Сверление

Сверлением называется процесс образования отверстий в сплошном материале режущим инструментом — сверлом.

Сверление применяется:

  • для получения неответственных отверстий, невысокой степени точности и невысокого класса шероховатости, например под кре­пежные болты, заклепки, шпильки и т. д.;
  • для получения отверстий под нарезание резьбы, развертывание и зенкерование.

Рассверливанием называется увеличение диаметра имеющегося отверстия.

Сверлением отверстий диаметром до 10 мм достигается 4-й класс точности и 1-3-й классы шероховатости, а при больших диаметрах отверстия — 5-й класс точности. Для обеспечения более высокой точ­ности и шероховатости поверхности отверстие подвергается дополни­тельной обработке — зенкерованию и развертыванию.

Точность сверления в отдельных случаях может быть повышена благодаря тщательному регулированию станка, правильно заточен­ному сверлу или сверлением через специальное приспособление, называемое кондуктором.

По конструкции и назначению различают сверла:

спиральные и специальные (перовые или плоские, для кольцевого сверления, ружейные, комбинированные с другими инструментами, центровоч­ные и др.).

Для сверления отверстий чаще применяют спиральные сверла и реже специальные.

Спиральное сверло (рис. 258, а, б, в) — двухзубый режущий инст­румент, состоящий из двух основных частей: рабочей и хвостовика.

Спиральное сверло и его элементы

Спиральное сверло и его элементы

Рабочая часть сверла в свою очередь состоит из цилиндрической (направляющей) и режущей частей. На цилиндрической части имеют­ся две винтовые канавки, расположенные одна против другой. Их назначение — отводить стружку из просверливаемого отверстия во время работы сверла. Канавки на сверлах имеют специальный профиль, обеспечивающий правильное образование режущих кромок сверла и необходимое пространство для выхода стружки (рис. 259).

Канавки и режущие кромки спирального сверла

Канавки и режущие кромки спирального сверла

Форма канавки и угол наклона ω (омега) между направлением оси сверла и касательной к ленточке должны быть такими, чтобы, не ослабляя сечения зуба, обеспечивалось достаточное стружечное пространство и легкий отвод стружки. Однако сверла (особенно мало­го диаметра) с увеличением угла наклона винтовой канавки ослабля­ются. Поэтому у сверл малого диа­метра этот угол делается меньше, для сверл больших диаметров — больше.

Угол наклона винтовой ка­навки сверла составляет 18-45°.

Для сверления стали пользуются сверлами с углом наклона канав­ки 26-30°.

Для сверления хрупких металлов (латунь, бронза) — 22- 25°.

Для сверления легких и вяз­ких металлов — 40-45°.

При об­работке алюминия, дюралюминия и электрона — 45°.

В зависимости от направления винтовых канавок спиральные сверла подразделяют на правые (канавка направлена по винтовой линии с подъемом слева направо, движение сверла во время работы — происходит по ходу часовой cтpeлки) и левые (канавка направлена по винтовой линии с подъемом справа налево, движение происхо­дит против хода часовой стрелки) (рис. 260). Левые сверла применя­ют редко.

Направление винтовых канавок спирального сверла

Направление винтовых канавок спирального сверла

Расположенные вдоль винтовых канавок сверла две узкие полоски на цилиндрической поверхности сверла называются ленточками. Они служат для уменьшения трения сверла о стенки отверстия, направляют сверло в отверстие и способствуют тому, чтобы сверло не уводило в сторону. Сверла диа­метром 0,25-0,5 мм выполняются без ленточек.

Уменьшение трения сверла о стенки просверливаемого отверстия достигается также тем, что рабо­чая часть сверла имеет обратный конус, т. е. диаметр сверла у ре­жущей части больше, чем на другом конце, хвостовика. Разность этих диаметров составляет 0,03-0,12 мм на каждые 100 мм длины сверла. У сверл, оснащенных пластинками из твердых сплавов, обратная конусность применяется от 0,1 до 0,3 мм на каждые 100 мм длины сверла.

Зуб — это выступающая с нижнего конца часть сверла, имеющая режущие кромки.

Зуб сверла имеет спинку, представляющую собой углубленную часть наружной поверхности зуба, и заднюю поверхность, представ­ляющую собой торцовую поверхность зуба на режущей части.

Поверхность канавки, воспринимающая давление стружки, на­зывается передней поверхностью. Линия пересечения передней и задней поверхности образует режущую кромку. Линия, образованная пересечением задних поверхностей, представ­ляет поперечную кромку. Ее величина зависит от диаметра сверла (в среднем равна 0,13 диаметра сверла).

Линия пересечения передней поверхности с поверхностью ленточ­ки образует кромку ленточки.

