

3.Vysoká teplota vznikajúca v zóne rezania vyvoláva nalepovanie drobných čiastočiek na obrobený povrch.

Veľmi dôležitým činiteľom pre výber rezného materiálu je aj obstarávacia cena nástoja.

4. Výber materiálu - prepis normy

4.1 Voľba materiálu

Najdôležitejšia vlastnosť rezných nástrojov je nepochybne ich schopnosť rezať. Z hľadiska nástrojového materiálu zahŕňa tento pojem schopnosť pri dostatočnej húževnatosti zachovávať pevnostné charakteristiky za vysokých teplôt a odolávať opotrebeniu v mieste styku britu nástroja s obrobkom a
odchádzajúcou trieskou. Podiel a význam jednotlivých faktorov nemožno všeobecne jednoznačne stanoviť pre vzájomné tesné väzby a premenlivé okolité podmienky. Maximum tvrdosti , ktoré je hrubým merítkom odolnosti proti popúšťaniu a odolnosti proti opotrebeniu, a maximum húževnatosti nie sú totožné a vyžadujú voľbu vhodného kompromisu medzi danými vlastnosťami alebo rôznymi nástrojovými materiálmi. Limitujúca úloha pevnostných vlastností, ktoré je nutné zachovať aj na úkor schopnosti rezať, sa prejavuje hlavne u monolitných exponovaných nástrojov. Táto skutočnosť spolu s rýchlo vzrastajúcou cenou a deficitom základných legujúcich prvkov a s pokrokmi v práškovej metalurgii podporuje rýchly rozvoj konštrukcie skladaných nástrojov. Druhým hlavným smerom zvyšovania trvanlivosti britov nástroja je vytváranie aktívnych vrstiev alebo povlakov na funkčných elementoch i celých nástrojoch.

Voľba vhodného typu nástrojového materiálu špecifických vlastností je ovplyvnená radou činiteľov, ku ktorým patrí :
a) konštrukcia nástroja (monolitný, spájkovaný, skladaný a pod.);
b) namáhanie britov aj nástroja ako celku, ovplyvnené hlavne obrobiteľnosťou materiálu obrobku, reznými podmienkami a prostredím, charakterom práca a tuhosťou sústavy stroj - nástroj - obrobok - upínač;
c) požadovaný výkon alebo trvanlivosť nástroja;
d) dostupnosť zvoleného materiálu, tvaru a rozmeru polotovaru alebo rezného elementu;
f) cena materiálu, ktorého význam klesá u zložitých a unikátnych nástrojov;
g) dostupnosť zariadenia pre tepelné alebo chemicko - tepelné spracovanie.

Uvedený prehľad naznačuje, že voľba optimálneho nástrojového materiálu je náročná úloha, komplikovaná zmenami tržnej dostupnosti a cenovou variabilitou. Pre niektoré druhy nástrojov a operácií sa ponúka voľba rôzne výkonných materiálov. Takáto situácia vyžaduje vedľa posúdenia faktorov a) až g) tiež optimalizovať náklady na obrábanie a zvážiť obmedzenie dané strojom a organizáciou pracoviska.

Efektívnosť obrábania v značnej miere závisí od správne zvoleného rezného materiálu a prostredia, v ktorom prebieha obrábanie. Rezné materiály prešli zložitým historickým vývojom, ktorý podmieňoval zmenu ich kvantitatívnych charakteristík :
·Odolnosť proti opotrebovaniu;
·Odolnosť proti vysokým teplotám, ktoré vznikajú pri obrábaní;
·Pevnosť;
·Odolnosť proti tepelným nárazom;
·Tvrdosť.

Súčasne po dosiahnutí hraničných hodnôt týchto charakteristík pri určitých rezných materiáloch nastali vo vývoji kvalitatívne nové zmeny. Súčasný stav preto dokumentuje nasledujúce rozdelenie rezných materiálov :
·Nástrojové ocele;
·Spekané karbidy;
·Rezná keramika;
·Super tvrdé rezné materiály.

Nástrojové ocele - ide o materiály vhodné na výrobu rezných nástrojov, ktoré pracujú pri teplotách do 250 °C, čiže najmä na nástroje na ručné obrábanie. Tvrdosť po zakalení je 63 až 65 HRC. Vyrábajú sa ocele :
- Uhlíkové bez legujúcich prvkov;
- Nízkolegované s obsahom legujúcich prvkov do 2%;
- Stredne legované s obsahom legúr 2,1 až 5%;
- Vysokolegované (rýchlorezné ocele) s obsahom legúr nad 5%.

