Методы получения отверстий в металле

Обновлено: 04.10.2024

Пробой отверстий и перфорация материала в виде листа или труб — это довольно востребованная операция. На сегодня существует несколько вариантов ее выполнения, которые отличаются друг от друга применяемым оборудованием, от которых зависит качество и параметры точности.

Перфорация металла Пробивка отверстий в металле

При изготовлении большого количества изделий, в том числе и декоративных металлических деталей. Довольно часто встречается потребность в таких операциях, как получение множества однотипных отверстий. Чаще всего их используют для крепления конструктивных элементов, но в ряде случаев их можно рассматривать как украшение.

Технолог, выбирая метод обработки детали, руководствуется требованиями нормативно — технической и конструкторской документации.

Так, при обработке листа металла толщиной от 0,5 до 4 мм оптимальным вариантом будет использование пробивки на специализированном оборудовании.

Пробивка отверстий и перфорация в чем разница

Кстати, довольно часто, пробивку листового металла именуют перфорацией. На самом деле этот процесс (пробивка отверстий) не более чем разновидность перфорации, которая включает в себя множество других способов.

Например, пробивка отверстий в профильном металле, например, трубе выполняют с помощью сверления или фрезерования. Кроме этого, для решения этой задачи применяют технический лазер, который позволяет получать отверстия в десятые доли миллиметра.

Виды оборудования

Оборудование, которое используют для получения отверстий можно разделить на «условно ручные», то есть те, которые нуждаются в постоянном присутствии оператора — станочника, и на автоматизированные, которые работают при минимальном участии человека. В качестве инструмента для пробивки отверстий в металле применяют различного вила пробойники, штампы и некоторые другие.

Ручной пресс Координатно-просечные прессы

К первой группе относят оборудование, работающее от механического, гидравлического или другого вида привода. Вторые — это полностью автоматизированные станки, работающие под управлением ЧПУ, к примеру, координатно-просечные прессы или дыропробивной станок.

Ручной процесс

К ручным способам получения отверстий в металле можно отнести — сверление, пробивку. В качестве инструмента для пробивки отверстий в металле применяют сверла и соответствующее оборудование — сверлильные станки или ручные дрели. Для ручной пробивки инструмента применяют бородок и ударный инструмент (молоток, кувалда). Такой пробойник можно устанавливать на ручные прессы.

Ручной процесс пробивки

Сверление отверстий производят на сверлильных, фрезерных или токарных станках. В качестве рабочего инструмента применяют сверла. Для окончательного формования отверстия используют зенкера, цековки, развертки. С их помощью устраняют овалы, формируют фаски, повышают точность отверстия и чистоту поверхности.

Для пробивания отверстий в металле используют разные прессы — пневматические, гидравлические и пр. Усилия, развиваемые для эффективной работы штампа, состоящего из двух деталей (пуансона и матрицы), составляют от нескольких килограмм, до сотен, а то и тысяч тонн.

Пробивание отверстий на комбинированных пресс — ножницах

Нередко в производстве для получения отверстий применяют комбинированные пресс — ножницы.

Пробивание отверстий на комбинированных пресс — ножницах

Это устройство состоит из нескольких механизмов, которые позволяют обрабатывать металлический профиль, к примеру, уголок, резать полосы металла, осуществлять вырубку в форме прямо- или треугольников и, само собой, на этих ножницах устанавливают инструмент для пробивки отверстий в металле. Как правило, он состоит из пуансона и матрицы. Пуансон имеет диаметр пробиваемого отверстия. Матрица имеет в своем теле отверстие, соответствующее размеру пуансона. Через нее происходит удаление отходов вырубки.

Следует отметить, что вышеперечисленные способы получения отверстий не отличаются высокой производительности, особенно, в условиях крупносерийного или массового производства. Появление автоматизированного оборудования позволяет устранить эту проблему.

Пробивание отверстий на прессах

Использование оборудования, работающего под управлением системы ЧПУ привело к снижению трудоемкости производственных процессов, соответственно это положительно отражается на стоимости готового изделия.
Дело в том, что управляющая программа, которая вносится перед началом работы, содержит в себе точные данные относительно расположения отверстий на листе.

Пробивание отверстий на прессах

Например, револьверный пробивной станок оснащают барабаном, на котором установлены пуансоны (инструмент для пробивки отверстий в металле) обладающие разными размерами и формами. При работе, программа автоматически выбирает необходимый инструмент. Такое инженерное решение позволяет менять инструмент не, останавливая работу станка, и повышать скорость получения готового изделия. На оборудовании этого типа, возможно, получение до 1 500 отверстий в минуту.
Получение готового изделия состоит из нескольких операций. Первая заключается в укладке листа металла на рабочий стол. Для закрепления ее на нем применяют зажимы разного типа.
После того как установлен и закреплен оператор запускает управляющую программу. После этого начинается перемещение заготовки. По координатам, заданным в программе, в необходимой точке, происходит опускание прижимного устройства, фиксирующего лист в нужном месте. После прижима происходит удар, наносимый пробойником (пуансоном).

