CZ2016462A3 - Vrtací nástroj, zejména na kompozitní materiály - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vrtacích a vyvrtávacích nástrojů pro obrábění průchozích otvorů v tenkostěnných výrobcích i polotovarech, vyrobených z kompozitních materiálů.

Dosavadní stav techniky

Hlavními představiteli kompozitních materiálů jsou kompozity z vláken uhlíkových a aramidových, ze kterých se vyrábějí extrémně pevné a lehké díly pro konstrukce letadel a raket, užití mají i v automobilovém průmyslu a v ozbrojených složkách - neprůstřelné vesty. Obvykle jedna ze součástí kompozitu dodává výrobku pevnost a druhá slouží jako pojivo. Přednosti kompozitních materiálů tkví zpravidla především v jejich hmotnosti. Kompozitní materiály se výrazněji nedeformují - jejich mez elasticity odpovídá mezi pevnosti. Vyrábí se i třísložkové kompozity, které tvoří nosná složka - vlákna, střiž, tkanina, termoplastická folie, dále pojivo - reaktoplastické a termoplastické pryskyřice, kaučuky a nakonec plnivo anorganické materiály, jako slída, křemen, sklo a podobně.

Zásadní problém při jejich konstrukčním uplatnění je to, že uvedené vlastnosti lze využít pouze ve stavu, kdy nedojde při zpracován^ a zde především při obrábění, k narušení soudržnosti vláknové struktury s pojivém neboli pokud nedojde k tzv. delaminaci.

Předcházení jevu delaminace lze nejlépe zajistit, pokud se vyvrtávání otvorů provádí metodou frézováním kruhovou interpolaci. Dosažená kvalita je uspokojivá, ale za cenu větší pracnosti. Klasické vrtání různými tvary vrtáků se standardním posuvem ve směru osy rotace se vyznačuje společným negativním jevem, a to odtržení poslední vrstvy vláken ve směru posuvu vrtáku- zmíněná delaminace. Při kontrolní činnosti u těchto operací jsou takto poškozené výrobky nekompromisně vyřazovány dle kritérií výrobkových skupin.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny vrtacím nástrojem, zejména na kompozitní materiály, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že obsahuje vrtací část, na kterou navazuje kuželovitá část opatřená hrubovacími zuby s alespoň dvěma hlavními zubovými drážkami ve tvaru zpětné šroubovice. Hrubovací zuby jsou opatřeny protisměrnými drážkami. Kuželovitá část přechází do válcové části s kalibračními zuby s břity s fazetami, která má jmenovitý rozměr vrtáku. Na válcovou část navazuje upínací stopka.

Vrtací část je s výhodou tvořena jednobřitým kuželovitým hrotem s podbroušeným břitem.

Jako prostředek proti delaminaci kompozitu využívá po provrtání vrtacího hrotu skrz pozvolně se rozšiřující tělo střední části vrtáku jako hrubování s minimální škodlivou axiální složkou řezné sily, a navíc šroubovými drážkami během rotace vrtáku rozšiřuje otvor směrem od spodu proti směru posuvové rychlosti. Ve své konečné řezné části zavádí kalibrační břity s válcovými fazetami na způsob výstružníku.

Při variantě s ostrou hranou anebo jen nepatrnou válcovou fazetou v kalibrační části je možno pracovat postupem - provrtat skrz a frézovat například nekruhové tvary.

Objasnění obrázků na výkresech

Vrtací nástroj, zejména na kompozitní materiály podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je schématické znázornění poškozené spodní vrstvy obrobku standardními vrtáky. Na Obr. 2 znázorněno rozdělení vrtacího nástroje dle vynálezu na tři pásma. Na Obr. 3 je znázorněn vrtací nástroj v pracovní pozici. Na Obr. 4 jsou znázorněny obě varianty smyslu šroubovice levá, pravá, jinak sklonu ostří, sklon ostří negativní, pozitivní.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozsah funkčních rozměrů vrtacího nástroje není omezen jinak, než možnostmi výrobního zařízení.

Jednotlivé velikosti jsou pouze lineárně zmenšené či zvětšené. Délky všech tří částí 1, 2 a 3 na obr.3 jsou variabilní dle tloušťky vrtaného kompozitu.

Na obr. 4. jsou vyznačeny dvě možnosti směru zubových drážek 4 a 5. Hlavní drážky 4_mají rozhodující vliv na výsledek delaminace, protože určují směr důležitého úhlu sklonu ostří. Není důležitá jeho velikost - zde 3o°, ale jeho orientace - negativní nebo pozitivní. Rozhodnutí o konkrétní variantě orientace je určen směrem pokládání vláken při laminaci. Vedlejší drážky 5 pouze určují počet řezných hran podél řezné části.

Při otáčení vrtacího nástroje doprava a posuvu směrem dolů se zařízne jednobřitá vrtací část s břitem 9 do materiálu a pouze tato zúžená vrtací část působí ve směru delaminace. Již během této operace materiálem, se dostanou do záběru hrubovací zuby 7 a při otáčkách nástroje ve směru šipky všechny řady hrubovacích zubů 7 šroubovitým pobytem stoupají vzhůru a ihned přeřezávají uvolněná vlákna po vrtací části. Jakmile se všechny hrubovací zuby 7 zanoří do patřičné hloubky, nastupují od shora kalibrační zuby 6. Válcové fazety sice také stoupají vzhůru ale již s nulovým přídavkem a třením na obvodu vtahují dovnitř ve směru posuvu případná nepřeříznutá vlákna. Tímto kombinovaným pohybem posuvu dolů a zároveň šroubovicí vzhůru se dostavuje optimální čistota jak vstupní tak i výstupní hrany otvoru.

Průmyslová využitelnost

Vrtací nástroje podle tohoto vynálezu se mohou používat jako standardní vrtáky na vrtací operace v kompozitu. Velmi zajímavý je dynamický rozvoj kompozitu, který je možno nazvat materiálovou revolucí a který svým nasazením má šanci překonat i někdejší rozvoj používaní aluminia.

Claims (1)

1. Vrtací nástroj, zejména na kompozitní materiály, vyznačující se tím, že obsahuje vrtací část (1), na kterou navazuje kuželovitá část (2) opatřená hrubovacími zuby (7) s alespoň dvěma hlavními zubovými drážkami (4) ve tvaru zpětné šroubovice, které jsou opatřeny protisměrnými drážkami (5), a kuželovitá část (2) přechází do válcové části (3) s kalibračními zuby (6) s břity sfazetami, která má jmenovitý rozměr vrtáku, přičemž na válcovou část (3) navazuje upínací stopka (8).

Vrtací nástroj materiály podle nároku 1, vyznačující se tím, že vrtací část (1) je tvořena jednobřitým kuželovitým hrotem s podbroušeným břitem (9).