Wattový vrták pro vrtání čtvercových otvorů: popis, rozměry

Zvláštností takového trojúhelníku bude, že všechny jeho strany budou mít konstantní šířku, která se rovná délce strany původního rovnostranného trojúhelníku.

Praktický užitek z této skutečnosti čerpal L. Euler, který o tři století později předvedl rotaci takového zaobleného trojúhelníku: nejprve kolem vlastní osy a poté s určitou excentricitou, protože kardanový mechanismus byl již tehdejší vědě a technice znám.

Německý inženýr F. Reuleaux šel v praktickém využití tohoto obrazce ještě dále, když poznamenal, že trajektorie úhlů pohybujícího se trojúhelníku se při určitých způsobech jeho rotace velmi blíží čtverci.

Pouze přímo v rozích čtverce popisuje vnější plocha oblouk, i když o malém poloměru. V moderní technické literatuře se takový trojúhelník nazývá Reuleauxův trojúhelník, ačkoli toto číslo ve skutečnosti žádné úhly nemá.

Čtěte také: Přímá pila – užitečné tipy

Uplyne ještě pár desítek let a Angličan G. Watts vynalezne zařízení, které dokáže poskytnout nástroji pro řezání kovů zaručenou čtvercovou dráhu. Technické řešení vrtačky Watts bylo patentováno v roce 1916 a o rok později začala sériová výroba takových nástrojů.

Vrtačka nebo fréza?

Většina technické veřejnosti se domnívá, že jde o frézu. Výrobci však tento nástroj tvrdohlavě nadále nazývají vrták se čtvercovými otvory, vrták Watts nebo vrták, jehož profil odpovídá trojúhelníku Reuleaux.

Co je správnější? Pokud se podíváme na kinematiku pohybu takového řezného nástroje (pro názornost lze použít schéma na obr. 1), vidíme, že úběr kovu bude prováděn pouze boční plochou a nebude zde jedna řezná rovina, jako u klasického vrtáku, ale čtyři, což je typičtější pro frézy.

Jeden rotační pohyb však nebude stačit k získání čtvercového otvoru.

Jednoduché matematické výpočty (v tomto článku neuvedené) ukazují, že aby „vrták“ pro čtvercový otvor mohl plnit svou funkci, musí při práci popisovat nejen hlavní pohyb rotace břitu, ale také kývavý pohyb vrtačky/frézy kolem určité osy. Oba pohyby musí být provedeny ve vzájemně opačných směrech.

Obrázek 1 – Reuleauxův trojúhelník: a) – konstrukce; b) sled otáčení pro získání čtvercového otvoru.

Úhlová rychlost obou rotací se určuje zcela jednoduše.

Vezmeme-li jako parametr f frekvenci otáčení hřídele vrtačky (nebo příklepové vrtačky), pak pro oscilační otáčení vřetena kolem vlastní osy stačí rychlost 0,625f.

V tomto případě je osa vřetena upnuta mezi pracovní hřídel a hnací kolo, což způsobí kmitání vrtačky/frézy v upínacím zařízení se zbytkovou rychlostí.

(1 – 0,625)f = 0,375f.

Výslednou rychlost otáčení frézy lze přesněji určit pomocí technických charakteristik vrtačky/příklepové vrtačky, ale je jasné, že bude mnohem nižší, než na co byl nástroj původně navržen. Získání čtvercového otvoru proto bude s nižší produktivitou.

Zařízení a princip činnosti

Pro čtvercové otvory s profilem Reuleaux trojúhelník není možné přímo použít frézu/vrták – pro odvod vzniklých třísek jsou potřeba drážky.

Čtěte také: Bořiči mýtů: Nebezpečí plynových zapalovačů

Proto (viz obr. 2) je profil pracovní části nástroje výše popsaný obrázek, ze kterého jsou vyříznuty tři půlelipsy. Tím se dosáhne tří cílů: sníží se moment setrvačnosti vrtáku a zatížení vřetena a zvýší se řezná schopnost frézy.

Obrázek 2 – Aktuální profil pracovní části nástroje

Konstrukce nástroje je následující. Ve skutečnosti pracovní část obsahuje pracovní plochu, která odstraňuje kov a drážky, které odstraňují třísky.

Vrták na čtvercové otvory je vyroben z oceli U8 a kalen na tvrdost HRC 52…56. Pro zvláště těžké provozní podmínky se používají výrobky z legované oceli X12 o tvrdosti HRC 56. 60.

Při normálním přívodu chladicí kapaliny a díky relativně nízkým teplotám v oblasti zpracování je životnost nástroje vysoká.

Vřeteno adaptéru má složitější konstrukci. Zahrnuje:

1. Bydlení.
2. Ozubené kolo.
3. Sedlo pro hlavní vřeteno (pokud je nástroj instalován v nástrojové hlavě obráběcího stroje, pak má adaptér tvar Morseova kužele).
4. Hnací ústrojí.
5. Hlavní vřeteno.
6. Záběr ozubených kol s ozubeným věncem.
7. Houpací rukáv.