На инструментальном барабане может быть установлен поворотный инструмент, который существенно расширяет возможности станка и позволяет выполнять резку контуров сложных форм.
Пресс для пробивки отверстий в металле позволяют выполнять, кроме пробоя, следующие операции:

пулевка — выдавливание, получение кромок разной направленности;
формовка;
неокончательная пробивка.

Координатная пробивка металла

Такой способ получения отверстий подразумевает то, что отверстия будут получены в определенном последовательности. Эта операция может быть использована при изготовлении как простых деталей, так и довольно сложных металлоконструкций. Такая обработка листового металла требует от оборудования и управляющей программы высокой точности, так как ошибки в настройке и программном коде могут привести к получению некондиционной продукции.

Координатная пробивка металла

Пробивка металла, как технологическая операция существует довольно давно, но в последние годы, благодаря появлению систем с числовым программным обеспечение, она существенно видоизменилась. Так, современное оборудование позволяет выполнять операции по пробою отверстий с точность их размещения до 0,05 мм. Координатно пробивное оборудование позволяет обрабатывать стали разных марок толщиной от 0,5 до 8 — 10 мм.
Координатная пробивка металлического листа используется при производстве деталей корпусов, крепежных комплектов и пр. Для получения набора отверстий применяют серию ударов пуансона по листу. Порядок пробоя заносится в управляющую компьютерную программу. Кстати, использование компьютерных программ и соответствующего инструмента для пробивки отверстий в металле гарантирует качество готовых изделий.

Применение координатно — пробойных прессов для пробивки отверстий в металле обеспечивает многократное повышение скорости производства и поэтому его применяют для крупносерийного и массового производства деталей из металлического листа.

Недостатки технологии

Надо помнить о том, что качество получаемой продукции напрямую зависит от нескольких факторов, среди них которых — качество инструмента, настройки оборудования, добротности программного обеспечения, применяемого для создания управляющей программы.

Координатная пробивка и ее недостатки

Но надо отметить, что в принципе, вне зависимости от способа получения группы отверстий, дефекты при ручной пробивке и автоматизированной одинаковы.

Смещение отверстий

Чаще всего при изготовлении группы отверстий можно встретить такой дефект, как смещение отверстий относительно друг друга или сторон листа. Этот дефект, может проявиться из-за ошибок в программе, неправильных настроек станка и пр.

Заусенцы

Этот дефект появляется вследствие того, что неправильно подобраны размеры пуансона и матрицы. Кроме того, заусенцы появляются в результате некачественной заточки инструмента.

Пуансоны и матрицы

Борозды

Нередки случаи появления бород на поверхности отверстия вдоль его оси. Они вызваны наличием дефектов поверхности пуансона.

Борозды при пробивке металла

Трещины

Образование трещин на кромках пробиваемых отверстий вызвано тем, что их диаметр близок по размеру к толщине листа.

Расчет необходимого усилия пробивки

Процесс вырубки металла характеризуется тем, что в ходе этого процесса появляется довольно сложная схема нагрузки, которая концентрируется в районе места взаимодействия пуансона, прорубаемого материала и матрицы.

Пуансон изготавливают таким образом, что он входит в материал не всем своим торцем, а только внешней кольцевой частью. Ответное воздействие возникает со стороны матрицы. Причем давление, возникающее в зоне взаимодействия этих трех компонентов, распределяется неравномерно.

Другими словами, в процессе вырубки возникает пара сил, которые формируют круговой изгибающий момент. Под его воздействием лист изгибается. В результате этого изгиба зарождается давление, которое оказывает воздействие на пуансон, и на кромку матрицы. Кроме этого, необходимо учитывать и то, что под действием сил трения появляются касательные усилия.
Как видно из выше сказанного, при пробивке возникает неоднородное силовое поле. Поэтому, при проведении расчетов применяют условную величину — сопротивление срезу.
В результате, проведенных исследований, сопротивление зависит не столько от свойств металла, но и от уровня наклепа, толщины вырубки, зазоров в паре пуансон/матрица и скорости процесса вырубки.

ОБРАЗОВАНИЕ ОТВЕРСТИЙ

Отверстия в деталях можно образовывать механической обработкой со снятием и без снятия стружки, тепловыми способами (газопламенной, электродуговой, плазменной резкой, электроискровой резкой, оптическими способами, химическим фрезерованием и т.п.).

Отверстия любой формы в литейных, кованых и точеных деталях, а также отверстия диаметром до 50 мм в заготовках и деталях из проката обрабатываются сверлением и фрезерованием.

При механической обработке со снятием стружки детали с размеченными центрами отверстий устанавливают на сверлильные или фрезеровальные станки и обрабатывают режущим инструментом: сверлами, зенкерами, развертками, фрезами (см. прим. І). Отверстия по оси вращения обрабатывают на токарных станках сверлением, зенкерованием, растачиванием, развертыванием и т.п. меньшие допуски на размеры и шероховатость поверхности можно получить шлифованием.

Для получения отверстий механической обработкой без снятия стружки используют прессы. Операции называются: вырубка, пробивка, просечка и др.

Пробивка отверстий осуществляется на прессах специальными штампами. Пробивка применяется для образования в деталях отверстий различных форм и размеров.

При одновременной пробивке большого числа отверстий с целью уменьшения усилий применяют ступенчатое расположение пуансонов. Для этой же цели на пуансонах иногда делают скосы.