Z vyššie uvedených požiadaviek na materiál závitníka M8 v kapitolách 3. a 4.1 volím materiál - rýchloreznú oceľ 19 852.

Voľba polotovaru : Kruhová tyč KR d - l STN 42 5510
Konečný stav spracovania :Žíhaný na mäkko, Kalený a popúšťaný

4.2 Charakteristika materiálu

Oceľ 19 852 - rýchlorezná vysoko výkonná Mo - W - Co nástrojová oceľ

Tieto ocele obsahujú 0,65 až 1,45% C a sú vysoko legované prvkami Cr, W, Mo, Co. Vplyv legúr na ich vlastnosti je v tab. 2.
Chemické zloženie ešte nezaručuje dobrú akosť nástrojových ocelí. Dôležitým činiteľom je ich tepelné spracovanie.

Tab.

2 Vplyv legujúcich prvkov na vlastnosti rýchlorezných ocelí
PrvokZvyšujeZnižuje
Codolnosť proti opotrebovaniuhúževnatosť
Mnhĺbku prekalenia a sklon k prehriatiurýchlosť kalenia
Sipevnosť pri vyššej teplote
Crpevnosť a prekaliteľnosťdeformačnú rýchlosť pri kalení
Nipevnosť pri vyšších teplotách, húževnatosť, prekaliteľnosťtvrdosť, rýchlosť kalenia
Moreznú schopnosť, odolnosť proti opotrebovaniu
pri vyšších teplotách
Vjemnosť zrnatvrdosť pri popúšťaní
Corýchlosť chladenia, stálosť a tvrdosť za tepla
Wjemnosť zrna, dobrú kaliteľnosť, reznú schopnosť
aj pri vyšších teplotách

Rýchlorezné ocele sa používajú na obrábanie vtedy, keď sa rezné sily menia amplitúdovo aj frekvenčne. To znamená všade tam ,kde je najdôležitejšia vysoká húževnatosť a odolnosť proti mechanickému a tepelnému nárazovému namáhaniu. Vzhľadom na základné vlastnosti sa RO používajú až do reznej rýchlosti 20 až 50 m.min-1.

Napriek prognózam o predpokladanom výrazne klesajúcom trende používania týchto ocelí (podľa niektorých firiem, ktoré ich vylučujú z výrobných programov a nahradzujú spekanými karbidmi, cermetmi a ďalšími reznými materiálmi), zostávajú aj naďalej dôležitým rezným materiálom v strojárskej výrobe. Limitná teplota rezania nástrojmi z RO je 550 až 630 °C.
Vývoj nástrojov z RO sa sústreďuje do troch oblastí :
·vývoj chemického zloženia ocelí vyrábaných klasickou technológiou;
·vývoj nových technológií výroby (napr. metódami práškovej metalurgie);
·nanášanie oteruvzdorných povlakov.

Trvanlivosť závitorezných nástrojov závisí aj od nástrojového materiálu a jeho tepelného spracovania. So zreteľom na pracovné podmienky a vlastnosti obrábaného materiálu možno ich trvanlivosť predĺžiť voľbou výkonnejšieho nástrojového materiálu.

Pri požití rýchlorezných ocelí pri konštrukcii závitníka na trvanlivosť veľmi vplýva presné dodržiavanie určených kaliacich a popúšťacích teplôt a počet aj čas popúšťacích cyklov. Ak sa austenitizačné podmienky (teplota, čas) nedodržia, zvyškový austenit sa neodstráni, a to sa prejavuje vyštrbovaním rezných hrán a lámaním závitníkov.

Od ocelí na nástroje sa požaduje vysoká tvrdosť, rezivosť, odolnosť proti opotrebeniu, schopnosť dlho si zachovať ostrie, stálosť rozmerov, odolnosť proti popúšťaniu, húževnatosť. Vzhľadom na tieto požiadavky väčšinou obsahujú vysoký podiel uhlíka a vyžadujú starostlivejšie tepelné spracovanie.