Режущие кромки соединяются между собой на сердцевине (сердцевина-тело рабочей части между канавками) короткой попе­речной кромкой. Для большей прочности сверла сердцевина посте­пенно утолщается от поперечной кромки к концу канавок (к хвосто­вику).

Угол между режущими кромками — угол при вершине сверла 2φ — оказывает существенное влияние на процесс резания. При его увеличении повышается прочность сверла, но одновременно резко возрастает усилие подачи. С уменьшением угла при вершине резание облегчается, но ослабляется режущая часть сверла.

Величина этого угла выбирается в зависимости от твердости об­рабатываемого материала. Ниже даны углы в градусах.

Сталь и чугун средней твердости………………………………116-118

Стальные поковки и закаленная сталь……………………..125

Латунь и бронза……………………………………………………….130-140

Медь красная……………………………………………………………125

Алюминий, баббит, электрон……………………………………130-140

Силумин………………………………………………………………….. 90-100

Магниевые сплавы……………………………………………………110-120

Эбонит, целлулоид……………………………………………………85-90

Мрамор и другие хрупкие материалы……………………….80

Пластмассы………………………………………………………………50-60

На рис. 261 показаны углы спирального сверла. Передняя поверх­ность зуба (клина) сверла образуется спиральной канавкой, задняя- боковой поверхностью конуса. Геометрические параметры режущей части сверла показаны на рис. 262 (см. сечение N-N).

Углы спирального сверла

Углы спирального сверла

Передним углом γ (гамма) называют угол, заключенный между поверхностью резания (обработанной поверхностью) и каса­тельной к передней поверхности (или передней грани).

Наличие переднего угла облегчает врезание инструмента, стружка лучше отделяется и получает возможность естественного схода.

С увеличением переднего угла улучшаются условия работы ин­струмента, уменьшается усилие резания, повышается стойкость. Вместе с тем ослабляется тело режущей части инструмента, которое может легко выкрашиваться, ломаться; ухудшается отвод тепла, что приводит к быстрому нагреву и по­тере твердости. Поэтому для каждого инструмента приняты определенные значения переднего угла. Пе­редние углы меньше при обработке твердых и проч­ных материалов, а также при меньшей прочности инструментальной стали. В данном случае для сня­тия стружки требуются большие усилия и режущая часть инструмента должна быть прочнее. При обра­ботке мягких, вязких материалов передние углы бе­рутся больше.

Задний угол α (альфа) — это угол наклона задней поверхности, образуемый касательной к зад­ней поверхности (или задней грани) и касательной к обрабатываемой поверхности. Задний угол дается для уменьшения трения задней поверхности (или зад­ней грани) об обрабатываемую поверхность.

При слишком малых углах а повышается трение, увеличивается сила резания, инструмент сильно нагревается, задняя поверхность быстро изнашивается. При очень больших задних углах ослабляется инструмент, ухудшается отвод тепла.

Передние и задние углы сверла в разных точках режущей кромки имеют разную величину: для точек, расположенных ближе к наруж­ной поверхности сверла, передний угол больше и, наоборот, для то­чек, расположенных ближе к центру, передний угол меньше. Если у периферии сверла на наружном диаметре он имеет наибольшую величину (25-30°), то по мере приближения к вершине сверла умень­шается до величины, близкой к нулю.

Как и передний, задний угол сверла изменяется по величине для разных точек режущей кромки: для точек, расположенных ближе к наружной поверхности сверла, задний угол меньше, а для точек, расположенных ближе к центру, — больше.

Величина угла заострения β (бэтта) зависит от выбранных значе­ний переднего и заднего углов, поскольку

α + ß + γ = 90°.

Хвостовик у сверла небольшого диаметра (до 10 мм) имеет обычно цилиндрическую форму (рис. 258,б), сверло с таким хвостови­ком крепится в патроне. Сверла большого диаметра (свыше 10 мм) имеют конический хвостовик. На конце конического хвостовика име­ется лапка (см. рис. 258,а), не позволяющая сверлу провертываться в шпинделе и служащая упором при выбивании сверла из гнезда. У сверл с цилиндрическим хвостовиком имеется поводок (рис. 258, б) предназначенный для дополнительной передачи крутящего момента сверлу от шпинделя.

Шейка сверла, соединяющая рабочую часть с хвостовиком, служит для выхода абразивного круга в процессе шлифования, на ней обозначена марка сверла.

Спиральные сверла изготавливаются из углеродистой инструмен­тальной стали У10 и У12А, легированной стали (хромистой марки 9Х и хромокремнистой 9ХС), быстрорежущей Р9, Р18.

Для изготовления сверл все шире применяют металлокерамические твердые сплавы марок ВК6, ВК8 и Т15К6. Наиболее распростра­ненными являются спиральные сверла из быстрорежущей стали.

Сверла, осна­щенные плас­тинками из твер­дых сплавов (рис. 263, а, б) (ГОСТ 5756- 64), находят широкое применение при свер­лении и рассверливании чугуна, закаленной ста­ли, пластмасс, стекла, мрамора и других твер­дых материалов.

Сверла оснащенные пластинками из твердого сплава

Сверла оснащенные пластинками из твердого сплава

По сравнению со сверлами, изготовлен­ными из инструменталь­ных углеродистых ста­лей, они имеют значи­тельно меньшую длину рабочей части, больший диаметр сердцевины и меньший угол наклона винтовой канавки. Эти сверла обладают высокой стойкостью и обес­печивают высокую производительность труда.

Существует несколько типов сверл диаметром от 5 до 30 мм, осна­щенных твердыми сплавами типа ВК, а корпуса сверл изготавливают­ся из стали марок Р9, 9ХС и 40Х.

Сверла с винтовыми канавками обеспечивают зна­чительно лучший выход стружки из отверстий, особенно при сверле­нии вязких металлов. Это достигается благодаря тому, что на длине 1,5-2 диаметра сверла винтовая канавка прямая, а далее к хвосто­вой части сверла винтовая.

Сверла с прямыми канавками применяют при сверлении отверстий в хрупких металлах. Они проще в изготовлении, но для сверления глубоких отверстий эти сверла применять нельзя, так как затрудняется выход стружки из отверстия.

Сверла с косыми канавками применяют для свер­ления неглубоких отверстий, так как длина канавок для выхода струж­ки у них очень мала. Длина рабочей части таких сверл составляет примерно 1,5 диаметра.

Сверла с отверстиями для подвода охлаждающей жид­кости к режущим кромкам сверла (рис. 263, в) предназначаются для сверления глубоких отверстий в неблагоприятных условиях. Эти сверла имеют повышенную стой­кость, так как охлаждающая жид­кость, подаваемая под давлением 10-20 ат в пространство между наружной поверхностью сверла и стенками отверстия, обеспечивает охлаждение режущих кромок и об­легчает удаление стружки.

Сверло крепится в специаль­ном патроне, обеспечивающем под­вод охлаждающей жидкости к от­верстию в хвостовой части свер­ла. Эти сверла особенно эффектив­ны при работе с жаропрочными материалами.

При сверлении отверстий свер­лами со сквозными каналами ре­жим резания повышается в 2-3 раза, а стойкость инструмента — в 5-6 раз. Сверление таким спо­собом осуществляют на специаль­ных станках в особых патронах (рис. 264).

Сверление с подводом охлаждающей жидкости к режущим кромкам

Сверление с подводом охлаждающей жидкости к режущим кромкам

Твердосплавные мо­нолитные сверла (ГОСТ 17273-71) предназначены для об­работки жаропрочных сталей. Эти типы сверл могут быть применены для работы на сверлильных машинах (материалом служит твердый сплав ВК15М) и для работы на станках (твердый сплав ВК10М).

Корпуса твердосплавных сверл изготовляются из стали Р9, 9ХС, 40Х, 45Х. В сверлах прорезается паз под пластинку из твердого спла­ва, которую закрепляют медным или латунным припоем.

Комбинированные сверла, например сверло-зен­ковка, сверло-развертка, сверло-метчик, применяются для одновре­менного сверления и зенкования, сверления и развертывания или сверления и нарезания резьбы.

Центровочные сверла (рис. 265) служат для получения центровых отверстий в различных заготовках. Они изготовляются без предохранительного конуса (рис. 265, а) и с предохранительным конусом (рис. 265, б).

Центровочные сверла

Центровочные сверла

Перовые сверла (рис. 266, а) наиболее просты в изготов­лении, применяются для сверления неответственных отверстий диа­метром до 25 мм, глав­ным образом при обра­ботке твердых поковок и отливок, ступенчатых и фасонных отверстий.

Перовые сверла

Перовые сверла

Сверление, как правило, осуществляют трещотками и ручными дре­лями.

Эти сверла изготовляются из инструментальной углеродистой стали У10, У12, У10А и У12А, а чаще всего из быстрорежущей стали Р9 и Р18.

Перовые сверла подразделяются на двусторонние (рис. 266, а) и односторонние (рис. 266, б), наиболее распространенными являются двусторонние. Угол резания одностороннего перового сверла при­нимается для стали в пределах 75-90°, а для цветных металлов 45-60°. Угол резания двустороннего перового сверла принимается 120-135°.

Перовые сверла не допускают высоких скоростей резания и не­пригодны для сверления больших отверстий, так как стружка из отверстия не отводится, а вращается вместе со сверлом и царапает поверхность отверстия. Кроме того, в процессе работы сверло быстро тупится, изнашивается, теряет режущие качества и уходит в сторону.