Отверстия в деталях, работающих под нагрузкой или в сильно коррозионной среде, рекомендуется рассверливать.

Для изготовления сеток без отходов материала используют метод вырубки с растяжением. Этим методом можно изготовить сетки различного назначения из стали и цветных металлов с толщиной листа до 5 мм.

Вырубка является одним из видов штамповки. Процесс вырубки осуществляется с помощью пуансона и матрицы (см. рис 2.13). Пуансон изготовливают в виде сплошного сердечника, в матрице же имеется отверстие для прохода пуансона. Между пуансоном и матрицей остается зазор, в который в процессе деформирования течет металл. Величина зазора зависит от рода и толщины металла. В общем случае зазор может быть равным 10% толщины металла.

Просечка применяется для получения детали и отверстия в материалах органического происхождения, имеющих малое сопротивление срезу (см. рис. 2.14). Просечку производят вручную, на гидравлических, приводных механических прессах или на эксцентриковых механических прессах.

При работе вручную необходимо правильно устанавливать просечку. Разрезаемый материал укладывают на паронит, толщина которого должна быть в 2-3 раза превышать толщину обрабатываемого материала. Просечку производят несколькими легкими ударами молотка.

Расчетное усилие пресса слагается из усилия вырубки и усилия проталкивания. Усилие вырубки определяется по формуле, кг:

где K_з – коэффициент, учитывающий затупление инструмента; П – длина контура вырубленного изделия, мм; d – толщина материала, мм; t – допускаемое касательное напряжение, кг/мм 2 .

Усилие проталкивания определяется по формуле, кг:

где K_пр – коэффициент, учитывающий отношение усилия проталкивания к усилию вырубки, К_пр = 0,01–0,06; Р – усилие вырубки, кг; h – высота цилиндрической части матрицы.

Газопламенная, электродуговая и плазменная резка применяются для вырезки в листовом материале отверстий диаметром более 50 мм.

Электроискровая обработкаотверстий. При импульсивном электрическом разряде через воздушный промежуток между электродами проходит электрический ток очень большой силы (до 10000 А). Электрическая энергия в момент разряда переходит в тепловую, вызывая на узком участке разрядного канала повышение температуры до 40000–50000°С. Под действием этой температуры металл плавится и испаряется с большой скоростью. Одним электродом служит металлический или графический стержень, а другим – обрабатываемая деталь. При частоте электрического тока около 2250 Гц оплавление инструмента практически отсутствует. Этим методом можно обрабатывать практически любые металлы. Можно получать отверстия очень малых диаметров (от 0,1 до 1,0 мм) в деталях большой толщины, а также получать сита из нержавеющей стали для ректификационных тарелок. В зависимости от формы электрода-инструмента можно получать любой контур отверстия. Этот способ используется также для получения штампов сложной конфигурации, для получения высокого класса чистоты поверхности отверстий. При этом способе в межэлектродном пространстве создается интенсивный поток электролита. Химические соединения, образующиеся при обработке, растворяются в электролите и уносятся из межэлектродного пространства потоком жидкости. Отклонения от номинальных размеров отверстий при электрохимической обработке не превышают 0,05–0,2 мм.

Химическое фрезерование. В отдельных случаях в крупных деталях при обработке поверхностей сложной конфигурации применяют химическое фрезерование, при котором происходит глубокое травление поверхностей в специально подобранных травящих растворах.

Для интенсификации процесса в раствор вводят абразивный порошок.

Технологический процесс обработки химическим фрезерованием состоит из следующих операций: а) тщательная очистка поверхностей; б) покрытие защитными составами поверхностей, не подлежащих травлению; в) травление; г) промывка поверхностей и очистка; д) контроль.

Для получения очень точных отверстий малых диаметров различных профилей используют оптические методы. Например, кислородо-лазерный способ. Оптические методы позволяют получать отверстия, не требующие дальнейшей обработки. За счет оплавления края отверстия упрочняются и становятся совершенно гладкими.

Для обработки сквозных отверстий в незакаленных деталях диаметром 0,3-0,5 мм используют координатно-расточные станки. После закалки отверстия деформируются, что приводит к браку. Кроме того, сверла часто ломаются (7–15 отверстий на одно сверло).

Для обработки сквозных технологических отверстий в закаленных деталях пресс-форм из материалов различной твердости используется лазерная установка «Корунд-2».

В настоящее время успешно эксплуатируется в условиях серийного производства лазерный полуавтомат ЛП-2. С его помощью за 24 мин. в одной детали прошивается 60 отверстий диаметром 0,3 мм и глубиной 1 мм, при этом обеспечивается высокая точность и чистота поверхности.

С помощью лазерных установок можно проделывать отверстия, ось которых не перпендикулярна обрабатываемой поверхности.

Лазер применяется для изготовления отверстий в фильтрах; изготовлении сетчатых тарелок с отверстиями малых диаметров; отверстий в деталях форсуночных сопел и двигателей из твердых сплавов; в сетках клистронов; в камнях для ювелирной промышленности и многих других производства.