Rýchlorezné ocele sú vhodné na nástroje pracujúce pri veľkých rezných rýchlostiach. Majú 0,7 - 0,9% C, hlavné zliatinové prvky sú W - 10 až 18%, Cr - 1 až 4%, najvýkonnejšie rýchlorezné ocele majú časť W nahradenú Mo - až 5%, prípadne obsahujú aj Co - 3 - 10%. Tým sa dosahujú stabilné vlastnosti až do 650 °C. takéto zloženie vyžaduje starostlivé tepelné spracovanie : kaliaca teplota 1260 až 1300 °C, krátka výdrž na teplote (asi 100s). Po kalení nasleduje dvoj - až trojnásobné popúšťanie (560 - 580 °C), aby sa dostatočne vylúčil uhlík zo zvyškového austenitu a vytvorili vhodné rozptýlené karbidy.

Obsah zvyškového austenitu sa môže znížiť u nástrojov presných tvarov a meradiel zmrazovaním.

19 852

- je to oceľ tvárnená, nástrojová, rýchlorezná
- polotovary a výrobky z tejto ocele sú dodávané vo forme : tyče a výkovky
- prevedenie : valcované, kované
- tvrdosť podľa Brinella HB : max 275
- tvrdosť podľa Rockwella HRC : min 62 - 63
- priemer kruhovej tyče môže byť od 5,5 do 34 mm s medznými odchýlkami +0,4 -0,1 mm

Chemické zloženie ocele 19 852 v hm % :

C Mn Si P S Cr Ni Mo V W Co
0,80 0,45 0,45 0,035 0,035 3,80 4,50 1,50 5,50 4,30
0,90 4,605,50 2,20 7,00 5,20

- Hutnícka značka (POLDI) : Maximum Special 75 Mo
- Skupina podľa výkonnosti : I. vysoko výkonné

Norma : STN 41 9852

Mechanické vlastnosti :
- za tepla valcované tyče, stav 4 : HRC min. 66, Medza pevnosti v ohybe Rmo min 3900MPa;
- brúsené tyče, stav 4 : HRC min 66, Medza pevnosti v ohybe Rmo min 3900 MPa;
- trieda odpadu : 195.

Zahraničné ekvivalenty : Značka Norma
·Česká republika19 852ČSN 41 9852
·EUROHS 6-5-2-5EN 96-79
·ISOHS 6-5-2-5ISO 4957
·JaponskoSKH55JIS G4403-89
·NemeckoHS 6-5-2-5DIN 17350-80; 1.3243
·Veľká BritániaBM35BS 4659-89
·ČínaW6Mo5Cr4V2Co5GB 9943-88
·RuskoR6M5K5GOST 19265-73

Použitie :
- vysoko výkonné rezné nástroje s veľkou rezivosťou pri zvýšených nárokoch na húževnatosť a trvanlivosť;
- vhodná na veľmi namáhané nástroje k obrábaniu ocele a ocele na odliatky o vysokej pevnosti, materiálov ťažko obrobiteľných, tvrdé šedé liatiny apod.;
- závitníky, frézy, vrtáky, výstužníky, výhrubníky, záhlbníky apod.

5. Záver

Rezanie závitov závitníkmi je v súčasnosti najpoužívanejšie v bežnej strojárskej praxi. Využíva sa najmä na zhotovenie malých a stredných priemerov.
Reznú schopnosť nástroja a jeho dokonalosť posudzujeme podľa jeho rezných vlastností. Priebeh rezania závitu a vhodnosť použitia závitového nástroja sa posudzuje najmä podľa veľkosti vzniknutého krútiaceho momentu.
Podľa praktických skúseností veľkosť krútiaceho momentu nie je jednoznačným a jediným ukazovateľom vhodnosti závitorezného nástroja.
Pri rezaní závitov sú okrem veľkosti krútiaceho momentu rozhodujúcim ukazovateľom vhodnosti a dokonalosti nástroja predovšetkým tieto charakteristiky :
·Opotrebovanie, trvanlivosť a životnosť nástroja;
·Tvar a odchod triesky;
·Dodržiavanie určenej presnosti a akosti závitového otvoru.
Na zníženie opotrebovania a zvýšenie trvanlivosti a životnosti nástroja sú rozhodujúce optimálne pracovné podmienky, materiál nástroja a obrobku a takisto aj akosť povrchovej vrstvy závitorezného nástroja. Optimálne pracovné podmienky podmieňuje nielen voľba vhodného typu nástroja a reznej rýchlosti, ale aj použitie účinnej reznej kvapaliny, správna upnutie nástroja a obrobku a dokonalá údržba nástroja.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk

Závitník M8 pre ručné rezanie závitov