Виды сверл по металлу, их устройство и изготовление

В машиностроении сверло по металлу является вторым по частоте использования инструментом после резца, а в домашнем хозяйстве оно уверенно делит лидерство с ножовкой и отрезным кругом. Конструктивно сверло — это длинный цилиндрический стержень из металла с двумя режущими кромками на торце и спиральными канавками для отвода стружки. Принцип резания металла и формирования отверстия у всех типов этого инструмента практически одинаков, поэтому основная классификация сверл по металлу основывается на конструктивных признаках (тип хвостовика, профиль спирали, вид режущей кромки и т. п.). Определить по внешнему виду все необходимые характеристики сверла достаточно сложно, т. к. маркировка, которая гравируется на металле хвостовика, содержит информацию только о диаметре инструмента, материале изготовления и производителе. Поэтому для того, что выбрать сверло для обработки твердых, хрупких или вязких металлов и сплавов необходимо воспользоваться каталогами производителей. Длительное и краткосрочное хранение сверл должно осуществляться по определенным правилам, т. к. инструментальные и быстрорежущие стали склонны к коррозии, а заточенные кромки легко повреждаются при ударе о металл.

Конструкция и геометрия сверла

В качестве примера взят один из самых распространенных в промышленности видов такого инструмента: спиральное сверло для работ по металлу с коническим хвостовиком (см. чертеж ниже). Все изображенные на рисунке углы сверла соответствуют работам по металлу общего назначения. Слева показан вид сбоку, а справа — со стороны рабочего торца (увеличено).

1. Хвостовик. Служит для закрепления инструмента в шпинделе станка или зажимном патроне. При сверлении металла на токарных станках крепится неподвижно в конусе задней бабки.
2. Рабочая часть. Формирует цилиндрическое отверстие (или углубление). Состоит из режущей части, длина которой у таких сверл по металлу обычно составляет половину их диаметра, и направляющей с канавками для отвода стружки.
3. Конус Морзе. Для установки в шпиндели и задние бабки станков используют инструмент с коническим хвостовиком, а для зажима в кулачковые и цанговые патроны — с цилиндрическим.
4. Лапка. Эти конструктивные элементы присутствуют только на конических хвостовиках и предназначены для выбивания инструмента из шпинделя или оправки.
5. Шейка. Обеспечивает удобство подвода и отвода шлифовального инструмента при обработке спиральных канавок. Она не выполняет никаких рабочих функций, поэтому на нее обычно наносится маркировка сверла (чеканится непосредственно на металле).
6. Направляющая часть. Также называется калибрующей. Опираясь на стенки просверленного в металле отверстия, направляет инструмент вдоль его оси. Включает в себя спиральные поверхности с ленточками и канавки для отвода стружки.
7. Угол наклона спиральной поверхности. Для обработки металла он составляет 18÷30°.
8. Стружкоотводящая канавка. От ее ширины, наклона и качества поверхности зависит скорость отвода стружки.
9. Диаметр режущей части. Равен расстоянию между внешними краями режущих кромок.
10. Режущая кромка. Это острая грань между передней поверхностью (стружечной канавкой) и задней затачиваемой поверхностью.
11. Главный угол при вершине. Угол между режущими кромками, оказывает значительное влияние на процесс резания и прочность сверлильного инструмента. Для работ по металлу его стандартное значение равно 116÷118°.
12. Задняя поверхность. Для снижения трения в зоне резания задняя поверхность затачивается под углом к режущей кромке. Для сверления металла его значение около ленточки должно составлять 8÷12°.
13. Перемычка. Конструктивная часть, общая для обеих задних поверхностей.
14. Поперечная режущая кромка. Острая грань на перемычке, разделяющая задние поверхности. При правильной заточке на ее середине находится геометрический центр режущей части, который должен совпадать с осью инструмента.
15. Ленточка. Две слегка выступающие над спиральными поверхностями полоски, которые калибруют отверстие и снижают трение о его стенки.

Общая компоновка других типов сверл по металлу подобна этой, хотя в зависимости от своего назначения они могут отличаться конструкцией режущей части и стружкоотводящих канавок.

Виды сверл по металлу

• спиральные;
• перовые;
• центровочные;
• специальные.

Среди специальных сверл самой большой группой является инструмент для глубокого сверления в заготовках из металла. Отдельные подгруппы также составляют изделия для сверления отверстий больших диаметров и ступенчатых цилиндрических профилей. Бывает так, что современный сборный инструмент имеет настолько сложную или инновационную конструкцию, что его относят сразу к нескольким типам.

Спиральная форма

Традиционным широко распространенным видом сверлильного инструмента являются спиральные сверла, у которых формирование цилиндрического отверстия в металле осуществляется двумя симметричными режущими кромками. При этом отвод образующейся стружки проходит по спиральным канавкам, начальная часть которых является передними поверхностями, образующими эти кромки. По своей конструкции эти изделия могут быть монолитными или сборными, с заменяемой головкой или механическим креплением режущих пластин. Для снижения трения и повышения скорости отвода стружки спиральную часть полируют и покрывают износостойкими материалами.

Ступенчатая форма

Корончатые сверла

Шнековые сверла

Перовые сверла

Типы хвостовиков

Маркировка сверл согласно ГОСТ

Правила маркировки сверл регламентированы ГОСТ 2034-80. Согласно этому документу на сверлильный инструмент диаметром менее двух миллиметров маркировка не наносится. Все данные о них должны указываться на упаковочной этикетке. Для сверл толщиной свыше двух и до трех миллиметров маркировка сверла по металлу содержит только значение диаметра и марку стали (таким образом их можно отличить от инструмента до двух миллиметров). Для диаметров свыше трех миллиметров в составе маркировки производитель должен указывать его величину, свой товарный знак, марку металла и класс точности. Марка металла, из которого изготовлен инструмент, может указываться как в виде ГОСТовского обозначения стали (например, Р6М7К6), так и общепринятой для быстрорежущих сталей международной аббревиатурой (HSS) с добавлением обозначения основного легирующего металла (Co, Ni, Ti и пр.) (см. фото ниже). Зарубежные изготовители маркируют свою продукцию аналогичным образом, поэтому отличить российские сверла от импортных можно только по торговой марке.

Цветовое обозначение

Кроме того, каждая группа резания подразделяется на группы применения, которые обозначаются числом в интервале от 1 до 40. Группы с большим индексом имеют более высокую прочность, а с меньшим — большую твердость и стойкость к износу.

Технология изготовления сверл

1. Подготовка компонентов. Цилиндрические заготовки для обеих частей нарезают на прутковых автоматах, а затем очищают от заусенцев, поверхностных окислов и загрязнений.
2. Сварка. Две части из разного металла сваривают контактной стыковой сваркой. После этого со сварных швов удаляют излишки металла, а заготовки правят для придания им точной цилиндрической формы.
3. Обточка. Заготовки центруют и обтачивают до точного размера. На этом же этапе подрезают торцы, точат конус хвостовика, обтачивают конец конуса под лапку (у инструмента с цилиндрическим хвостовиком последние две операции отсутствуют).
4. Фрезеровка. Фрезеруют лапку (для конических хвостовиков), спиральные канавки и задние поверхности. После этого заготовка подвергается термической обработке с последующей очисткой на пескоструйной установке.
5. Шлифовка. Шлифуют и полируют канавки спиралей. После этого шлифовке подвергают хвостовик и рабочую часть (с доводкой обратного конуса).
6. Заточка сверла.

Корпуса сборного сверлильного инструмента, в котором режущая часть выполнена из твердосплавных пластин с напайным или механическим креплением, являются достаточно сложными изделиями, т. к. при их изготовлении необходима сложная фрезерная и токарная обработка. Поэтому их обычно изготавливают на станках с ЧПУ или обрабатывающих центрах.

Таблица размеров сверл по металлу

Государственные стандарты, правила изготовления спиральных и центровочных сверл по металлу, включают в себя таблицы размерных рядов для разных исполнений и направлений вращения спирали. Каждому типоразмеру соответствует уникальное цифровое кодовое обозначение. К примеру, если диаметр сверла с цилиндрическим хвостовиком равен 3.1 мм, оно имеет исполнение N1 и правую спираль, то его общая длина должна составлять 65 мм, длина рабочей части — 36 мм, а кодовое обозначение такого изделия будет 2300-7517. Таблицы размеров для сверл по металлу с коническим хвостовиком включают в себя диапазон диаметров от 5 до 80 мм, а для инструмента с цилиндрическим хвостовиком — от 0.25 до 20 мм. При этом для тонких сверл диаметром до 1 мм предусмотрено только исполнение N1 c правой спиралью.

Материалы изготовления и покрытия

Для улучшения рабочих характеристик сверл по металлу их поверхности подвергают дополнительной обработке или покрывают твердыми соединениями металлов. Самые распространенные методы обработки, повышающие прочность и износостойкость инструмента, — это цианирование и сульфидирование. А для защитных покрытий обычно используют карбонитрид титана (TiCN), в том числе легированный алюминием (TiAlN).

