Сверление металла

Просверлить отверстие в металлических деталях — задача непростая. Для ее реализации недостаточно купить дрель и сверла. Нужны знания по обработке металла и технике безопасности, чтобы ваш опыт стал удачным и не нанес ущерб ни имуществу, ни здоровью.

Для чего сверлим отверстие?

Монтажное отверстие, просверленное в двух металлических деталях, дает возможность соединить их с помощью крепежа, а именно заклепок, болтов, винтов, шурупов и прочего.

Однако вы можете столкнуться с необходимостью выполнить технологическое отверстие, которое предназначено для стыковки детали с другими деталями в рамках одной конструкции.

По крупному счету, отверстие может быть или сквозным (через всю толщину металлической пластины), или глухим (с частичной глубиной, без сквозного выхода инструмента).

На базе сквозного или глухого отверстия существуют разновидности перфораций. Например, в некоторых случаях требуется выполнить отверстие с неполным диаметром (оно так и называется — неполное). Такую перфорацию возможно осуществить по краю металлической пластины.

Сложные ступенчатые отверстия подразумевают меняющийся диаметр, угол наклона и выступы на протяжении одного отверстия.

Отверстие может предполагать дальнейшую нарезку внутренней метрической резьбы для крепления деталей или установки крепежа.

Чем сверлим отверстие?

Для бытового применения будет достаточно дрели со специальными сверлами для металла. Или перфоратора с переходником для сверла.

С этим минимальным набором инструментов можно просверлить отверстие для установки самодельного металлического стеллажа в гараже или увеличить диаметр перфорации для монтажа настенного светильника.

Но чтобы выполнить сверление качественно, понадобятся дополнительные инструменты:

• Кернер помогает наметить точное место сверления и избежать срыва сверла с начальной точки. Кернер делает центрованное углубление в металле после удара по нему молотком.

• Тиски, цанговые зажимы, упоры, прихваты, кондукторы с базовыми точками служат для жесткой фиксации деталей. Они предотвращают смещение металлических элементов во время сверления.

• Зенкер, развертка очищают отверстие от шероховатостей и заусенцев.

Дрель и перфоратор удобны для сверления металла в труднодоступных местах и для решения небольших по объему задач. Для серийного производства требуются сверлильные станки. Схематично конструкцию станка можно представить как становую часть (она неподвижна) и сверлильную головку, которая расположена на стойке. Важная часть сверлильной головки — шпиндельная бабка. Именно здесь происходит фиксация детали для сверления. Шпиндель соединен с двигателем станка через ременной привод. Параметры для каждой операции на станке настраиваются с помощью блока управления.

Сверлильные станки различаются по способу обработки металла.

Вертикальные и горизонтальные сверлильные станки. Основное отличие данных станков состоит в направлении шпиндельной бабки. У вертикальных станков шпиндель перемещается вертикально, у горизонтальных — соответственно горизонтально.

Вертикальные станки занимают меньше места на полу и даже имеют вариант настольного использования.

Горизонтальные станки не такие компактные, зато на них можно обрабатывать длинные заготовки.

Радиально-сверлильный станок расширяет возможность обработки деталей, так как его сверлильная головка может двигаться по направляющей балке радиально, то есть на 360°.

Координатно-расточные станки позволяют осуществлять сверление с высокой точностью. Кроме операции сверления, на данных станках можно фрезеровать, нарезать резьбу, зенкеровать и пр.

Алмазно-расточные станки требуются для отделочного растачивания, шлифования с повышенной эффективностью и перфорации твердых металлов.

Одношпиндельные и многошпиндельные станки отличаются количеством шпинделей в конструкции и соответственно возможностью сверления одновременно одного или нескольких отверстий.

Одношпиндельные станки часто имеют полуавтоматическое управление и после установки параметров оператором могут работать автономно, без участия человека.

На производстве может быть использована пневматическая дрель, если произвести сверление необходимо в труднодоступных местах, в неразборных конструкциях, под определенным углом.

Выбираем сверло

Самые ходовые и универсальные по своему назначению — спиральные сверла. Но кроме них существует оснастка, предназначенная для качественного выполнения специальных задач.

В соответствии с ГОСТ сверла маркируются на хвостовиках — здесь вы можете увидеть информацию об их размере и марке стали. Если сверло меньше 2 мм в диаметре — маркировка отсутствует.

Приемы эффективного сверления металла

В зависимости от конкретных целей при сверлении используют разные приемы. Рассмотрим некоторые из них.

1. При сверлении сквозного отверстия в металле заранее позаботьтесь о том, чтобы обратная сторона заготовки не деформировалась при выходе сверла. Что для этого можно сделать:

• понизить скорость сверления непосредственно перед и во время выхода сверла с обратной стороны;
• подложить с обратной стороны детали деревянную подложку;
• использовать для упора детали металлическую подложку с отверстием или углублением для выхода сверла и плотно прижать подложку к детали струбцинами;
• использовать для сверления верстак с перфорацией для выхода сверла.

2. При сверлении глухого отверстия важно остановиться на требуемой глубине. Что для этого можно сделать:

• зафиксировать на станке упор, дальше которого не опустится сверло (предварительно высота упора измеряется с помощью линейки);
• использовать патрон с регулировкой упора;
• использовать втулочный упор;
• задать глубину сверления в программе для автоматизированных станков.

3. Для сверлении неполного отверстия две заготовки прижать друг к другу встык и фиксировать тисками. Отверстие просверлить с центровкой между кромками деталей. В итоге на одной и другой детали образуется половинчатое отверстие.

4. Сверлении сложных отверстий осуществляют в несколько этапов, при этом выбирают сверла с разными диаметрами, начиная от меньшего к большему.

5. При сверлении отверстия большого диаметра воспользуйтесь:

• корончатым (кольцевым) сверлом;
• конусным сверлом (ступенчатым или стандартным).

6. Для соблюдения точности диаметра отверстия можно использовать технологию предварительного чернового просверливания и дальнейшей обработки начисто.

Технология сверления

Сверление представляет собой процесс внедрения режущей части инструмента в металл за счет вращательных поступательных движений. Вследствие постепенного удаления металла в месте сверления образуется отверстие заданного диаметра.

Чтобы отверстие получилось ровным, точно центрованным, чистым, под необходимым углом, нужно учитывать следующие технологические характеристики и этапы:

Скорость вращения сверла (в минуту). От данного параметра зависит скорость сверления в целом. Однако не стоит думать, что чем она выше, тем лучше. Скорость подбирают с учетом марки стали сверла, диаметра сверла, особенности заточки сверла, качества металла заготовки.

Для сверлильных станков на производстве эти нормативы просчитаны и занесены в таблицы, а для станков-автоматов достаточно выставить параметры на блоке управления, чтобы станок сам выбрал скорость сверления. Стандартный диапазон - от 800-900 до 2500 оборотов в минуту.

Однако на разных этапах сверления скорость вращения сверла приходится менять. Например, если вы выполняете сквозное отверстие в детали, дно которой тонкое — сверло может выйти из материала грубо и образовать крупные заусенцы. Эта ситуация чревата тем, что заусенцы попадут в канавки сверла и заклинят его. Чтобы предотвратить затягивание сверла, повысьте скорость при выходе сверла и при этом уменьшите нажим на инструмент.

Усилие подачи. Усилить или ослабить нажим на инструмент со сверлильной головкой — важный вопрос, ответ на который влияет на качественное внедрение сверла в металл. Усилие подачи рассчитывается по формуле на автоматизированных станках.

При работе дрелью усилие подачи нужно почувствовать. На начальном этапе нажим должен быть посильнее, чтобы сверло внедрилось в металл. При прохождении основного реза нажим надо ослабить. Не надо слишком активно нажимать на инструмент: при правильном подборе сверла заглубление происходит при небольшом усилие.

Угол сверления. На автоматизированных станках направление реза программируется. Однако с помощью ручных инструментов без дополнительных приспособлений выдержать точный наклон лунки сложно.

Температура нагрева сверла и заготовки. Если во время сверления металл сильно нагревается, обязательно требуется охладить сверло. О способах охлаждения расскажем ниже.

Чистота поверхности отверстия. Если требуется получить отверстие с ровными кромками и гладкими стенками, после сверления проведите развертку или зенкерование. Развертка увеличивает чистоту поверхности отверстия и намного увеличивает точность отверстия (до сотых миллиметра).

Соблюдая технологию сверления на каждом этапе, вы оберегаете сверлильный инструмент от поломок и продлеваете его срок службы.

Разметка: кернер, шаблон или кондуктор

Первый этап работы, предваряющий сверление — разметка отверстий. Для выполнения этого процесса используют разные способы и инструменты. Для одноразовой работы — кернер, для мелкосерийной — шаблон, а для крупносерийного производства — кондуктор.

Кернер. Если требуется просверлить одно или десяток отверстий, проще всего разметку делать с помощью кернера.

В отличие от разметки карандашом, маркером, фломастером кернер делает углубление в металле, которое удерживает сверло строго в центре отверстия. Для разметки острие кернера устанавливают в нужную точку и ударяют по его ручке молотком.

Но даже кернение не дает полной гарантии 100%-ного попадания в точку сверления. Поэтому мастер должен начать сверление и заглубиться на 2-3 мм. Затем убрать сверло и проконтролировать точность попадания в центр. Продолжить сверление, если первый этап выполнен правильно.

Шаблон. Данное приспособление помогает при сверлении мелкосерийной партии заготовок на производстве. Также по шаблону можно просверлить сразу несколько тонких листов металла.

Кондуктор. Специализированный или УСП-кондуктор (универсально-сборочное приспособление) удобно использовать при сверлении большой партии заготовок. Кондуктор обеспечивает стабильное размещение сверла по отношению к заготовке и помогает выдержать точный угол наклона реза.

О чем подскажет стружка

Во время сверления обращайте внимание на форму стружки и равномерность ее выхода из винтовых канавок.

Форма стружки во многом зависит от металла заготовки:

• алюминиевая деталь — стружка с короткими завитками;
• стальная деталь — стружка длинными спиралями;
• деталь из нержавеющей стали — стружка хлопьями;
• чугунная деталь — стружка в виде иголок.

Если вы заметили, что стружка при сверлении выглядит необычно, если стружка выходит неравномерно, а сверло заглубляется с визгом — прекратите сверление и замените сверло или заточите его.

Сверлим толстый металл

При прохождении сверлом большой толщины металла возникают две проблемы:

• отверстие забивается стружкой и ее периодически приходится удалять (механически с помощью крюков и щеток при выключенных инструментах);
• сверло и металл сильно нагревают из-за длительного трения и их приходится охлаждать (с помощью смазочно-охлаждающих жидкостей - СОЖ).

СОЖ — это ассортимент составов для быстрого охлаждения металла. В промышленных целях в качестве СОЖ выступают мыльные растворы, синтетические эмульсии, промышленные масла. СОЖ на сверлильных станках подается автоматически.

При ручном бытовом сверлении лунку смачивают для охлаждения:

• раствором из хозяйственного мыла;
• смесью касторового масла и керосина;
• техническим вазелином;
• скипидаром, разбавленным спиртом.

Толстый слой металла сверлят в несколько этапов. Начать сверление надо коротким сверлом, затем сверло меняется на длинное с необходимым диаметром и отверстие заглубляется на нужную глубину.

Чтобы во время смены сверла случайно не изменить направление лунки, следует пользоваться кондуктором. Более точное и ровное отверстие на толстом металле выполняется на автоматизированном станке.

Чтобы просверлить отверстия большого диаметра в толстом металле, можно использовать не только сплошной, но и кольцевой метод с помощью корончатого сверла.

Сплошной метод сверления подразумевает использование спирального сверла. В данном случае нужно усилить крепление детали, так как нагрузка на нее возрастает. Сверление производится с остановками для удаления стружки. СОЖ подается на протяжении всего процесса сверления.

Кольцевым способом отверстие углубляется сначала по диаметру, а затем в своей центральной части. Если это необходимо, центральную часть вынимают частями, предварительно просверлив дополнительные отверстия.

Техника безопасности

Помните, что работать с многооборотной техникой надо осторожно, с соблюдением мер безопасности.

• Убедитесь, что заготовка надежно закреплена на верстаке или в станке — она не двигается ни в горизонтальной, ни в вертикальной плоскости. Без этого не стоит начинать работу.
• Наденьте рабочий костюм. Главное требование к нему — в одежде не должно быть свободно свисающих деталей, распахнутых пол халата или куртки, которые могут намотаться на вращательные элементы.
• Наденьте защитные очки. Они уберегут ваши глаза от травм, которые могут возникнуть при попадании металлической стружки.
• Наденьте головной убор (косынку, шапочку). Длинные волосы могут случайно попасть в зону вращения и привести к травмам.
• Во время сверления нельзя работать в перчатках, чтобы их не намотало на сверло или инструменты.
• Для того чтобы взять нагретую деталь, используйте пинцеты, щипцы, специальные приспособления.
• Не пренебрегайте использованием охлаждающих жидкостей. Они не только предотвращают поломку инструмента и порчу деталей, но и защищают вас от ожогов.
• Вовремя удаляйте стружку, так как она может отлететь в лицо и ранить вас.

Рекомендации от профессионалов

• Сверло должно вращаться с нужной скоростью еще до контакта с деталью. Таким образом оно легче войдет в металл и дольше сохранит заточку.
• Выключать сверлильный инструмент надо только после того, как сверло полностью выйдет из рабочей лунки. Нужно снизить скорость вращения, поднять сверлильную головку над деталью и только тогда нажать на кнопку остановки. Если этого не сделать, можно спровоцировать поломку инструмента.
• Если сверло не заглубляется в металл, значит вы неправильно его подобрали. Смените сверло, выбирая наконечник с более твердым сплавом. Не старайтесь увеличить нажим и скорость вращения. Наоборот, начинайте сверлить на низких оборотах.
• Если сверло выпадает из патрона, можно воспользоваться цанговым зажимом — он удерживает любой диаметр сверла. Второй способ сработает, если у вас найдется латунная проволока. Оберните проволокой хвостовик сверла так, чтобы диаметр плотно вошел в отсек патрона.
• Если вы сверлите отверстие в полированной детали, воспользуйтесь шайбой из фетра, чтобы защитить деталь от царапин.

Желаем всем удачного опыта в отработке навыков по сверлению металла!