Сверло трения по металлу
Раскроем подробней тему, что же это за технология термическое сверление, какие возможности скрываются за термином - сверление трением и какие производители выступают форвардами в данной области металлообработки.
До недавнего времени сверление металла происходило стандартным путем, использовались обычные спиральные сверла по металлу и корончатые сверла - кольцевые фрезы, которые устанавливались на сверлильные и магнитные станки.
Теперь же с появлением технологии сверления трением, в претенденты на победу выступили термические сверла для формовки и сверления металла путем сухого трения. Изготавливают этот вид сверл пока, что несколько немецких производителей, это Centerdrill и Formdrill.
ТЕРМИЧЕСКОЕ СВЕРЛЕНИЕ
Термическое сверление инструментом Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill - процесс пластического формирования сквозного отверстия в тонкостенной металлической заготовке при помощи нагрева за счет трения инструмента о заготовку (Рис.1). В процессе термического сверления в заготовке вокруг формируемого сквозного отверстия с обеих сторон образуются кольцевые буртики.
Основным инструментом в процессе пластического формирования отверстия является наконечник Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill. Он может использоваться на любом сверлильном, фрезерном станке или обрабатывающем центре с ЧПУ. В сочетании с главным вращательным и поступательным движением подачи наконечника за счет трения о заготовку происходит нагрев инструмента и заготовки до высоких температур, которые могут достигать 900°C для инструмента и 700°C для заготовки. Для предотвращения перегрева наконечника и оснастки используется специальный цанговый патрон, снабженный охлаждающим радиатором (Рис.2).
Благодаря высокой температуре материал заготовки становится пластичным, позволяя инструменту сформировать в тонкой стенке с обеих сторон кольцевой буртик, который в 3 раза больше первичной толщины металла. Таким образом, сформированные буртики идеально подходят для накатывания в них резьбы, так как получаемое количество витков и допускаемая нагрузка на резьбу значительно увеличиваются. Это является прекрасной альтернативой приваренным гайкам и резьбовым вставкам.
Режим формирования отверстия при термическом сверлении определяется частотой вращения наконечника Formdrill, Сenterdrill, Thermdrill и его подачей. Частота вращения наконечника в зависимости от материала и диаметра составляет от 1100 до 6000 об/мин и подача от 270 до 700 мм/мин., т.е. использование данного способа сверления позволяет сократить технологический процесс формирования отверстия с уже готовыми кольцевыми буртиками под резьбу до 2-3 секунд.
Необходимым условием успешного применения технологии термического сверления является эффективное смазывание. Использование консистентной смазки способствует увеличению стойкости наконечников, уменьшению износа и предотвращению налипания обрабатываемого материала.
Сформировать отверстие при помощи наконечников возможно в изделиях с толщиной стенки от 1 до 10 мм и изготовленных из большинства видов черных и цветных металлов, включая малоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь, медь и алюминий.
По виду наконечники можно разделить на два вида: обычный и срезающий наконечник (Рис.3). В отличие от обычного наконечника, срезающий наконечник удаляет кольцевой буртик с передней поверхности заготовки, в которой формируется отверстие. Так же они различаются по длине. В зависимости от толщины материала используется короткий или длинный наконечник.
Виды сверл по металлу и дереву, полный обзор
Сверла составляют большую категорию режущего инструмента, предназначенного для получения круглых отверстий в твердых материалах и заготовках. Сверление происходит в результате механического воздействия вращающегося сверла, закрепленного в специальном приводном инструменте или станке, на обрабатываемый материал. Классическими приводами для обеспечения вращения сверла являются:
- ручные и электрические дрели;
- перфораторы;
- сверлильные и токарные станки.
Именно по этим признакам все выпускаемые сверла объединены в одну общую категорию токарно-слесарного инструмента. В то же время отдельные группы сверл существенно отличаются по назначению, конструкции, материалам из которых они изготовлены, наличию специальных покрытий, размерам и другим признакам.
Существующие конструкции сверл
Инструментальные заводы и компании предлагают в продаже специальные сверла для обработки металлов, дерева, камня, стекла и других материалов. По внешней конструктивной форме инструмент для сверления можно разделить на 9 групп:
- винтовые (спиралевидные);
- перьевые (перовые, перки); ; ; ;
- односторонние, однокромочные;
- многокромочные;
- шнековые;
- специальные для глубокого сверления.
Такое деление сверл не распространяется на вид обрабатываемого материала, а определяет только внешнюю конструктивную форму и виды работ, для которых данный инструмент предназначен.