Как подобрать сверло под обрабатываемый металл

При выборе сверла для работ по металлу в первую очередь необходимо ознакомиться с цветовыми маркировками стандарта ISO 513, которых придерживаются все производители сверлильного инструмента. При этом нужно понимать, что такая маркировка не наносится на само изделие, а присутствует только в его каталожном описании. Можно, конечно, положиться на советы консультанта в магазине инструмента, но такой способ подойдет только в том случае, если требуется подобрать сверло для дрели, предназначенное для работы с обычной конструкционной сталью. Если же предстоит сверлить твердые или вязкие металлы или требуется качественное выполнение работы на заказ, то лучше следовать рекомендациям профессионалов. На рисунке ниже приведен пример использования цветовой маркировки из каталога Mitsubishi.

Необходимо также помнить, что параметры процесса сверления зависят как от характеристик сверла, так и от мощности и скорости вращения привода. Поэтому сверла для шуруповерта лучше не использовать с дрелью, т. к. это, скорее всего, приведет к их повреждению. А скорости вращения шуруповерта явно недостаточно для сверления металла обычными сверлами для дрели.

Сверла, применяемые в станках

На сверлильных станках, у которых посадочное отверстие шпинделя выполнено под конус Морзе, сверла для обработки металла устанавливаются напрямую в шпиндель. А для их фиксации в нем предусмотрен специальный сквозной паз для заклинивания лапки. Такие же сверла применяют и в универсальных станках (сверлильно-фрезерных и пр.), у которых посадочное отверстие шпинделя сделано под метрический конус или под одну из его современных разновидностей. Только в этом случае их вставляют в переходные оправки с соответствующим конусом. В целом сверла по металлу, используемые на станках, не отличаются от тех, что применяют при сверлении ручным инструментом. Единственный вид сверлильного инструмента, предназначенный только для станочного применения, — это сверла со сквозным каналом, предназначенным для подачи СОЖ в зону обработки (см. рис. ниже).

Лучшие производители

Среди российских производителей сверлильного инструмента для работ по металлу хорошее соотношение цены и качества имеет продукция Волжского инструментального завода (ВИЗ), Томского инструментального завода (ТИЗ) и ПО «Туламаш». К этой же категории относится инструмент украинского Запорожского инструментального завода (ЗИЗ). Самыми лучшими по качеству являются сверла всемирно известных производителей режущего инструмента, таких как немецкие Bosch, Hasser и Ruko, шведский Sandvik, японская Mitsubishi, тайваньский Winstar и пр. Но их продукция имеет достаточно высокую цену и предназначена в основном для профессионального применения. Кроме того, на рынке массово представлены сверла по металлу под торговыми марками известных продавцов и производителей электроинструмента. В основном это недорогой инструмент, но при этом многие изделия имеют очень высокое качество. В этой категории пользователи чаще всего отмечают «Зубр», «Интерскол», DeWalt, Hilti, Makita и Metabo.

Правила хранения сверл

На рабочих местах промышленных предприятий хранение сверл осуществляется в инструментальных шкафах и тумбочках из листового металла, установленных в непосредственной близости от станка, а также на стеллажах в специальных инструментальных кладовых. Сверлильный инструмент необходимо укладывать в определенном порядке (по типам и диаметрам) в соответствующие отсеки, пеналы или чехлы. Укладка должна обеспечивать сохранность режущих кромок, а также рабочих и посадочных поверхностей. Перед помещением на хранение сверлильный инструмент очищают от металлической пыли и загрязнений, а в случае неиспользования в течение длительного времени смазывают литолом или техническим вазелином. В целях предотвращения возникновения коррозии запрещается располагать рядом с местами хранения инструмента кислотосодержащие и прочие агрессивные жидкости. В домашних мастерских инструмент должен храниться с соблюдением таких же правил. Только вместо тумбочек и шкафов здесь гораздо удобнее использовать пластиковые пеналы и специальные подставки (см. видео ниже).

При сверлении глубоких отверстий в металле рекомендуется поливать поверхность инструмента небольшим количеством масла. На производстве обычно используют И-20, но не у всех есть возможность приобрести именно эту марку. А какое масло взамен индустриального можно использовать в домашних условиях? Поделитесь, пожалуйста, своими соображениями и рекомендациями по этому вопросу в комментариях.