Получение отверстий в металлах

Изготовление большинства изделий связано с проделыванием отверстий в сплошном металле. При этом возможны два способа: пробивание (или продавливание) и сверление отверстий. В мелкосерийном и единичном производствах чаще всего используют не машинные, а слесарные способы получения отверстий

Наиболее примитивный способ — пробивание листового проката при помощи бородка и молотка. Бородки (пробойники) представляют собой стержни из термически обработанной стали (обычно У7А). Рабочая часть бородка — усеченный конус с режущей кольцевой кромкой. Молотком ударяют по противоположной стороне. Бородками пробивают отверстия диаметром 1 . 8 мм.

В месте будущего отверстия под листовой прокат целесообразно подкладывать свинцовую пластинку, так как под воздействием - бородка в металле сперва происходит смятие, а затем отрыв (срез) части материала по контуру, определяемому кольцевой режущей кромкой бородка. В этом случае отверстие имеет только заусенцы. При отсутствии подкладки металл вокруг отверстия вследствие наклепа становится хрупким, часто с мелкими радиальными трещинами.

Техника безопасности при обработке отверстий. Обязательно следует закреплять обрабатываемую заготовку, а не удерживать ее руками. После смены режущего инструмента не оставлять ключ в патроне. Смазывать и периодически вынимать из отверстия режущий инструмент для очистки от налипающих стружек. Не браться руками за вращающийся режущий инструмент. Помещать под место выхода сверла металлическую подкладку с отверстием (деревянные подкладки могут вызвать перекос отверстия). Работать в очках при сверлении хрупких материалов, а также высокой частоте вращения режущего инструмента (более 200 об/мин). Убирать стружки только щеткой-сметкой.

4.2. Сверление и рассверливание отверстий

Сверление отверстий распространено больше и обеспечивает лучшее качество обработки. Режущим инструментом служат сверла, которые по конструкции бывают перовыми, спиральными, центровочными и оружейными (пушечными).

Спиральное сверло состоит из рабочей части, хвостовика, шейки, лапки или поводка. На боковой поверхности рабочей части выполнены две винтовые (спиральные) канавки, образующие режущие кромки и создающие пространство для выхода стружки. Хвостовик служит для закрепления, а лапка — для выбивания сверла. Лапка, кроме того, не позволяет сверлу проворачиваться. На шейках или на цилиндрических хвостовиках сверл штампуют, как правило, данные о размере и материале рабочей части.

Процесс сверления заключается в отделении под действием сил резания частиц металла и образовании отверстий при вращательном и поступательном движении сверла или заготовки. Такие движения сверлу или заготовке обеспечивают либо станки, либо слесарь при помощи коловорота, трещотки или дрели. Коловорот представляет собой стальную скобу, согнутую в виде коленчатого вала. Среднее звено служит рукояткой для вращения коловорота, верхнее звено имеет шляпку для прижатия коловорота с целью придания сверлу поступательного движения, а нижнее звено снабжено патроном или гнездом для крепления сверла. Коловороты применяют главным образом при обработке неметаллических конструкционных материалов.

Ручная дрель состоит из остова с упором для прижатия дрели и придания сверлу поступального движения, двухступенчатого мультипликатора (ускорителя) с ручным приводом и патрона для крепления сверла.

Трещотку применяют только в труднодоступных местах и для сверления относительно больших отверстий, когда невозможно использовать дрель.

Сверлить отверстия можно по разметке при помощи шаблона и через кондуктор. В последнем случае производительность труда повышается. В связи с этим в разделе III рассматриваются вопросы изготовления кондукторов и других приспособлений. Однако надо иметь в виду, что изготовление оснастки (кондукторов, шаблонов) оправдано экономически только в массовом или крупносерийном производстве. Поэтому надо тщательно изучить и менее производительный способ — сверление по разметке.

Этот способ обработки отверстий обычно не обеспечивает необходимой точности и шероховатости поверхности. Поэтому после сверления часто дополнительно обрабатывают стенки отверстия, чем повышают качество поверхности и точность.

Рассверливание — небольшое увеличение диаметра предварительно просверленного отверстия. Выполняют спиральным сверлом большего размера. Рассверливание также обеспечивает более высокую точность межцентровых расстояний.

4.3. Зенкерование, зенкование и развертывание отверстий

Зенкерование — обработка в отливках и поковках, а также предварительно просверленных с припуском на доводку отверстий для исключения или уменьшения овальности, конусности и других дефектов. Зенкерование может быть процессом окончательной обработки отверстий и подготовительным к развертыванию.

Зенкование — снятие фасок у отверстий, получение конических и цилиндрических расширений концов отверстий меньшего диаметра.

Зенкеруют и зенкуют режущим инструментом — зенкером. Различают цилиндрические, конические и торцовые зенкеры. Последние два иногда называют зенковками, а операцию торцового зенкования — цековкой. Зенкер — стержень из стали марок У10 и У12 с режущими кромками на боковой цилиндрической или конической поверхности (цилиндрические и конические зенкеры), а также с зубьями, расположенными на торце (торцовые). Для обеспечения соосности ранее просверленного отверстия и зенкера на торце последнего часто выполняют гладкую направляющую цилиндрическую часть.

Зенкеруют и развертывают аналогично сверлению. Развертывать можно и при помощи воротка. Во всех случаях обработки отверстий на режущий инструмент надо подавать смазку, обеспечивающую и его охлаждение.

