Сверла по металлу

Виды свёрл по металлу

В соответствии с правилами, принятыми в нормативной литературе по техническому регулированию сверло определяется как осевой режущий инструмент для получения отверстий, увеличения их диаметра в сплошном материале (ГОСТ 25751-83 Инструменты режущие, термины и определения).

Напомним, что осевым считается режущий инструмент, размеры которого вдоль оси вращения больше, чем размеры в перпендикулярном направлении.

В целом, эти два признака служат главными критериями, согласно которым инструмент относят к обширному виду «сверла».

В машиностроении классификация по этим двум признакам, плюс требования по точности и производительности, объединили в классе
«сверла по металлу» несколько различных режущих инструментов.

Они значительно отличаются по форме и характеристикам, но разными способами решают одни и те же задачи сверления:

• резка металла в плоскости отверстия;
• формирование стенок в соответствии с заданными допусками;
• удаление стружки.

В итоге в общий раздел «сверла по металлу» вошли классы:

• перовые сверла;
• спиральные сверла;
• корончатые сверла  (кольцевые фрезы);
• центровочные сверла;
• глубокого сверления (эжекторные, ружейные)
• комбинированные сверла.

Несмотря на все отличия сверло каждого класса состоит из корпуса с рабочей частью и хвостовика. 

Дальнейшее деление на различные типы связано с размерами и формой этих частей, требованиями по точности и способами установки в металлорежущее оборудование.

Общие обозначения и характеристики свёрл по металлу

Большинство типов сверл изготавливаются из быстрорежущих сталей (HSS), легированной стали Р6М5 и др.

Твердосплавные элементы выполняются из сплавов ВК6, ВК6-М, ВК8 и пр. Несмотря на разнообразие типов большинство «сверл для металла» имеет сходное строение с общими обозначениями.

На следующем рисунке обозначены части сверла по металлу с соответствующими названиями.

Помимо маркировки важным общим показателем является класс точности.

Для стандартных изделий он приводится в ГОСТ и ГОСТ Р. Класс точности задается посредством соответствующих квалитетов, указывающих на величину допусков при изготовлении продукции.

Сверла повышенной точности выполняются с применением фрезеровки и шлифовки, нормальной точности методом проката.

Точность задается с помощью квалитетов. Например, для отверстий в широко применяемом интервале диаметров 6 – 10 мм квалитеты точности имеют значения:

Из таблицы следует, что сверло с квалитетом 10 в 10 раз точнее сверла с квалитетом 15.

Спиральные сверла по металлу

Наиболее разветвленный и обширный класс. Выпускаются трех классов точности (указываются в маркировке по ГОСТу на соответствующий тип).

Сверла повышенного класса точности А1 предназначены для сверления отверстий 10 - 13 квалитетов точности, класса точности В1 - для сверления отверстий до 14 квалитета точности, класса точности В - для сверления отверстий до 15 квалитета точности.

Применяются в машиностроении, авиации, судостроении, производстве строительных конструкций и пр. Разнообразие применений привело к появлению различных вариантов этого инструмента.

Классическими представителями этого класса следует считать спиральные сверла с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ 10902-77. Большинство существующих разновидностей спиральных свёрл являются модификациями этого типа, разработанными для решения конкретных технологических задач.

Рисунок 2 Спиральное сверло средней серии по ГОСТ 10902

Так, для обеспечения более надежной фиксации, постоянного и точного позиционирования, особенно в оборудовании с автоматической сменой инструмента применяются сверла с хвостовиком в виде конуса.

Рисунок 3 Спиральное сверло с хвостовиком Конус Морзе

Для сверления глубоких отверстий применяются сверла с удлиненной рабочей частью, аналогично для «короткого» сверления используются сверла с укороченной рабочей частью.

Примеры различных решений по длине рабочей части и хвостовика, а также с разной формой хвостовика показаны далее:

Рисунок 4 Спиральное сверло короткой серии (ГОСТ 4010)

 
Рисунок 5 Спиральное сверло длинной серии (ГОСТ 886-77)

Рисунок 6 Спиральное сверло длинной серии с коротким цилиндрическим хвостовиком (ГОСТ 12122, ГОСТ 2092-77)

Рисунок 7 Спиральное сверло длинное с хвостовиком "конус Морзе" (ГОСТ 12121)

Спиральные сверла по металлу с пластинами из твердого сплава

В качестве отдельной технологической задачи можно выделить сверление твердых сталей чугунов твердостью более 170НВ.

Для таких операций применяются спиральные сверла с твердосплавными пластинами. Сверла подобного типа выпускаются с цилиндрическими и коническими хвостовиками, сварными и цельнотянутыми.

