Спиральные сверла

Спиральные сверла имеют самое широкое применение. Спиральной сверло представляет собой цилиндрический стержень, рабочая часть которого снабжена двумя винтовыми спиральными канавками, предназначенными для отвода стружки и образования режущих углов на рабочем конце. Сверла изготавливаются как из быстрорежущей стали, так и твердого сплава.

Спиральные сверла изготовляют с цилиндрическим, коническим и шестигранными хвостовиками. Сверла с цилиндрическим хвостовиком изготавляют диаметром до 12 мм, с коническим – от 6 до 60 мм.

У сверл с коническим хвостовиком лапка на концевой части сверла (2) служит упором при выбивание сверла (1) из гнезда конуса (3) посредством клина (4). Спиральные сверла стандартизованы. Поэтому выбирают только такие размеры отверстий, для которых имеется соответствующий диаметр сверла. Основным размером сверла принято считать диаметр. Длина рабочей части сверла, в зависимости от диаметра, составляет: в сверлах с цилиндрическим хвостовиком - диаметр плюс 50 мм, а с коническим – 2 диаметра плюс 120 мм.

Геометрия спиральных сверл

Геометрические параметры режущей части сверла состоят из переднего угла γ (гамма), заднего угла α (альфа), угла при вершине 2φ (фи), угла наклона винтовой канавки ω (омега) и угла наклона поперечной кромки сверл ψ (пси).

Угол при вершине сверла 2φ выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и составляет:

Сталь, чугун, твердая бронза 116°—118°
Коррозионно стойкая сталь и сплавы 127°
Титановые сплавы 135°-140°
Красная медь 125°
Мягкая бронза, латунь 120°-130°
Алюминий 130°—140°
Магниевые сплавы 90°
Целлулоид, эбонит 85°—90°
Мрамор и другие хрупкие материалы 80°
Гетинакс, винипласт, пластмассы 90°—100°
Органическое стекло 70°
Мрамор, эбонит 140°
Древесина 140°

Задний угол заточки α измеряется в параллельной оси сверла. При самой обычной заточке его значения так же, как и переднего угла, изменяются. У наружной окружности сверла задний угол равен 8—12°, а у оси — 20—25°. Задний угол сверла уменьшает трение задней поверхности сверла о заготовку. Чтобы понять, зачем нужен задний угол, попробуйте снять обычным ножом стружку с деревянной дощечки, плотно прижав лезвие к ее поверхности. Самое большее, что удастся, — это соскоблить некоторые выступающие волокна. Приподнимите лезвие над плашкой до определенного положения, образуя тем самым «задний» угол, и оно начнет снимать стружку. «Задний» угол не должен быть слишком большим, иначе лезвие «нырнет» сразу на большую глубину и придется снимать толстую стружку со значительными усилиями. 

Наклон канавок к оси сверла ω может составлять от 10 до 55°. Угол наклона винтовой канавки определяет значение переднего угла: чем больше угол наклона, тем больше передний угол. Это облегчает процесс резания и улучшает выход стружки. Угол наклона канавки выбирается в зависимости от диаметра сверла и свойств обрабатываемого материала. Для каждого материала существует свой оптимальный угол подъема (для цветных металлов 34°-45°, стали — 25°-30°).

Процесс сверления — это довольно сложный процесс во время которого происходит сдвиг отдельных частиц, пластическая деформация и другие явления. Когда режущая кромка спирального сверла внедряется в какой-то материал, она «вынуждает» стружку скользить по своей передней поверхности. При сверлении хрупкого материала, например чугуна, образуется сыпучая стружка, а если материал пластичен, например медь, то пойдет сливная стружка, похожая на свитую в спираль ленту. Впрочем, такое деление достаточно условно, поскольку материалы не всегда обладают четко выраженными свойствами, например у многих хрупких пластмасс, которые, нагреваясь при появлении стружки, начинают вести себя как пластичный материал.

Передний угол заточки γ определяется в плоскости перпендикулярной режущей кромке. При обычной заточке передний угол в различных точках режущей кромки имеет разные значения. Наибольшее значение он имеет у наружной поверхности сверла, наименьшее — у поперечной кромки. У вершины сверла передний угол заточки будет равен 1—4°. Изменение значения переднего угла является недостатком спирального сверла и вызывает неравномерный и быстрый его износ. Данный недостаток решается различными способами подточками вершины сверла.