Сверление отверстий в металле и дереве

Производство многих деталей из металла предполагает создание в конструкции различного вида отверстий. Они могут быть сквозными или глухими. Сверление отверстий осуществляется при проведении слесарных работ. Эти операции позволяют получить отверстия различного диаметра и необходимой глубины. Технология сверления отверстий в металле приводится в соответствие с технологической картой. На чертеже указывают размеры отверстия, величину допуска, конструктивные особенности (например, постоянный или изменяемый диаметр, снятие фаски с одного или обоих краёв и так далее).

Технология сверления

Процесс предполагает последовательное удаление слоя металла в окружности заданного диаметра с помощью режущего инструмента. Сверление металла объединяет два вида движения – вращательное и поступательное. Чтобы получить необходимые размеры отверстия в металлических заготовках необходимо точно выдерживать следующие параметры технологического процесса:

скорость вращения режущего инструмента;
скорость горизонтального или вертикального перемещения (в зависимости от взаимного расположения заготовки и сверла).

Отверстие в металле получается с заданными параметрами только при правильно выполненной подготовительной и основной операции, а также выборе необходимого оборудования и режущего инструмента. Часто для получения требуемой точности выполняют предварительное сверление. Оно называется черновое. Производится операция с пониженным классом точности. Далее осуществляется операция чистовой обработки с применением высокоточных станков и инструмента для металлических заготовок.

Сам процесс производится в различных режимах: с применением ручного инструмента (дрели или другого инструмента), специальных сверлильных или металлорежущих станках.

Во всех случаях для получения необходимого отверстия применяют различные виды свёрл. На сверлильных станках патрон с зафиксированным сверлом вращается и подводится к поверхности заготовки. На металлорежущих станках сверло закрепляется в задней бабке станка, а заготовка вращается. Второй способ позволяет получить более высокую точность отверстия и стенок полученного отверстия.

В зависимости от задач для обоих методов применяют следующие виды свёрл:

спиральные (наиболее распространённый вид этого инструмента);
с напаенными пластинками на режущую кромку;
центровочные;
пушечные;
перьевые (применяются для сверления отверстий в заготовках из любых пород древесины).

Спиральные свёрла своей поперечной кромкой оказывают давление на поверхность металла. На этот процесс приходится более 65% усилия при вращательном и поступательном движении. В этот момент происходит значительное повышение температуры, как поверхности заготовки, так и передней кромки сверла. Поэтому необходимо правильно соблюдать тепловой режим в процессе сверления.

Для ускорения процесса резания в спиральных свёрлах применяют так называемую двойную заточку. Она позволяет более эффективно работать по наиболее твердым маркам металла, в том числе по чугуну. Такая заточка приводит к увеличению ширины стружки, снижается величина главного угла, повышается стойкость и долговечность сверла.

Технология создания центровочных отверстий предполагает применение специальных центровочных свёрл. Они изготавливаются из инструментальной стали и имеют двустороннюю комбинированную конструкцию.

Нанесение на режущую кромку сверла пластин, обладающих повышенной прочностью, позволяет использовать их для сверления изделий из чугуна, металла повышенной твёрдости, плотных строительных конструкций (из бетона, камня, керамического гранита и так далее).

Перовые свёрла отличаются конструкцией режущей кромки. Она выполнена в форме пластин. Обычно они применяются для изготовления отверстий в древесных заготовках. Иногда специальные перовые свёрла применяются для изготовления отверстий в твёрдых поковках и некоторых видах литья.

Режимы сверления

Для получения точных и качественных отверстий необходимо соблюдать режимы и технологии всех операций. Сверление металла предполагает соблюдение следующих режимов:

выбор необходимого диаметра и типа сверла;
скорости и глубина резания;
скорость и точность подачи (сверла или заготовки);
угол контакта режущей поверхности с заготовкой;
температуры нагрева заготовки и сверла (обеспечение охлаждения, в случае необходимости).

Выполнение всех режимов позволяет получить отверстие в металле, удовлетворяющее условиям конструкторской документации. Правильно выбранный режим повышает точность обработки и продлевает срок службы режущего инструмента. Для выбора режимов сверления металлических изделий разработаны специальные таблицы. Они включают точные параметры режимов резания. Например, зная марку стали и диаметр используемого сверла можно с помощью данных переводной таблицы можно установить скорость резание. Это позволит точно настроить скорость вращения шпинделя применяемого станка. Для этого используют переводную таблицу, которая нанесена на специальную пластину и закреплена на лицевой панели каждого станка.

В отдельных случаях применяют предварительное сверление. Оно подготавливает черновое отверстие для дальнейшей обработки (фрезерования или развёртки). Если заготовка достаточно толстая или необходимо получить глубокое отверстие применяют поэтапный режим изготовления.

Типы отверстий и методы их сверления

В теории металлообработки все отверстия делятся по следующим признакам:

назначению;
геометрическим размерам и глубине;
степени обработки.

По назначению их подразделяют: для крепления двух и более элементов, последующего нарезания резьбы, вставки отдельных элементов конструкции.

По второму признаку рассматривают следующие виды:

сквозные;
глухие (в том числе глубокие);
половинчатые;
большого диаметра.