Рисунок 8 Спиральное сверло с пластинами из твердого сплава и хвостовиком "конус Морзе" (ГОСТ 22736, ТУ по ГОСТ 5756-81)

Ступенчатые спиральные сверла по металлу

В последнее десятилетие на российском рынке активно продвигаются ступенчатые («конические») сверла зарубежного производства. Продукт позиционируется как новинка, ранее неизвестная в РФ. В действительности ступенчатое сверло уже давно производится и применяется в России. В частности, такой инструмент используется для сверления отверстий под метрическую резьбу с одновременным снятием фаски. До 2008 года геометрические характеристики ступенчатых сверел описывались  в ГОСТ 20320, после 2008 г. действовал стандарт ГОСТ Р 52966-2008, с 1 января 2019г введен в действие ГОСТ 28320-2017.
С помощью одного ступенчатого сверла можно выполнять за один заход сразу две (или больше) технологических операции. Также возможно сверление одним сверлом отверстий разного диаметра (в зависимости от числа ступенек). Однако при этом глубина отверстия не может превышать суммарной высоты ступенек предыдущего диаметра.

Рисунок 9 Ступенчатое сверло с цилиндрическим хвостовиком для отверстия под резьбу и снятия фаски (ГОСТ Р 52966-2008)

 
Рисунок 10 Импортное ступенчатое сверло (HSS) по металлу

Рисунок 11 Ступенчатое сверло с хвостовиком "конус Морзе" по ГОСТ Р 52966-2008
 

Центровочные сверла

В процессе сверления самый ответственный этап – это касание поперечной кромки сверла с поверхностью металла. Поскольку поверхность не идеально плоская, а поперечная кромка не идеально перпендикулярна оси сверла при касании возникают моменты сил, отклоняющие сверло от теоретического центра отверстия.

Очевидно, что величина таких моментов возрастает с увеличением размеров поперечной кромки (диаметров сверла). Обратное так же верно, поэтому для сверления центровых отверстий разработаны специальные центровочные сверла с уменьшенным началом рабочей части.

Рисунок 12 Центровочное сверло для центровых отверстий без предохранительного конуса тип А по ГОСТ 14952-75

Такой инструмент сначала касается металла только небольшой поперечной кромкой.

Незначительные моменты, возникающие при этом гасятся массивной рабочей частью номинального диаметра.

Соотношения малого и большого диаметров стандартизированы. В соответствии с ГОСТ 14952 эта величина меняется в диапазоне от 3 до 5.

Центровое отверстие имеет треугольное сечение в зависимости от величины угла между стенками и наличия предохранительного конуса центровочные сверла делятся на 4 типа.

Класс точности для центровочных свёрл не вводится.

Сверла для глубокого сверления

В ряде источников по металлообработке отверстие с глубиной в 5 раз превышающей его диаметр уже считается глубоким.

В то же время в ГОСТ 12122-77, где представлены типовые размеры «длинной серии», показано, что отношение длины рабочей части к диаметру l/d  колеблется в диапазоне от 15 до 20.

Таким образом глубоким можно считать сверление отверстий с глубиной, превышающей диаметр в 10 – 15 раз и более.

В начале этого диапазона и при диаметрах до 10 мм задача решается с помощью спиральных сверл стандартной «длинной серии» (класса точности А1, В1 и В).

В этом случае используется традиционный наружный подвод СОЖ и наружный отвод стружки.

При отношении l/d ≈ 20 – 30 и диаметрах до 30 мм проблема решается применением шнековых сверел и длинных спиральных сверел с каналами для СОЖ и канавками для дробления стружки (внутренняя подача СОЖ и наружное удаление стружки). 

С дальнейшим увеличением  l/d  и/или увеличением диаметра отверстий проблемы с подачей СОЖ и удалением стружки делают использование спиральных сверл невозможным.

Такие отверстия получают с помощью сверл одностороннего резания с внутренней подачей СОЖ или наружной подачей СОЖ, внутренним или наружным отводом стружки. К ним относятся ружейные (пушечные) и эжекторные сверла.

Ружейное сверло

Данный вид не относится к спиральному типу. Ружейное сверло представляет собой полую конструкцию с одной или двумя режущими кромками на рабочей части. Точность обработки по диаметру соответствует 7 – 9 квалитету.

Широкая и глубокая выемка по всей длине корпуса сверла обеспечивает эффективный наружный отвод стружки. Она вымывается СОЖ, поступающей под высоким давлением из внутренней полости в каналы в рабочей части.

Сверлом такого типа получают отверстия диаметром до 30мм.

Рисунок 13 Ружейное сверло

Фото ружейное сверло

Для более крупных отверстий применяют сверла с внутренней подачей СОЖ и не наружным, а внутренним отводом стружки.

Глубокое сверление с внутренним отводом стружки. Эжекторное сверло

При глубоком сверлении отверстий с l/d≫20 и диаметрами более 30 мм проблемы с подачей СОЖ и особенно с удалением стружки значительно усложняются. Наружное удаление становится практически не возможным, поэтому приходится использовать специальное составное сверло.