Линия, образованная пересечением поверхностей заточки сверла, называется поперечной кромкой, которая образует угол ψ, равный 55°. Величина поперечной кромки принимается обычно равной 0,13 D (где D – диаметр сверла). 

Для уменьшения трения боковой поверхности о стенки отверстия с нее снимается фаска. При этом вдоль винтовой канавки получается узкая полоска – ленточка, которая служит также в качестве направляющей сверла.

Для обеспечения повышенной прочности и жесткости твердосплавных сверл по сравнению со сверлами из быстрорежущей стали увеличивают сердцевину до 0,25 диаметра сверла.

Чистота просверленных отверстий и высокая производительность при сверлении достигается лишь при условии работы с остро и правильно заточенным сверлом. В процессе сверления режущая часть сверла изнашивается и потому требует систематического восстановления своих геометрических размеров. Восстановление это осуществляется путем заточки. Заточка сверл производится на специальных заточных станках или вручную на абразивных кругах.

Крепление обрабатываемой детали.

• фиксация заготовки должна быть максимально жесткой, надежной, исключающей возникновение каких-либо смещений или изгиба во время сверления. При необходимости используйте вставки и дополнительные элементы фиксации.
• при обработке тонкостенных деталей необходимо уменьшить значение используемой подачи
• не использовать сверла из твердого сплава при возникновение вышеописанных проблем, так как они чрезвычайно чувствительны к любым нагрузка на изгиб

Режимы резания при сверлении.

Подача сверла при сверлении отверстий на станках вручную, должна быть максимально равномернее. При сквозном сверлении, после выхода поперечной кромки сверла из металла, сопротивление материала заготовки значительно уменьшается. Поэтому, если не изменять давление на рычаг или маховик подачи сверла, сверло захватит больший слой материала и вследствие чего может сломаться. Во избежание поломки подача сверла перед его выходом из металла должна быть возможно меньшей. Для автоматического сверления необходимо обязательно обеспечить равномерность подачи, а не прилагаемого усилия. Для общего представления о величинах подач можно считать, что при сверлении с автоматической подачей в стальных деталях отверстий диаметром 5—30мм подача принимается в пределах 0,1—0,3 мм/об, а при чугунных деталях — в пределах 0,2—0,7 мм/об. Скорость резания при работе сверлом из быстрорежущей стали должна быть около 30 м/мин, если материал обрабатываемой детали — конструкционная сталь средней твердости, и около 35 м/мин, если деталь из чугуна средней твердости. При работе твердосплавными сверлами скорость резания можно увеличивать в два-три раза. Охлаждение при сверлении понижает температуру сверла, нагревающегося от теплоты резания и трения о стенки отверстия, уменьшает трение сверла об эти стенки и, наконец, способствует удалению стружки. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости при сверлении отверстий в стальных деталях применяется эмульсия. Сверление отверстий в чугуне производится без охлаждения.

Дефекты заточки

При ручной заточке сверла возможны следующие дефекты:

• Длина режущих кромок неодинакова: середина поперечной кромки не совпадает с осью сверла. При этом длинная режущая кромка будет больше нагружена, чем короткая кромка, и скорее затупится. Внешне это часто выражается в виде выкрашивания ее около угла длинной кромки. Кроме того, под влиянием большой нагрузки со стороны кромки длинной кромки сверло будет отжиматься в сторону от оси вращения и отверстие получится большего диаметра, чем диаметр сверла. Чем глубже отверстие, тем меньше будет его точность. Сверло будет «бить» и может поломаться.
• Режущие кромки заточены под различными углами к оси сверла. При этом середина поперечной кромки совпадает с осью сверла. Так как наклон одной режущей кромки больше, чем второй, то последняя работать не будет. Снимать стружку в этом случае будет только одна кромка. Под влиянием односторонней нагрузки режущей кромки сверло будет уводить в сторону и тем самым увеличивать диаметр отверстия.
• Два дефекта одновременно. Если после заточки сверла режущие кромки не равны по длине и наклонены к оси сверла под различными углами, то середина поперечной кромки сместится от оси сверла и при работе будет вращаться вокруг оси.

