Виды сверл для металлообработки: особенности, применение и выбор

• Введение
• Цельные сверла
• Сверла со сменными головками
• Перовые сверла
• Сверла со сменными пластинами
• Заключение

Введение

Сверление — одна из самых распространенных операций при обработке металлов. От выбора сверла зависит точность и качество отверстия, стойкость инструмента и производительность процесса. На рынке представлены разные виды сверл: цельные твердосплавные, со сменными головками, перовые и модели со сменными пластинами.

В этой статье рассмотрим основные конструкции сверл для металлообработки, их преимущества и недостатки, а также дадим рекомендации, какое сверло выбрать для станка с ЧПУ в зависимости от обрабатываемого материала и задачи.

Цельные сверла

Цельное твердосплавное сверло

Современные цельные сверла изготавливаются полностью из инструментального материала: быстрорежущей стали или твердого сплава. Многие сверла имеют износостойкое покрытие, однако могут быть и непокрытые, например, для обработки алюминия. Благодаря отсутствию соединений цельные сверла позволяют получить отверстия с наиболее высокой точностью (порядка 9–10 квалитета) и качеством обработанной поверхности, чем другие виды сверл.

Первое, что необходимо учитывать при выборе подходящего сверла — это обрабатываемый материал. Большинство производителей режущего инструмента разделяют свою номенклатуру сверл на серии. В пределах одной серии сверла имеют инструментальный материал, износостойкое покрытие и геометрию рабочей части — наиболее подходящие для обработки определенного материала заготовки (иногда нескольких материалов).

Например, сверла одной серии могут быть ориентированы в первую очередь на изготовление отверстий в стальных заготовках, но также подойдут и для сверления нержавеющей стали и чугуна. Однако если выбрать для обработки нержавеющей стали или чугуна специально спроектированные для такой обработки серии сверл — то это будет эффективней: стойкость инструмента будет выше.

После выбора серии сверл следующее, что необходимо определить — это подходящий диаметр режущей части сверла (или проще — диаметр сверла). В зависимости от задачи, подход к выбору диаметра может быть разный.

Рассмотрим несколько примеров

1. В заготовке необходимо изготовить не слишком точное отверстие, которое сразу можно получить сверлением. Например, крепежное отверстие под винт. Для этого подойдет сверло с тем же диаметром, что и номинальный диаметр, указанный на чертеже.
2. Требуется изготовить резьбовое отверстие, резьбу предполагается нарезать метчиком. В этом случае нужно по справочнику или ГОСТу найти диаметр отверстия для нарезания соответствующей резьбы и выбрать сверло такого диаметра. В случае если резьба будет изготавливаться накатником, диаметр сверления необходимо взять из каталога поставщика накатника.
3. Если в заготовке есть карман небольшого размера, который планируется фрезеровать, и может понадобиться изготовить отверстие для начального захода фрезы в заготовку. Тогда следует выбрать сверло максимально большого диаметра, но такое, чтобы после сверления оставался небольшой припуск на стенках кармана. Чем больше будет диаметр начального отверстия после сверла, тем большего диаметра можно будет выбрать фрезу для последующей обработки. Аналогично для токарной обработки.
4. Если отверстие точное и сверлением сразу не получится получить требуемую точность. Необходимо выбрать сверло максимального диаметра, чтобы гарантированно остался припуск под дальнейшую обработку, например, фрезой или разверткой.

При выборе сверла также необходимо определить, достаточна ли длина его рабочей части, стружечных канавок для обработки отверстия на всю глубину. Нужно учесть, что для свободного выхода стружки длина стружечных канавок должна быть больше глубины сверления. Для простоты выбора, в каталогах производителей инструмента возможная глубина сверления, как правило, указывается кратно диаметру сверла: 3D, 5D, 8D, 12D, 15D и т.д. Поэтому достаточно глубину отверстия по чертежу поделить на диаметр отверстия и выбрать сверло с ближайшей большей кратностью.

При планировании обработки глубоких отверстий, необходимо проверить позволит ли рабочая зона станка, его перемещения выполнить такую работу.

Часто в пределах одной серии могут быть представлены цельные сверла с внутренними каналами подачи СОЖ или без них. При использовании сверл без каналов охлаждение осуществляется поливом сверху (или обдувом воздухом), СОЖ может плохо попадать внутрь отверстия. Внутренние каналы СОЖ обеспечивают подвод СОЖ в зону резания, что улучшает охлаждение, смазывание, вывод стружки из отверстия, сверло может работать с более высокими режимами резания.

Однако подвод СОЖ требует подходящей оснастки, а также и станок должен обеспечивать такую возможность. Для глубокого сверления (от 8D) сверла чаще изготавливают с каналами СОЖ.

Сверла со сменными головками

Сверло со сменной головкой

У сверл со сменными головками только режущая часть (головка) выполнена из инструментального материала, как правило — твердого сплава с износостойким покрытием, а корпус — стальной. Головка своей формой имитирует режущую часть цельного сверла. Фиксируется сменная головка в корпусе сверла чаще всего винтом.

Так как при износе сверла замены требует только головка, а корпус сверла может использоваться многократно, такой подход может обеспечить снижение затрат на инструмент при сравнимом с цельными сверлами качестве обработки.

В один и тот же корпус сверла со сменными головками можно устанавливать головки в небольшом диапазоне диаметров и из различных сплавов, что обеспечивает большую универсальность, чем цельные сверла.

В плане выбора диаметра подход в основном совпадает с цельными сверлами, но с некоторыми уточнениями:

• для не слишком точных отверстий диаметр головки сверла можно взять с чертежа. Из-за необходимости механического крепления головки к корпусу, сверла со сменными головками имеют достаточно большой минимальный диаметр — порядка 10 мм. С другой стороны, большинство твердосплавных сверл имеет максимальный диаметр до 20 мм, а сверла с головками могут обрабатывать отверстия большего диаметра;
• резьбы большого размера могут с большим успехом (чем метчики) обрабатываться резьбофрезами;
• если начальное отверстие для последующей обработки достаточно большое по диаметру и его нужно сверлить в большой серии деталей, то это можно более экономично сделать сверлами со сменными пластинами;
• для точных отверстий небольшого диаметра — аналогично с цельными сверлами. Для больших точных отверстий больше подойдет сверло со сменными пластинами с последующей расфрезеровкой.

Глубина сверления сверлами со сменными головками может достигать 12D. Необходимо выбрать корпус сверла с ближайшей большей кратностью.

Сверла с головками, как правило, имеют внутренние каналы СОЖ. Для предотвращения пакетирования стружки в отверстии и поломки инструмента, необходимо чтобы оснастка и станок обеспечивали прокачку СОЖ через инструмент.

Перовые сверла

Перовое сверло

Перовые сверла имеют стальной корпус, а режущая часть выполнена в виде пластины специальной формы с двумя режущими кромками. Так же, как и у сверл со сменными головками, возможность обработки различных материалов и размеры получаемого отверстия у перовых сверл зависят от размера и сплава пластины. Пластина крепится в корпусе сверла винтами. Точность обрабатываемых отверстий не намного хуже, чем у сверл с головками, однако производительность в ряде случаев ниже.

Принципы выбора перового сверла аналогичны подходу к выбору сверла со сменной головкой. В один корпус перового сверла могут устанавливаться пластины в некотором диапазоне диаметров. Максимальный диаметр перового сверла может быть достаточно большим: порядка 35 мм. Возможная глубина сверления также значительна — может достигать 26D.

Перовые сверла обычно имеют внутренние каналы СОЖ.

Сверла со сменными пластинами

Сверло со сменными пластинами

В стальной корпус сверл со сменными пластинами устанавливают две (и более — для больших диаметров) пластины, траектории движения режущих кромок которых при вращении сверла перекрываются. Таким образом, несмотря на то, что в большинстве случаев пластин устанавливается две, такие сверла имеют один зуб. Рассматриваемые выше виды сверл имеют два зуба (некоторые цельные сверла могут иметь три зуба).

Стандартные пластины формы квадрат и ломаный треугольник

В зависимости от конструкции сверла сменные пластины могут быть стандартной формы (например, квадратные, ломаный треугольник) или специальной. Стандартные пластины могут устанавливаться в корпуса сверл разных производителей инструмента. Специальные пластины подходят только для определенных серий инструмента конкретного производителя.

Универсальная сменная пластина

Условия работы пластин, устанавливаемых по центру корпуса сверла и на его периферии, существенно отличаются. Поэтому зачастую предлагаются различные по геометрии и сплаву центральные и периферийные специальные пластины. Поменять их местами в корпусе сверла нельзя. В то же время, существует большое количество сверл с универсальными пластинами, которые могут работать и как центральная, и как периферийная.

Сплав и геометрия сменной пластины определяют возможные обрабатываемые материалы, а диаметр обработки определяется конструкцией корпуса сверла.

При выборе диаметра сверла со сменными пластинами следует помнить, что точность отверстий, изготовленных таким сверлом, будет порядка 12–13 квалитета, что ниже, чем у других видов сверл. С учетом того, что такие сверла имеют значительные диаметры (от минимального порядка 14 мм, до максимального 80 мм и более) отклонения от номинального диаметра получаемых отверстий могут достигать нескольких десятых миллиметра. Впрочем, это не значит, что при сверлении одним сверлом ряда отверстий будет именно такой разброс значений диаметров от отверстия к отверстию, а скорее значительно меньший.

Рассматриваемые сверла в большинстве случаев не следует выбирать для сверления отверстий под нарезание резьбы или развертывание. Сверла со сменными пластинами — это хороший экономичный вариант формирования отверстия в сплошном материале под последующую расфрезеровку или растачивание, а также обработку не слишком точных отверстий большого диаметра (крепежных, например).

Глубина сверления сверл с пластинами обычно находится в пределах 5D, но некоторые производители инструмента могут предлагать сверла и с большей глубиной.

Корпуса сверл со сменными пластинами, как правило, имеют внутренние каналы СОЖ. Необходимо чтобы оснастка и станок обеспечивали прокачку СОЖ через инструмент.

Заключение

Выбор подходящего сверла зависит от многих факторов: материала заготовки, требований к точности отверстия, глубины сверления, наличия внутренней подачи СОЖ и экономической целесообразности:

• для точных отверстий малого диаметра отличным выбором будут цельные твердосплавные сверла;
• для снижения затрат при серийном производстве и при работе с большими диаметрами целесообразны сверла со сменными головками;
• для глубоких отверстий (в больших кратностях D) эффективно применять перовые сверла;
• для крупногабаритных черновых отверстий и быстрого съема материала подходят сверла со сменными пластинами.

Понимание конструкции и возможностей каждого вида сверла позволяет подобрать оптимальное решение для конкретной технологической задачи, повысить эффективность обработки и продлить срок службы инструмента.