Инструмент представляет собой стальную трубу с навинчивающейся рабочей частью. Рабочая часть изготавливается в виде полого толстостенного цилиндра с площадками для установки режущих пластин и каналами для СОЖ. Конструкция позволяет использовать большую часть пространства отверстия для отвода стружки.

На рисунке ниже представлен усовершенствованный вариант такой конструкции – эжекторное сверло. У него пустотелая рабочая часть (2) с наружной смазкой и охлаждением.

Рисунок 14 Эжекторное сверло
 
В процессе сверления стружка дробится и попадает вместе с СОЖ в полость рабочей части. Далее смесь поступает в полость трубы (5) и уходит в стружкоприемник, где стружка отделяется от СОЖ.

Главное отличие эжекторной схемы от обычной заключается в дополнительных каналах (6). Они обеспечивают возврат 1/3 поступающей СОЖ сразу в полость стебля сверла. Благодаря этому возникает эффект эжекторного насоса, который создает дополнительное разрежение в полости рабочей части. Эффект обеспечивает усиленную откачку СОЖ вместе со стружкой из зоны резания.

Для эжекторного сверла необходим специальный патрон, обеспечивающий подачу СОЖ. Такие патроны разработаны и могут устанавливаться на универсальных станках (токарных, сверлильных, фрезерных и т. п.).

В итоге глубокое сверление может выполняться на обычном оборудовании, дополненном стационарной или мобильной насосной станцией. При этом требуемое давление СОЖ в 2 раза ниже, чем при глубоком сверлении с наружной подачей СОЖ без эффекта разрежения.

Также применение  эжекторного сверла избавляет от герметизации зазоров между заготовкой и кондукторной втулкой (3). что упрощает наладку и обслуживание станка.

Перовые сверла по металлу

Перовые сверла получили свое название благодаря форме рабочей части. В зависимости от конструкции рабочей части они делятся на цельные и составные.

Цельные конструкции могут быть ступенчатыми, что позволяет за один заход получить отверстие с переменным диаметром. Цельные сверла выпускаются определенных стандартных номеров (6, 7, 8, 10 … мм). Составные перовые сверла состоят из универсальной державки и сменных режущих пластин по ГОСТ 25526-82.

Основное применение этого типа связано с неглубоким или предварительным сверлением сталей, чугунов и др. металлов в операциях с большими значениями квалитета.

Рисунок 15 Перовое сверло

Корончатые сверла (кольцевые фрезы, кольцевые сверла) по металлу

При больших диаметрах сквозных отверстий сплошное сверление представляется нецелесообразным c точки зрения затрат времени и ресурсов. Гораздо эффективнее не переводить весь металл в стружку, а вырезать только кольцо заданного наружного диаметра. С такой операцией успешно справляются корончатые сверла.

Рисунок 16 Корончатое сверло по металлу
 
Корончатое сверло дает значительное преимущество при сверлении листового материала, обработке торцевых кольцевых канавок, сверлении на криволинейной поверхности и получении отверстий большого диаметра. Корончатое (кольцевое) сверление позволяет оптимизировать производство не только за счет роста производительности.

Применение такого инструмента позволило значительно уменьшить габариты сверлильных станков, получить эффективное передвижное оборудования для сверления металлопроката, рельсов, труб.
В настоящее время на российском рынке представлены корончатые сверла из быстрорежущей стали (HSS) и с напаянными твердосплавными резцами. Диаметры от 10 мм до 150 мм.

К сожалению, в РФ нет стандарта для кольцевых сверл по металлу. Такой стандарт имеется только для кольцевых сверл по бетону, керамике и т.п. (ГОСТ 17013-71). В отсутствии стандарта говорить о классах точности некорректно.

Первые модели корончатых сверл имели свои недостатки. В первых образцах отмечались проблемы с центровкой,  при  l/d~5  ухудшалось удаление стружки.

Кроме того, корончатое сверло имеет большую поверхность контакта с обработанными поверхностями, которые с трех сторон окружают лезвия инструмента. В таких условиях увеличивается сила трения, растет тепловыделение, затрудняется отвода тепла.

В современных конструкциях корончатых сверл решены задачи с центровкой отверстий, проблемы с отводом тепла и удалением стружки устраняются эффективной подачей СОЖ.

Комбинированные сверла по металлу

Сверла такого типа являются комбинацией двух различных инструментов металлообработки. Соответственно, их применяют для совмещения некоторых последовательных технологических операций.

Поскольку сверление часто предшествует нарезанию резьбы, зенкованию, то вполне логично появление комбинаций сверло-метчик, сверло-зенкер. Для объединения используются как правило сверла спирального типа.

Рисунок 17 Зенкер по ГОСТ 12489

Видео по теме: обзор и тестирование корончатых сверл по металлу Bohre [Борэ]