Особое место занимают отверстия, которые подготавливают для нарезания внутренней резьбы. В этом случае сверление и рассверливание отверстий производиться с учётом будущего диаметра вкручиваемого элемента, обладающего наружной резьбой. Для каждого из отверстий выбирают свои способы сверления.

Так как сверление это процесс механического резания металла, поэтому для получения желаемого результата следует выбрать необходимые методы обработки. Для производства сквозных отверстий в деталях необходимо продумать систему их крепления, которая не позволит повредить поверхность, находящуюся за деталью. Наиболее целесообразно применять тиски или струбцины.

Для изготовления глухих или половинчатых отверстий следует предусмотреть точную остановку сверла, которое обеспечит необходимый размер. Сверление больших отверстий предполагает применение специального оборудования. При необходимости получения отверстий разного диаметра следует подобрать требуемый набор свёрл или применять станки с числовым программным управлением. Они позволят автоматически производить замену сверла на инструмент с заданным диаметром.

Оборудование и приспособления для сверления

Для каждого из этапов разработан инструмент для сверления отверстий. На подготовительной стадии применяются следующие инструменты, позволяющие производить точную разметку места положения будущего отверстия. Для этого применяют: керн, специальный шаблон или кондуктор. Керн представляет собой хорошо заточенный стержень из прочной инструментальной стали. С его помощью наносят углубление на поверхности заготовки, в точке, где планируется произвести сверление. Попадая в это углубление, сверло не скользит по поверхности и производится точное сверление.

Для повышения производительности на предприятиях с массовым производством изготавливают специальные шаблоны. Они позволяют производить разметку мест будущих отверстий у однотипных заготовок. Специальные шаблоны применяют для высверливания на цилиндрических поверхностях. Их изготавливают из стальной полоски, согнутой под прямым углом. На одной из поверхностей сверлят небольшое отверстие, которое в дальнейшем позволит керном наносить отметку на цилиндрической поверхности.

Для получения повышенной точности разметки, соблюдения вертикального положения сверла и соблюдения заданного расстояния, между отверстиями применяется инструмент называемый кондуктором. Кроме этого его применяют при сверлении тонкостенных изделий, для которых не возможно сильное механическое воздействие (например, удар молотка по керну).

Кроме этих изделий применяют инструменты и приспособления позволяющие производить сверление дрелью при её жесткой фиксации. С этой целью применяю:

направляющий фиксатор;
удерживающая стойка;
кондуктор для направления движения сверла.

Первые два приспособления изготавливаются под конкретную конструкцию электродрели. Кондуктор позволяет точно направлять сверло к месту будущего отверстия. Его успешно используют для размеров, не превышающих 20 миллиметров. Поэтому при изготовлении отверстий большого диаметра с помощью кондуктора производят предварительное рассверливание.

Все эти проблемы легко решаются при применении сверлильных или токарных станков. Сверлильные станки делятся на три категории:

универсальные;
специализированные;
специальные.

Они классифицируются по следующим признакам:

конструкцией стола;
уровню автоматизации;
количеству имеющихся шпинделей;
степени точности;
наличию дополнительных возможностей.

Первая категория станков позволяет решать практически весь спектр задач по производству отверстий. Серьёзным ограничением служит допустимое расстояние, на которое может двигаться патрон с закреплённым сверлом. Это обстоятельство не позволяет производить сверления на большую глубину. В этом случае применяют специализированные станки. Для повышения производительности труда и увеличении количества выпускаемых однотипных деталей конструируют специальные агрегаты. Они способны выполнять перечень необходимых операций с высокой точностью и скоростью.

По конструкции такие станки выпускаются с одним или несколькими шпинделями. Конструкция стола отличается многообразием: обычные, плавающие, подъёмные и другие. Уровень автоматизации определяется способом выполнения операций сверления. Самыми простыми станками являются ручные и механические. Более совершенными являются автоматические и станки с числовым программным управлением.

Кроме сверлильных станков для решения этих задач используют различные токарные станки.

Для получения отверстий на токарном станке в шпинделе передней бабки закрепляют сверло, а в задней бабке крепят заготовку.

На токарных станка можно выполнять весь перечень операций связанных с получением отверстий: непосредственно само сверление, рассверливание с последующим развёртыванием или зенкованием.

Советы мастеров

При проведении работ профессионалы советую обратить внимание на следующие особенности. Их делят на три категории:

предварительный (подготовительный) этап;
этап проведения работ;
соблюдение техники безопасности.

На первом этапе необходимо:

выбрать необходимое оборудование (станок, электрическую или ручную дрель), в зависимости от существующих возможностей;
на основании стандартов и сплавочной литературы определить режимы резания и допустимые виды свёрл для проведения будущей операции;
выбрать инструмент для разметки (если такого нет в наличии, изготовить самому);
подобрать устройство фиксации дрели.

Предварительный этап должен заканчиваться проверкой надёжности крепления сверла и заготовки. Если применяется фиксатор дрели, следует проверить его надёжность.

Работы по сверлению отверстий должны производиться в строгой последовательности с составленной технологической картой или техническим процессом. Особое внимание следует обратить:

сверло к месту будущего отверстия необходимо подводить только после того, как оно набрало заданную скорость вращения;
извлекать сверло следует только в процессе его вращения (желательно на минимальных оборотах, если существует возможность изменения скорости вращения);
следить за процессом резания (например, если режущая кромка не выполняет операцию сверления, следовательно, материал сверла мягче материала заготовки);
для сверления не сквозных отверстий необходимо предусмотреть фиксатор или метку, позволяющую определить глубину прохода в материале;
при работе на станках, оснащёнными ЧПУ, необходимо осуществлять контроль над последовательностью проводимых операций.

Важным элементом при проведении сверлильных работ является соблюдение техники безопасности. Она предполагает соблюдение следующих правил:

обеспечение надёжности крепления всех элементов конструкции;
организацию условий отведения образовавшейся стружки;
соблюдение температурного режима (не допущения перегрева сверла и заготовки);
применение специальной одежды и средств защиты (рук, глаз, открытых участков тела);
на одежде не должно быть свободно свисающих элементов;
длинные волосы должны быть заправлены в головной убор (это предотвратит возможность их наматывания на вращающиеся элементы станка).

Применения советов профессионалов позволит качественно выполнить операцию сверления и получить отверстия высокой степени точности на местах, указанных в конструкторской документации.

Способы сверления металла: свёрла и приспособления

Для проделывания отверстий в металле используют свёрла — механические стержни из сплава, который твёрже, чем обрабатываемая деталь. Свёрла по металлу изготавливают из быстрорежущей стали марок Р6М5, Р9, Р18 под общим обозначением HSS, либо из твёрдых сплавов: ВК, Т5К10, предназначенных для обработки закалённых и твёрдосплавных заготовок.

Сверло состоит из трёх элементов:

Кромки врезаются в дно отверстия и снимают с него тонкую стружку.
Спиральная нарезка выталкивает стружку из отверстия.
Хвостовик предназначен для крепления сверла в патроне инструмента.

Конструкция спирального сверла по металлу

О режущих кромках стоит рассказать более подробно. Это два скоса на остром конце сверла, которые сходятся в вершине — самой выступающей точке передней части, образуя перемычку. Угол, под которым сходятся кромки, называют главным углом при вершине, его величина стандартизирована для различных материалов и режимов обработки:

Твёрдая сталь и нержавейка: 135–140°
Конструкционная сталь: 135°
Алюминий, бронза, латунь: 115–120°
Медь: 100°
Чугун: 120° задний угол и 90° угол заточки кромки

Рекомендуемые углы заточки сверла по металлу

Каждая кромка также имеет собственный угол заточки порядка 20–35°, определяющий её остроту. Этот угол, называемый задним, обеспечивает касание сверла к металлу только по линии кромок, при этом за ними остаётся свободное пространство. Такая форма необходима для более лёгкого снятия и выброса стружки. У некоторых свёрл кромка заточена под более тупым углом, вплоть до прямого. Такие режущие кромки хорошо справляются с обработкой хрупких металлов, например, чугуна, латуни и бронзы.

Шаблон для проверки угла заточки свёрл

Спиральная часть включает несколько канавок для отвода стружки, на вершине которых расположены дополнительные кромки, плоскость которых параллельна оси сверла. Это так называемая ленточка, которая при погружении сверла подчищает стенки отверстия и способствует более качественной центровке.

Виды свёрл по металлу и техника их заточки

Выше мы рассмотрели базовую разновидность свёрл. Чтобы понять, как формируются углы при заточке, нужно лишь немного знаний и практики. Точить свёрла лучше всего на шлифовальном станке с подручником, в худшем случае можно воспользоваться универсальной заточной машинкой. На УШМ свёрла точить нельзя: во-первых, это противоречит технике безопасности при работе с этим электроинструментом, а во-вторых, из-за большой скорости вращения металл сильно перегревается и отпускается, становясь мягким.

При заточке сверло устанавливается на подручник так, чтобы его режущая часть была немного приподнята. Проворачивая сверло и сдвигая хвостовик влево, нужно добиться, чтобы режущая кромка расположилась строго горизонтально и параллельно торцу круга. Затачивать левую и правую кромку нужно поочерёдно, снимая тонкий слой металла и периодически охлаждая сверло в воде.

Если просто зафиксировать сверло в требуемом положении и подвести его к наждаку, правильно обточить заднюю поверхность не удастся. Из-за того что точильный камень круглый, затылочная часть кромки получается вогнутой. Это приводит к быстрому затуплению кромки и проблемам с отводом стружки. Чтобы избежать такого явления, переднюю часть сверла после касания о камень нужно немного приподымать, подавая вперёд и не снимая нажима. Так формируется выпуклая задняя поверхность, которая намного лучше воспринимает нагрузку при резании.

Правильное движение при заточке сверла

Обточка кромок должна выполняться до выведения острых граней без сколов и заусенцев. При этом съём с обеих сторон должен быть равномерным, о чём можно судить по форме и положению остающейся перемычки, а также по длине самих кромок. Если перемычка будет смещена, сверло будет вращаться эксцентрично, что приведёт к увеличению диаметра отверстия. Этот эффект можно использовать, если в наличии нет сверла нужного диаметра.

Когда основные кромки выведены, выполняется стачивание перемычки. Для этого сверло нужно поставить на подручник под углом около 45° и прижать задней частью к ребру круга, не задевая режущую кромку. На перемычке образуются две небольшие насечки длиной до 1/10 диаметра сверла, которые выполняют роль заходных и центрирующих кромок.

Стачивание перемычки сверла

Более специфическая разновидность свёрл используется для сверления тонколистового металла. При изготовлении глубокого отверстия сверло сначала центрируется вершиной, а на выходе удерживается ленточками спиральной части. Однако в тонком металле вершина проходит насквозь до того, как ленточки упираются в края, из-за чего отверстие получается рваным, смещённым или овальным.

Заточка сверла для тонкого листового металла

В таких ситуациях лучше использовать сверло перьевого типа, имеющее центрирующий носик. Изготовить такое можно из обычного сверла по металлу, переточив его определённым образом. Всё делается так же и с теми же углами, но при этом кромки не развёрнуты от вершины к краям, а сведены навстречу друг другу. Перьевое сверло нужно затачивать о край камня, оставляя перемычку нетронутой. Стачивание кромок выполняется до тех пор, пока перемычка не образует носик, выступающий над вершинами режущей части на 1–2 мм.

Ступенчатое сверло по металлу

Третий вид свёрл по металлу — конусные ступенчатые. У них есть несколько режущих кромок различного диаметра, что позволяет проделывать разные по размеру отверстия всего одним инструментом. Однако, несмотря на кажущуюся универсальность, найти действительно хорошее ступенчатое сверло довольно сложно, а его стоимость составит не менее $25. Другой минус — заточку таких свёрл можно выполнить только на специализированном станке.

Для сверления твёрдых сплавов и закалённой стали лучше использовать победитовые свёрла по бетону. Их заточка изначально рассчитана на дробящее действие, однако если вывести кромки под углом при вершине около 135° и заточить их под углом 20°, даже в очень твёрдой детали можно без усилий проделать аккуратное отверстие.

Как правильно сверлить металл

Вне зависимости от того, выполняется сверление дрелью или на станке, главное — правильно выбрать скорость вращения. В большинстве случаев оптимальная скорость находится в диапазоне 1800–2500 об/мин, однако на практике могут выбираться совершенно разные значения в зависимости от точности заточки и свойств материала.

Для эффективного и быстрого сверления не обойтись без умения правильно соотносить скорость вращения и усилие подачи. Легко почувствовать, как сверло врезается в металл, непрерывно выделяя стружку, и само начинает заглубляться в дно отверстия без существенного усилия. Обороты при этом, как правило, довольно низкие — порядка 300–500 об/мин.

Лучший показатель, что процесс сверления проходит технологически верно, а сверло заточено правильно — равномерный выход стружки с обеих спиральных канавок. Качество стружки — тоже значимый показатель:

при сверлении стали выделяется цельная стружка в виде длинных спиралей;
чугун, закалённая сталь и прочие хрупкие материалы образуют россыпь иголок;
алюминий сверлится с образованием коротких завитков;
при сверлении нержавейки могут получаться пыль и мелкие хлопья.

Правильная стружка при сверлении металла

Обязательно соблюдение техники безопасности! Сверлить следует без перчаток, защитив глаза слесарными очками.

Перед началом сверления необходимо разметить все отверстия, которые нужно проделать в детали. Центр каждого отверстия следует наметить кернером. Сначала сверлится небольшая лунка глубиной 2–3 мм, в неё вносится несколько капель машинного масла. Нужно научиться позволять сверлу самому выполнять свою работу: сначала сильно прижать инструмент, а когда произойдёт врезание кромок в металл — ослабить нажим и просто слегка придавливать, удерживая равномерную скорость вращения.

Вместо масла могут использоваться и другие охлаждающие жидкости. Так, при сверлении нержавейки сверло нужно смачивать олеиновой кислотой. Её испарения вредны, поэтому работать необходимо в респираторе. Для охлаждения также хорошо подходит керосин и мыльная вода — брусок хозяйственного на литр.

Особое внимание требуется в момент выхода сверла при сверлении сквозных отверстий. Достаточно часто в таких случаях тонкое дно прорывается с образованием крупных заусенцев, которые попадают в спиральные канавки и затягивают сверло вперёд. На выходе из детали требуется ослабить нажим и немного увеличить обороты.

Сверление металла коронкой

Сверлить отверстия большого диаметра лучше в несколько этапов, постепенно увеличивая диаметр сверла. Это не только снизит нагрузку на инструмент, но также продлит срок жизни заточки и обеспечит чистоту обработки. Отверстия диаметром свыше 13 мм лучше сверлить с помощью коронок. Вместо масла рекомендуется использовать консистентную смазку, так будет меньше брызг. Коронке нужно периодически давать время остыть, а во время работы тщательно следить за тем, чтобы зубья погружались равномерно, иными словами — держать шпиндель строго перпендикулярно поверхности детали.

Завершающий этап сверления — снятие фасок с обеих сторон отверстия. Для этого можно использовать зенковку, а при её отсутствии — сверло вдвое большего диаметра, которое подаётся с минимальным усилием на больших оборотах. Для снятия заусенцев с больших отверстий разумно воспользоваться круглым напильником и наждачной бумагой.

Читайте также: