Čo a Vrták Je: Definícia a základná funkcia
Vrták je rezný nástroj namontovaný vo vŕtačke alebo ručnej vŕtačke, ktorý odstraňuje materiál a vytvára valcové otvory. Nástavec sa otáča rýchlosťou pri axiálnom vtláčaní do obrobku; rezné hrany na hrote odstrihávajú materiál, ktorý je súčasne odvádzaný cez špirálové drážky pozdĺž tela vrtáka. Vrták sa líši od samotného vrtáka — vŕtačka je zdrojom energie a pohybovým mechanizmom, zatiaľ čo vrták je vymeniteľný rezný prvok, ktorý sa dotýka a odoberá materiál.
Základná geometria vrtáka zahŕňa tri kritické vlastnosti: vrcholový uhol na hrote (ktorý určuje, ako sa vrták vycentruje a iniciuje rez), uhol špirály drážok (ktorý určuje účinnosť odvádzania triesok a agresivitu rezania) a geometriu reznej hrany (ktorá definuje, ako sa materiál strihá a nie trhá). Tieto tri parametre, rôzne vyvážené medzi typmi vrtákov, zodpovedajú za širokú škálu konštrukcií vrtákov dostupných pre rôzne materiály a aplikácie.
Staroveký pôvod: Vŕtanie pred kovovými nástrojmi
Akt vŕtania predchádza zaznamenanú históriu o desiatky tisíc rokov. Archeologické dôkazy ukazujú, že raní ľudia používali špicaté kamene, pazúrikové vločky a zvieracie kosti na vŕtanie dier do lastúr, parohov a mäkkých skál už od r. Pred 35 000 – 40 000 rokmi , predovšetkým na výrobu korálikov a ozdôb. Boli to ručne otáčané nástroje – operátor pritlačil hrot proti povrchu a otáčal ním medzi dlaňami, pričom sa úplne spoliehal na ľudské úsilie a brúsnu činnosť.
Lukový vrták predstavoval prvý významný mechanický pokrok, ktorý sa objavil v Mezopotámii a Egypte Pred 6 000 – 7 000 rokmi . Tetiva luku bola ovinutá okolo vertikálneho vretena; ťahaním luku dopredu a dozadu sa vreteno rýchlo otáčalo v striedavých smeroch, čím sa do obrobku pod ním vrazil hrot z kameňa alebo tvrdého dreva. Lukové vŕtačky umožňovali stavbu drevených spojov, vŕtanie kamenných korálikov na šperky a čo je najdôležitejšie, vytváranie ohňa trením — ten istý nástroj slúžil na konštrukčné účely aj na účely prežitia.
Egyptskí remeselníci používali medené rúrkové vrtáky s abrazívnym pieskom už v r 3 000 pred Kristom do dutej žuly a čadiča na nádoby a architektonické prvky. Egypťania pochopili, že rezanie pochádza z brúsneho materiálu, nie z materiálu samotného vrtáka – medená rúrka jednoducho vyvíjala tlak a rotáciu, zatiaľ čo mokrý piesok brúsil kameň, čo je princíp stále používaný v modernom jadrovom vŕtaní s diamantovým brusivom.
Stredoveký a raný priemyselný vývoj
Oporný vrták – ručne kľukový nástroj s rámom v tvare U, ktorý umožňoval nepretržitú jednosmernú rotáciu – sa objavil v severnej Európe okolo r. 15. storočia a predstavoval prvý nástroj schopný trvalého rotačného vŕtania bez pohybu lukového vrtáka tam a späť. Rovnátka používala vymeniteľné lyžicové nástavce a neskôr otočné nástavce a zostali štandardnými nástrojmi na spracovanie dreva až do 20. storočia.
Priemyselná revolúcia zmenila vŕtanie z remeselnej techniky na presný výrobný proces. Zavedenie liatinové a oceľové obrábacie stroje na konci 18. storočia umožnilo vŕtanie dier rovnakých priemerov a hĺbok, čo je predpokladom pre výrobu zameniteľných dielov, ktorá bola základom priemyselnej hromadnej výroby. James Nasmyth a ďalší inžinieri z 19. storočia vyvinuli vŕtacie lisy s mechanizovaným posuvom a reguláciou rýchlosti, čím sa znižuje fyzická záťaž operátora a umožňujú sa opakovateľné výsledky.
Štandardná geometria špirálového vrtáka, ktorá sa dnes používa prakticky pri vŕtaní do všetkých kovov, bola patentovaná Ambrosom Swaseym a komerčne vyvinutá Stephenom Morsom v roku Spojené štáty v 60. rokoch 19. storočia . Morseov dizajn špirálovej drážky – stále dominantná geometria vrtákov o 160 rokov neskôr – poskytoval oveľa lepší odvod triesok v porovnaní s lyžicou a plochými vrtákmi, ktoré mu predchádzali, čo umožnilo hlbšie otvory pri vyšších rýchlostiach posuvu bez upchávania a zasekávania.
20. storočie: Vysokorýchlostné oceľové, karbidové a elektrické vŕtačky
Rozvoj rýchlorezná oceľ (HSS) na prelome 20. storočia bol najdôležitejším pokrokom v materiáli vrtákov od prijatia kalenej ocele. HSS – zliatina železa, volfrámu, chrómu a vanádu – si zachováva svoju tvrdosť pri teplotách do približne 600 °C v porovnaní s približne 200 °C v prípade obyčajnej uhlíkovej ocele. To umožnilo vŕtanie reznými rýchlosťami dvakrát až trikrát rýchlejšími, než bolo možné predtým, čím sa dramaticky zvýšila produktivita obrábania v továrňach na začiatku 20. storočia.
Slinutý karbid volfrámu, vyvinutý v Nemecku v 20. rokoch 20. storočia firmou Krupp, predstavil materiál s tvrdosťou približujúcou sa tvrdosti diamantu. Vrtáky s karbidovým hrotom a tvrdokovové vrtáky mohli obrábať kalené ocele, liatinu a abrazívne kompozity, ktoré rýchlo ničili nástroje HSS. V 50-tych rokoch boli vymeniteľné doštičky z tvrdokovu a vrtáky so spájkovaným hrotom štandardom vo vysoko produkčnom obrábaní. dnes tvrdokovové mikrovrtáky s priemerom len 0,1 mm sú rutinné vo výrobe PCB a výrobe presných zdravotníckych pomôcok.
Zavedenie prenosnej elektrickej vŕtačky, ktorej priekopníkom bol Wilhelm Fein z Nemecka v r 1895 a široko prístupný spotrebiteľským modelom Black & Decker v roku 1916 – priniesol schopnosť vŕtania zo strojárne, na staveniská a do domácností. Akumulátorová vŕtačka, komercializovaná od 60. rokov 20. storočia a transformovaná technológiou lítium-iónových batérií v roku 2000, dokončila demokratizáciu vŕtania, vďaka čomu je vytváranie otvorov na profesionálnej úrovni dostupné každému používateľovi.
Moderná technológia vrtákov a súčasné smery
Súčasný vývoj vrtákov sa zameriava skôr na povlaky, optimalizáciu geometrie a špecializované materiály než na zásadné zmeny dizajnu. Povlaky z nitridu titánu (TiN), nitridu titánu a hliníka (TiAlN) a uhlíka podobného diamantu (DLC) aplikované procesom fyzikálnej depozície z pár (PVD) znižujú trenie, zvyšujú tvrdosť povrchu a predlžujú životnosť nástroja faktormi o 3× až 10× v porovnaní s nepotiahnutými ekvivalentmi v náročných aplikáciách.
Vrtáky z polykryštalického diamantu (PCD) predstavujú súčasný výkonnostný strop pre obrábanie neželezných kovov, ktoré sa používajú pri obrábaní hliníka, uhlíkových vlákien a kremíka v leteckom priemysle, kde požiadavky na povrchovú úpravu a životnosť nástroja presahujú to, čo môže poskytnúť karbid. Pre stavebníctvo a murivo sa technológia polykryštalického diamantu (PDC) – pôvodne vyvinutá pre rotačné vŕtanie v oleji a plyne – presunula do príklepových vrtákov do betónu a kameňa, pričom ponúka výrazne dlhšiu životnosť než bežné doštičky z karbidu volfrámu.
Dopyt