Следует заметить, что технология токарной обработки очень часто предусматривает закрепление сверла в неподвижном положении, а во вращение приводится сама обрабатываемая заготовка. Используя сверловочный инструмент различных конструкций и назначений можно получить ровное сквозное или глухое отверстие, расширить уже имеющееся или углубить его до необходимого уровня.
Спиральные или винтовые
Рабочая режущая часть такого инструмента выполнена в виде двух продольных кромок, закрученных по спирали вдоль центральной оси. Само сверло состоит из режущей части, соединительной шейки и хвостовика для закрепления во вращающемся приводе.
Это самый распространенный вид сверл, который используется в промышленном производстве, строительстве, ремонтных и бытовых работах. Диапазон выпускаемых диаметров от 0,1 до 80 мм. Максимальная длина режущей части 280 мм. Применяются в основном для обработки дерева, металла и некоторых других материалов. От области применения зависит форма и способ заточки рабочего наконечника.
Перьевые или перовые
Название этих сверл определено их формой в виде плоской лопатки, которая с рабочей стороны имеет острый наконечник, заточенный под режущую кромку с двух сторон. Для закрепления лопатки в патроне дрели предусмотрено наличие круглого или шестигранного хвостовика. Перовые сверла используют для сверления больших и глубоких отверстий в древесине и других не особо твердых материалах. Диаметр может быть от 10 до 65 мм. Длинна такого сверла может быть до 40 см.
Кольцевые коронки
Корончатый сверловочный инструмент имеет форму полого цилиндра с хвостовиком для закрепления в электроприводе. На рабочей режущей стороне находятся заточенные зубья, количество которых определяется диаметром сверла. Для отвода стружки во время сверления на внешней стороне цилиндра проточены наклонные продольные канавки. Применяются для получения отверстий в дереве, пластике, металле и других материалах.
Конусные сверла
Эти сверла разработаны и применяются для сверления тонких листовых материалов, когда другой тип инструмента не способен обеспечить надлежащего качества и точности выполнения. При выполнении работы конусным сверлом не требуется выполнение предварительного кернения и использование центрирующей подготовки.
Конструкция сверл представляет собой ровный или ступенчатый конус с двумя заточенными режущими кромками и хвостовика для закрепления в электроприводе. Размер конусного сверла определяется максимальным диаметром, который может быть в пределах от 12 до 36 мм. Использование сверл этого типа позволяет делать новые отверстия, а так же шлифовать и расширять уже имеющиеся. Более подробно о них можно почитать в этой статье.
Центровочные
Такие сверла представляют собой особую группу высокоточного инструмента из быстрорежущей стали. Центровочные сверла применяются для получения центровых отверстий диаметром 3,15 – 16 мм в особо прочных материалах. Представляют собой металлический цилиндр с центрирующей направляющей и двумя заточенными режущими кромками. Наличие направляющего хвостовика обеспечивает точное перпендикулярное направление инструмента при сверлении. Выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТ 14952-75 или по международным стандартам DIN-333A, ISO 866. Подробнее о них (характеристики и применение) читайте здесь.
Сверла одностороннего резания
Имеют только одну режущую сторону, что обеспечивает самую высокую точность при выполнении отверстий.
Термосверла или пуасоны
Такой инструмент применяется для без стружечного сверления металла трением. Этот способ используется для увеличения площади резьбовых соединения тонких заготовок или установки в них различных втулок.
Многокромочное
Разработаны специально для увеличения скорости обработки заготовок и для этого имеют 4 рабочие режущие кромки. Хвостовик для закрепления может быть цилиндрическим, конусным, в виде 4-х или 6-тигранника. Основной недостаток конструкции заключается в сложной технологии заточки и высокой стоимости инструмента.
Сверление трением, как делается и особенности технологии
Среди различных способов выполнить отверстие в металле существует достаточно специфический и редко применяемый метод, так называемое сверление трением. О особенностях этой технологии я расскажу в данной статье.
Особенности технологии сверление трением
Для выполнения такой операции применяются сверла без режущих граней, так называемые пуасоны или термосверла. Под большим давлением и на высоких оборотах создается достаточная сила трения с помощью которой разогревается металл. Когда его температура достигает порядка 600˚ С, он становится пластичным, что позволяет сверлу проникать в него и делать сквозные отверстия без образования стружки.
Видео выполнения такого сверления
Для чего применяется такая технология
Этот метод сверления применяют в тех случаях когда необходимо выполнить резьбовое соединение, установить втулку поз подшипник или пайку в тонкостенном металле, некоторыми термосверлами можно обрабатывать металл до 12 мм. Благодаря технологии есть возможность получить большую площадь нарезки резьбы, в 2-3 раза, для увеличение силы затягивания или установки втулок.
Преимущества и недостатки
| Высокая скорость и точность выполнения отверстий | Процесс можно выполнить только на сверлильном станке, поддерживающий от 2500 оборотов |
| Отсутствие стружки, экономия времени на ее удалении | Цена данного сверла высокая, что делает нерентабельным процесс при едино разовом использовании |
| Отсутствие необходимости в заточке инструмента и продолжительный срок службы. К примеру, производитель Centerdrill дает гарантию на использование своего инструмента до 3000 операций |
Главным преимуществом технологии в целом можно назвать возможность использования тонкого металла в конструкции без потери качества соединения. Это значительно сокращает расходы как на сам материал, так и на его дальнейшую обработку, транспортировку готового изделия и его утилизацию после окончания срока службы.
Выполнение сверления пошагово
Термосверло устанавливается по разметке делали. Далее к нему прикладывается определенное осевое усилие на больших оборотах вращения, которые зависят от диаметра резьбы. Посмотреть эти данные можно в таблице ниже.
Происходит нагрев металла в точке соприкосновения пуасона с поверхностью за счет возникшего трения. Постепенно осевое давление увеличивается до полного проникновения сверла в заготовку. Здесь добавляется разделяющий порошок, который служит для охлаждения сверла и защищает его от перегрева.
На этом этапе происходит вытеснение металла с отверстия в двух направлениях, к нижней и верхней части заготовки. При этом осевое давление уменьшается, а обороты увеличиваются.
На этом этапе уже сформировано отверстие с обрамляющим утолщением по всему контуру. С верхней поверхности это кольцо может быть срезано при помощи специального торцующего пуасона, о нем я расскажу чуть ниже.
Здесь показана нарезка резьбы в отверстии. Это можно сделать стандартным мечиком, можно использовать способ холодной деформации резьбы с помощью без стружечного мечика. Второй вариант позволит получить более плотный материал в части соединения за счет его прессовки.
Какие термосверла существуют
Существует несколько видов таких сверл, образно их можно разделить на стандартные и торцующие. Теперь подробнее.
Стандартное термосверло, предназначено для сухого сверления отверстий в таких металлах как :
• Стали различных видов,
• Медь и ее сплавы (бронза, латунь и тд),
Может быть с длинной или короткой рабочей частью. Оно образует буртик с обеих сторон обрабатываемой заготовки.
Термосверло с торцующей юбкой. С его помощью можно не только формировать отверстие, но и убирать наплавление металла с передней части обрабатываемой поверхности.
Таблица подбора скорости вращения и мощности оборудования в зависимости от диаметра резьбы
| Диаметр резьбы | Диаметр пуансона, мм | Необходимая скорость вращения, об/мин | Мощность станка, кВт | |
| M3 | 2.7 | 3000 | 0.7 | |
| M4 | 3.7 | 2600 | 0.8 | |
| M5 | 4.5 | 2500 | 0.9 | |
| M6 | 5.4 | 2400 | 1.1 | |
| M8 | 7.3 | 2100 | 1.5 | |
| M10 | 9.2 | 1800 | 1.7 | |
| M12 | 10.9 | 1500 | 1.9 | |
| M16 | 14.8 | 1400 | 2.4 | |
| M20 | 18.7 | 1200 | 3.0 | |
Часто задаваемые вопросы, ответ эксперта
Можно ли сделать такое сверление своими руками, без использование сверлильного станка?
Ответ. Выполнить такую работу, например электрической дрелью, достаточно сложно. Нужно иметь достаточно мощный инструмент и прикладывать значительно усилие. Если заготовка из очень тонкого металла, до 1 мм, просверлить ее получится, с более толстым металлом уже могут возникнуть проблемы. Так же могут возникнуть проблемы с биением сверла, так как вручную удержать дрель в одном положении сложно, а это может привести к выполнению отверстия не точного размера.
Почему получаются рваные края обрамляющего кольца?
Ответ. Причина заключается в недостаточном прогреве металла или пуасона. В первом случаи, чаще всего, это низкие обороты инструмента или слишком высокое осевое давление на заготовку, во втором так же может быть использовано слишком много разделяющего порошка для охлаждения сверла. Решением второй проблемы может быть предварительное прогревание термосверла на 2-3 отверстиях.