Pro domácí použití nabízejí výrobci fréz/vrtáků čtvercových otvorů upevňovací rámy, které jsou připojeny ke sklíčidlu pomocí kardanové hřídele a udělují řeznému nástroji excentrické pohyby. Tloušťka takového rámu určuje hloubku výsledného otvoru.

Pro připojení zařízení ke sklíčidlu stroje je také nutný speciální adaptér. Skládá se z:

1. Pouzdra.
2. Plovoucí stopka.
3. Houpací kroužek.
4. Vyměnitelná pouzdra pro kartuše různých kovoobráběcích strojů.
5. Montážní šrouby.
6. Podpůrné koule.

Pro praktickou aplikaci příslušného nástroje postačí posuv vřetena hlavního zařízení v požadovaném směru. Frézovací, protahovací a soustružnické stroje jsou vhodné pro výrobu čtvercových otvorů pomocí takového zařízení.

Alternativní metody pro výrobu čtvercových otvorů

Nevýhodou Wattových vrtáků je přítomnost poloměrových oblouků v rozích čtverce, což není vždy přijatelné. Kromě toho vrtáky se čtvercovými otvory vyrobené pomocí trojúhelníku Reuleaux nezvládnou tlusté obrobky.

V takových případech je možné využít elektrovýbojové/laserové technologie, nebo – co je jednodušší – použít svařování či lisování.

Sady průbojníků pro čtvercové otvory vyrábíme v sortimentu příčných rozměrů do 70×70 mm v kovu o tloušťce až 12…16 mm. Sada obsahuje:

• Držák děrovačky na děrovač.
• Vodicí pouzdro.
• Kroužek cestovní zastavení.
• Matice.

Přečtěte si také: Jak postavit letní chatu (rám) vlastníma rukama (video)

Rozsah velikostí

Moderní výrobci nabízejí širokou škálu pracovních velikostí vrtáků do kovu. GOST zajišťuje rozdělení takových výrobků na typy podle určitých velikostí.

Kovové vrtáky jsou rozděleny do několika kategorií:

GOST 4010-77, 886-77 a 10902-77 upravují klasifikaci vrtáků podle délky a průměru.

Čtvercový vrták

S tvorbou kulatých děr v kovu nebývají problémy. Dnes najdete v prodeji obrovské množství vrtáků, z nichž některé lze použít k vytvoření čtverce nebo obdélníku. K vyřešení takového problému se také používají speciální zařízení.

Vrtačka nebo fréza

Čtvercové otvory se často získávají pomocí fréz. Tento typ nástroje se extrémně rozšířil, ale v některých případech je snazší získat čtvercové otvory do kovu pomocí vrtáků. Jako příklad uveďme následující body:

1. Práce se provádějí zřídka, proto je nutné snížit náklady na nákup speciálního nástroje. Frézy jsou mnohem dražší.
2. Malá oblast zpracování. Geometrický tvar běžných fréz určuje omezení jejich minimální velikosti.
3. Je nutné získat průchozí otvor v kovu velké tloušťky.

Kromě toho jsou frézy instalovány ve strojích, které jsou drahé, ale konvenční zařízení nejsou pro vrtání vhodná. To je způsobeno skutečností, že vrták se musí pohybovat po určité trajektorii.

Zařízení a princip činnosti

Vrták se čtvercovými otvory Watts je založen na tvaru trojúhelníku Reuleaux. Některé z funkcí zahrnují:

1. Pracovní část vrtáku je tvořena vytvořením průsečíku tří stejných kruhů speciálního tvaru.
2. Pokud umístíte několik paralelních podpěrných linií blízko trojúhelníků pracovní části vrtačky, vzdálenost mezi nimi bude stejná.
3. Během provozu se musí osa vrtáku pohybovat po určité trajektorii, což má za následek čtverec nebo obdélník.

Stojí za zvážení, že výsledný obdélník nebo čtverec má mírně zaoblené rohy. Zařízení pro vrtání čtvercových otvorů Watts by nemělo omezovat pohyb sklíčidla s vrtákem, jinak nebude možné získat příslušný tvar. Principy fungování a konstrukce doporučeného zařízení vám umožní vytvořit si jej sami s použitím dostupných materiálů.

Alternativní metody pro výrobu čtvercových otvorů

Získání poloměrových oblouků vede k výraznému snížení kvality výsledného produktu. To je důvod, proč se často zvažují jiné způsoby výroby čtvercového otvoru:

1. Laserové instalace se dnes rozšířily. Mohou být použity pro zpracování po dané trajektorii, když je paprsek zaostřen, kov se zahřívá, což má za následek vytvoření požadovaného povrchu.
2. Metoda ražení se používá již dlouhou dobu. Zahrnuje použití speciálního zařízení, které je schopno vyvinout vysoký tlak na plech a jiné obrobky. Nevýhodou této metody je vysoká cena zařízení a také možnost získat pouze mělké výkopy.
3. Pomocí svařování plynem je také možné vytvořit obdélníkový tvar. Tato technologie se však vyznačuje nízkou praktičností při použití a výsledné produkty jsou nekvalitní.

V prodeji jsou speciální děrovací sady, které lze použít i v tomto případě. Sada je reprezentována kombinací následujících prvků:

1. Pouzdro pro vedení razníku.
2. Speciální držák.
3. Kroužek cestovní zastavení.
4. Matice.

Pro vysoké zatížení pracovního nástroje se používá hydraulický zvedák. Tato technologie se vyznačuje tím, že výsledný obrazec má čisté a rovné hrany, to znamená, že není nutné dodatečné mechanické zpracování pro zlepšení kvality povrchů.

Typy vrtáků pro kovové výrobky

Kovové vrtáky se používají k vrtání otvorů do předmětů z bronzu, litiny, mědi, oceli různých jakostí, kovokeramiky a dalších materiálů. Pro vrtání houževnaté, těžko obrobitelné oceli se používají vysoce pevné výrobky s přídavkem kobaltu. Při práci se spirálovými vrtáky se třísky odebírají podél dvou podélných drážek. Podle tvaru ocasu jsou tyto nástroje rozděleny do tří typů:

• šestiúhelníkový,
• kuželovitý,
• válcové.

Vrták do kovu s kuželovou stopkou se při použití vkládá přímo do stroje. Pro šestihranné a válcové stopky je zapotřebí speciální sklíčidlo.

Čtvercový vrták aneb Jak vyvrtat čtvercový otvor různými způsoby

K vyvrtání kulatého otvoru budete muset použít vrták a vrták. Téměř každý ví, jak to udělat. V domácnosti je však často potřeba vrtat čtvercové otvory.

K provedení tohoto úkolu budete muset použít speciální čtvercový nebo dlátový vrták. Říká se mu také dláto nebo fréza, která umožňuje získat otvory vhodného tvaru. Málokdo ví, co je to fréza a jak ji používat.

Konstrukční vlastnosti a princip činnosti čtyřhranných vrtáků

K vrtání čtvercových otvorů se používá speciální vrtací nástavec. Tento vrták se nazývá Wattsův vrták, který má tvar trojúhelníku. Hlavním rysem této trysky je, že hrot ve formě trojúhelníku Reuleaux (pojmenovaný po zakladateli) má oblast průsečíku tří stejných kruhů.

Díky speciálnímu trojúhelníkovému tvaru hrotu frézy je získán čtvercový tvar otvoru v povrchu zpracovávaného materiálu. Princip získání tohoto tvaru otvoru pomocí trojúhelníkového vrtáku je následující:

1. Střed trojúhelníku se pohybuje po své trajektorii a pohyby opakuje
2. Této trajektorie lze dosáhnout použitím elipsoidních oblouků ve střední části vrtáku.
3. Hrany trojúhelníku se budou pohybovat po podobné trajektorii, přičemž se bude opakovat tvar čtverce se zaoblenými hranami.

Na základě trojúhelníku Reuleaux byl vyroben speciální nástavec, který lze použít k vyvrtání kulatého otvoru se zaoblenými rohy.

Středové elipsoidní oblouky trojúhelníku jsou osou, která nezůstává na místě, jako v případě běžného kruhového vrtáku, ale pohybuje se po odpovídající trajektorii.

Hlavní nevýhodou použití takových nástavců je, že výsledný otvor čtvercového tvaru má zaoblené rohy. Konstrukce vrtačky Watts, která je založena na trojúhelníku Reuleaux, je uvedena na fotografii níže.

Čtěte také: Nezbytný nástroj – kleště

Otvor je vyvrtán pomocí tří nabroušených bočních dílů. Když se vrták začne pohybovat, centrální část provede rotaci a boční stěny opakují kývavé pohyby.

Definice kvality podle barvy

Kvalita vrtáku pro jakýkoli materiál je určena především jeho barvou:

• Černá barva znamená, že nástroje mají zvýšenou odolnost proti opotřebení, protože jsou v konečné fázi výroby ošetřeny párou.
• Tepelně zpracované výrobky nemají žádné vnitřní pnutí, jsou vysoce odolné vůči vysokým teplotám a nedeformují se při práci s tvrdolegovanými ocelmi. Tyto vrtáky mají lehce zlatavý odstín.
• Ty nejkvalitnější a nejodolnější mají zářivě zlatou barvu. Jsou potaženy nitridem titanu snižujícím tření.
• Běžné neošetřené šedé vrtáky mají nejkratší životnost a nejnižší cenu.