Скорость резания 

Один из основных вопросов техники сверления – выбор наивыгоднейшего режима резания, то есть определение такого сочетания скорости вращения и подачи сверла, которое обеспечивает максимальную производительность. Скорость вращения сверла характеризуется числом оборотов его в минуту. Эта скорость представляет путь, проходимый наружными точками режущей кромки сверла, и измеряется в метрах в минуту. В процессе резания материалов происходит нагревание стружки, обрабатываемого изделия и режущего инструмента. Оптимальная скорость резания при сверлении – это такая скорость, которая обеспечивает высокую производительность при достаточно длительной работе сверла (15...90 минут) без переточки.

Допускаемая скорость резания при сверлении зависит:

• от качества материала сверла. Сверла из быстрорежущей стали допускают более высокие скорости резания, чем сверла из углеродистой стали.
• от механических свойств обрабатываемого материала. Чем пластичнее материал, тем труднее отводится стружка, быстрее нагревается сверло и понижаются его режущие свойства. Поэтому хрупкие материалы можно сверлить с более высокой скоростью, чем вязкие.
• от диаметра сверла. С увеличением диаметра скорость резания можно повысить, так как массивное сверло обладает большей прочностью и лучше отводит тепло от режущих кромок.
• от глубины сверления. Чем глубже просверлено отверстие, тем труднее отвод стружки, больше трение и выше нагрев режущих кромок. Поэтому при прочих равных условиях сверление неглубоких отверстий можно производить с большей скоростью, а глубоких с меньшей.
• от величины подачи сверла. Чем больше подача, то есть чем толще сечение стружки, тем скорость резания меньше.
• от жесткости системы станка и фиксации обрабатываемого материала
• от интенсивности охлаждения сверла.

Сверло работает лучше при большей скорости резания и малой подаче. Если во время работы сверло быстро затупляется в углах режущей кромки (в начале цилиндрической части сверла), это указывает на то, что скорость резания взята слишком большой и ее надо уменьшить. Если же сверло затупляется или выкрашивается по режущим кромкам, это указывает на то, что подача слишком велика. Затупление и поломка сверла чаще всего происходят в конце сверления сквозных отверстий (при выходе из металла). Чтобы предупредить затупление или поломку сверла на проходе, надо в конце сверления уменьшить подачу.

Охлаждение и смазка сверла. Неблагоприятные условия отвода теплоты при сверлении вызывают необходимость охлаждения сверла. При сверлении вязких материалов охлаждение должно быть особенно обильным.

Применением охлаждения при сверлении можно повысить скорость резания для стали на 10%, а для чугуна до 40% и получить более чистую поверхность отверстия.

Выбор диаметра сверла

В практике, в зависимости от назначения, встречаются различные виды сверления отверстий, например сквозные (на проход) глухие, под развертку, под резьбу и т.п. Во всех этих случаях для одного и того же номинального диаметра отверстия выбирают сверла различных диаметров. Следует иметь в виду, что в процессе сверления сверло в большинстве случаев разрабатывает отверстие и делает его несколько большего диаметра. Разработка отверстия сильно зависит от обрабатываемого материла и используемого станка. При необходимости точного определения необходимо провести пробное сверление и последующий замер.

Для получения отверстий с точным диаметром следует учитывать величину разработки и соответственно подбирать сверло несколько меньшего диаметра. Существуют два способа сверления: по разметке и по кондуктору. Сверление по разметке применяется во всех ремонтных работах, а также в мелкосерийном и индивидуальном производствах. Сверление по кондуктору производится без предварительной разметки и применяется в тех случаях, когда требуется просверлить большое количество одинаковых деталей.

Проблемы при сверлении и возможные причины

Режущие материалы для инструменты RUTOOL

Вольфрам-молибденовая быстрорежущая сталь универсального применения. Высокая вязкость позволяет использовать сталь при изготовлении инструмента для ручных систем или с плохой фиксацией заготовки. Сталь хуже других справляется с перегревом во время работы и при высоком нагреве раньше других теряет свою твердость.

Источник информации: Макиенко Н.И. Общий курс слесарного дела. – М. Высш. шк., 1989.

Журнал "Наука и жизнь" № 6-2000 г. Автор: А. Головий