Как просверлить отверстие в металле разного диаметра и формы

Если при массовом изготовлении деталей с отверстиями (например, в производстве перфорированного стального листа) альтернативе технологии пробивки в штампах нет, то при единичном производстве приходится использовать сверление. Как просверлить отверстие в металле разной формы и размеров, рассматривается далее.

Виды отверстий

Классификация отверстий, получаемых в металлических заготовках:

• по степени сплошности (сквозные или глухие);
• в зависимости от глубины сверления;
• по конфигурации боковых стенок;
• В зависимости от используемого инструмента.

Получаемые отверстия различаются также по своему назначению и требованиям к точности. Например, технические требования к отверстиям, которые предназначаются для последующего нарезания резьбы, регламентируются нормами ГОСТ 19257-73, а центровые – нормативами ГОСТ14034-74.

Сквозные

Сквозным считается отверстие, глубина которого совпадает с толщиной материала заготовки. При этом, если диаметр отверстия в два и более раз меньше, чем его глубина, то за один проход получать такое отверстие не рекомендуется. Требуется либо снизить скорость резания, либо использовать вначале инструмент меньшего диаметра, а уже затем рассверлить до требуемого размера.

Глухие

Если глубина отверстия превышает толщину металла, оно считается глухим. Перед обработкой необходимо выбрать способ контроля глубины резания. Это проще, если имеется токарный станок с автоматическим контролем подачи шпинделя. В противном случае необходимо предусмотреть контрольный упор, устанавливаемый рядом со сверлом. Втулочный упор можно надеть непосредственно на опорную часть сверла.

Для плоского дна сверлится отверстие меньшей глубины (примерно на 2-3 мм), а затем излишек металла выбирается шпоночной или концевой фрезой. Эту операцию необходимо выполнять на станке.

Выбор инструмента для получения полости определяется формой её дна. Если она не важна, ограничений по конструкции оснастки нет.

Отверстия сложной формы

На практике чаще всего возникает необходимость в получении квадратных и шестигранных отверстий. Для единичных отверстий можно применить следующие два способа:

• Вначале сверлятся отверстия меньшего диаметра, располагающиеся в углах квадрата/шестигранника так, чтобы образующая не выходила за границы отверстия. Далее при помощи лобзика или надфиля спиливаются перемычки и подравниваются стенки;
• Используется специальное сверло Уоттса, которое имеет стандартный хвостовик, но особую траекторию вращения, обеспечивающую оформление граней квадратного отверстия (так называемая траектория Рёло). В свободной продаже таких свёрл не бывает и их комплект необходимо заказывать через Aliexpress.

Выбор определяется количеством особых форм отверстий, которое приходится выполнять. Как альтернатива сверлению, для фигурной вырезки отверстий в тонколистовом металле часто подходят ручные высечные ножницы.

Аналогичным образом можно получать отверстия и более сложных конфигураций.

Отверстия большого диаметра, кольцевое высверливание

Чтобы просверлить большое отверстие в металле (диаметром более 20-25 мм) применять обычную технологию нерационально, проще использовать кольцевое сверление. Оно отличается от обычного тем, что вырезается не весь объём удаляемого металла, а только определённый цилиндрический участок. При вырезании такого цилиндра один или два режущих инструмента вращаются вокруг центральной точки.

Интересно! Какую бетономешалку выбрать для дома, дачи и профессионального пользования

Операцию необходимо проводить на сверлильном станке. Чтобы использовать его, устанавливают нужное значение радиуса между исходной режущей кромкой и фрезой в соответствии с диаметром, который нужно получить. Однако такая оснастка не полностью сбалансирована, поэтому её использование может быть нестабильным или даже опасным.

Для вырезания больших отверстий без сверлильного станка целесообразно использовать специальные насадки к круглым фрезам, предназначенные для вращающихся инструментов типа Dremel или RotoZip.

Глубокие отверстия, СОЖ

При сверлении металлов на большую глубину возникает сильное трение и нагрев. Тепло не только повреждает сверла, но и может исказить форму обрабатываемого отверстия. Поэтому, получая полости большой глубины, необходимо делать перерывы в работе, пока заготовка не остынет.

При систематическом производстве глубоких отверстий производительность их получения резко падает, поэтому следует использовать машинное/моторное масло средней вязкости, а ещё лучше – смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), например, эмульсол или сульфофрезол. СОЖ эффективно и мягко охлаждает не только заготовку, но и инструмент.

При получении глубоких отверстий рекомендуется поддерживать низкие скорости вращения сверла и сниженную, в сравнении с обычной, подачу. Для большинства дрелей достаточно принимать скорость вполовину меньше.

Если при избыточном тепловыделении в месте обработки появляется дым, необходимо выключить установку, дать инструменту остыть, добавить немного масла, после чего продолжить обработку, но на более медленной скорости.

Нанесение СОЖ на оснастку и заготовку удлиняет также срок эксплуатации сверла до его переточки

Как просверлить отверстие в металле

Независимо от вида и размеров просверливаемых отверстий перед работой обязательно выполняется ряд подготовительных операций. Они продиктованы особенностью внедрения сверла в заготовку и возникающими при этом смещающими усилиями. Поэтому сверлению предшествует кернение центра. Углубление, оставленное керном, обеспечивает точное позиционирование сверла. Если керна нет, можно воспользоваться коротким, но острым гвоздём и молотком.

В начальный момент резки возникают значительные крутящие моменты, стремящиеся увести сверло в сторону. Неглубокая точка, оставленная керном, воспрепятствовать этому не сможет, поэтому обрабатываемую заготовку необходимо надёжно зажать в тисках, струбцинах или другом узле, предназначенном для данных целей. Сила зажима должна превосходить усилие сухого трения между сверлом и металлом.

Для тонколистового металла выход сверла с противоположной стороны всегда сопровождается вырыванием части металла, что ухудшает качество кромки. Поэтому заготовку перед зажимом соединяют с бруском из мягкой древесины или двойной лентой скотча: это предотвратит повреждение металла и позволит обойтись без последующей зачистки торца.

Стоит напомнить и о мерах безопасности. При сверлении металла образуются мелкие, но острые стружки, которые могут быть опасными для кожи и глаз работающего. Перед тем как приступить к сверлению, необходимо надеть соответствующее защитное снаряжение, включая защитные очки и толстые кожаные перчатки.

В толстом металле

Если вы хотите просверлить отверстие в толстом металле (толщиной более 10 мм), рекомендуется работать постепенно, сначала сделав отверстие меньшего диаметра и глубины. Дело в том, что оснастка большого диаметра склонна к быстрому смещению по мере увеличения глубины подачи в материал. Предварительно просверлённое отверстие меньшего размера выполняет функцию направляющей и в то же время принимает на себя основную долю температурных напряжений.

Интересно! Топ-10 шуруповертов для домашнего использования

В тонком металле

Получить отверстие в тонколистовом металле спиральным сверлом – довольно несложная операция. Вы начинаете с отверстия небольшого диаметра, а затем, увеличивая диаметр инструмента, добиваетесь нужного результата. Этот метод считается утомительным и трудоемким, когда требуется получить множество отверстий.

При работе с тонким металлом СОЖ обычно не используют. Зато обязательна деревянная подкладка с противоположной поверхности заготовки.

В калёном металле

При работе с твёрдыми материалами (более 50-52 HRC) важно просверлить отверстия под правильным углом. Для этого рекомендуется применять сверлильный станок с направляющими. Просверлить отверстия точно под углом 90° с помощью направляемого сверла легко. При обработке с вертикальными подачами обязательно использование тисков, обеспечивающих надёжное удержание обрабатываемой детали.

Комментарий эксперта! Сверление металла после закалки даёт мелкую хрупкую стружку. Ломаясь, она может повредить сверло, поэтому обработку рекомендуется вести при пониженных оборотах сверлильной головки.

Ровные отверстия

Допуск точности готового отверстия определяет ГОСТ 16093-2004. Для получения ровной образующей отверстия рекомендуется вести процесс двумя свёрлами – черновым, несколько меньшего, чем требуется, диаметра и чистовым, которое зачищает полученную поверхность.

Цена, чтобы просверлить отверстие в металле с минимальной шероховатостью поверхности, определяется видом и точностью применяемого оборудования.

Ступенчатые отверстия

Отверстия нескольких размеров за одну операцию получают ступенчатым инструментом. Он имеет одну канавку со ступеньками постепенно увеличивающегося диаметра.

Интересно! Как просверлить квадратное отверстие в дереве, металле, пластике и других материалах

Такие ступенчатые биты не требуют предварительного сверления и характеризуются отсутствием заусенцев в металле после обработки. Обычной практикой является использование самозапускающихся ступенчатых ​​свёрл, которыми сначала делают первичное отверстие, а потом используют его в качестве направляющей для формообразования следующей ступеньки.

Квадратное отверстие

Технологические варианты получения квадратных отверстий описаны в подразделе «Получение отверстий сложной формы».

Отверстия большого диаметра

Получаются кольцевыми свёрлами, которые, в отличие от инструментов спирального и ступенчатого исполнения, вырезают только края отверстия. Кольцевые свёрла имеют форму цилиндра с пилообразным наконечником и сверлом исходного диаметра по оси. Некоторые конструкции снабжаются несъёмными оправками, но для эксплуатации удобнее модульные исполнения. Они хотя и требуют предварительной сборки, зато более универсальны.

Наличие оправки снижает усилие отрыва сверла от обрабатываемого металла, одновременно удерживая инструмент в нужном положении. При использовании свёрл большого размера при обработке высокопрочных материалов обязательно применение СОЖ.

Как и в случае с обычными сверлами, кольцевой инструмент склонен к заклиниванию. Поэтому, если используется ручная дрель, рекомендуется (при хорошо зафиксированной заготовке) расположить рукоятку и корпус так, чтобы сверло не задело руки работающего.

Ещё лучше получать большие отверстия на сверлильном станке, используя ступенчатое коническое сверло.

Советы, как не затупить сверло по металлу

Лучшими сверлами для сверления металла в порядке возрастания стоимости являются инструменты, изготовленные:

• из инструментальной стали;
• инструментальной легированной стали;
• быстрорежущей стали;
• с твердосплавными наконечниками.

Обычно сверла имеют оптимальный угол наклона 116-120°. Однако, при обработке металлов/сплавов повышенной твёрдости угол при вершине увеличивают до 135°. Такие свёрла не только отличаются повышенной стойкостью, но и позволяют лучше выдерживать ось получаемого отверстия.

Стоит помнить, что интенсивность затупления свёрл по металлу снижается при уменьшении скорости резания.

Заключение: завершающие переходы

Для качества готового отверстия целесообразно провести его отделку. Подойдёт резиновая втулка или накладка, устанавливаемая на штанге наконечника.

Есть несколько способов такой очистки и удаления заусенцев из отверстия. Для небольших диаметров обычно достаточно лёгкого поворота спирального сверла немного большего размера над отверстием, чтобы сломать острые края заусенца и извлечь остатки металла.

Большие заусенцы опиливаются напильником. Для удаления заусенцев на больших отверстиях можно также прижать острое лезвие к краю и круговыми движениями протащить его по образующей.

Для удаления заусенцев с рваными и острыми краями рекомендуется использовать зенковку. Она может быть конической или с поперечным отверстием. Коническая зенковка имеет от двух до трёх прорезей, а зенковка с поперечным отверстием – одну круглую головку. Зенковки второго типа вызывают меньше механических вибраций и обеспечивают лучшее качество поверхности.

Сколько стоит просверлить отверстие в металле? Стоимость такой услуги по России – от 30 до 40 руб. (меньшие значения – для тонколистовых металлов).