Какие проблемы возникнут если не правильно выбрать скорость вращения и мощность оборудования?
Ответ. Пуасон будет облипать металлом и получить точное отверстие не получится.
Что обязательно нужно учесть при выполнении такого сверления.
Ответ. Подобрать пуасон правильного диаметра, подобрать скорость вращения и мощность станка с учетом толщины обрабатываемого металла, надежно закрепить заготовку.
Конусное сверло по металлу и ступенчатое. Какая разница и их особенности
Такие сверла как конусное и ступенчатое очень часто путают между собой не только мастера (не берем во внимание профессионалов в металлообработке), но и продавцы в магазинах. С последними я столкнулся сам и был удивлен этим фактом. Ведь различия есть, не только явные визуальные, но и по характеристикам и сфере применения. Давайте же подробнее разберемся в этой теме.
Конусные сверла
Форма рабочей части таких сверл представляет собой конусный ряд пошаговых кольцевых переходов и продольно-спиральной или просто продольной канавки, образующей острые режущие кромки. Благодаря этому появляется возможность использования одного инструмента для получения отверстий разных диаметров. Таким образом мы экономим не только время на замену сверл во время работы, но и деньги на их ассортимент.
Поступательные изменения размеров выполнены с наличием плавных переходов между ступенями. Такая форма поверхности способствует легкому вращению и повышению эффективности обработки листовых материалов. Использование высокопрочных сталей для изготовления режущих кромок на ступенчатых сверлах обеспечивает им более продолжительные сроки эксплуатации без выполнения заточки.
Пример работы конусного сверла
Инструмент позволяет за один раз выполнять технологические операции, для которых в обычных условиях необходимо последовательное применение нескольких инструментов. Обработка материала может производиться на высокой скорости, гарантируя отличное качество кромки, даже при самой небольшой толщине листа. Подобная форма расположения режущих кромок дает возможность сверления не только листовых сталей, но и мягких цветных сплавов, древесины, пластмасс, гипсовых и других изделий.
Острый наконечник освобождает от необходимости предварительного кернения и обеспечивает точное положение инструмента при работе. Ступенчатые сверла можно устанавливать на стационарные станки, переносные ручные дрели, а при наличии переходников даже на перфоратор и болгарку.
Вывод. Учитывая особенности конструкции и технические возможности сверл, можно сказать, что главное назначение этого инструмента состоит в сверлении отверстий в тонких листовых заготовках. Кроме этого их используют для исправления образовавшихся дефектов после применения традиционных буров в виде заусенец, нарушения центровки, треугольных отверстий и других. Поэтому такие сверла широко применяют при ремонте автомобилей, установке сантехники, изготовлении электрощитов, в строительстве и отделочных работах.
Виды ступенчатых сверл, предлагаемые в продаже
Для изготовления конусного инструмента используют быстрорежущую сталь HSS (High Speed Steel). О видах дополнительной обработки материала и поверхности можно судить по цвету металла:
Термосверла (пуансоны)
Термосверло (пуансон) — инструмент для фрезерного/сверлильного станка, с помощью которого сверление производится без снятия стружки. Процесс совершается за счет термического вытеснения материала, в результате чего вокруг пробитого отверстия образуется кольцевой буртик.
Особенности использования пуансона
Термосверло по металлу применяется для создания втулок (под пайку, резьбу, для подшипников) и сквозной пробивки отверстий. Технологический процесс сверления производится в несколько этапов:
- Пуансон позиционируют в нужных координатах для создания осевой нагрузки.
- За счет вращения сверла металл начинает нагреваться до высоких температур и обретает эластичность.
- За счет скорости подачи, термосверло проникает в материал и начинает его вытеснять, образуя вокруг отверстия стабильный буртик.
В зависимости от типа технологической операции, заготовку подготавливают под формирование резьбовой втулки или чистовой обработки сквозного отверстия.
Виды термосверел
В Москве пуансоны предлагают купить по различной цене, что зависит от их типа и классификации (торцующие или с обрамляющим кольцом). Основными характеристиками термосверел являются длина и диаметр конуса, материал изготовления. Острие сверла имеет соответствующий угол и радиус. Конструкционно пуансоны делятся на длинные и короткие. Диаметр полученного отверстия зависит от размеров цилиндрической части насадки.
Читайте также: