Сверление— вид механической обработки материалов резанием, при котором с помощью специального вращающегося режущего инструмента (сверла) получают отверстия различного диаметра и глубины, или многогранные отверстия различного сечения и глубины.
Сверление — необходимая операция для получения отверстий в различных материалах при их обработке, целью которой является:Изготовление отверстий под нарезание резьбы, зенкерование, развёртывание или растачивание. Изготовление отверстий (технологических) для размещения в них электрических кабелей, анкерных болтов, крепёжных элементов и др. Отделение (отрезка) заготовок из листов материала. Ослабление разрушаемых конструкций. Закладка заряда взрывчатого вещества при добыче природного камня.
Сверление цилиндрических отверстий, а также сверление многогранных (треугольных, квадратных, пяти- и шестигранных, овальных) отверстий выполняют с помощью специальных режущих инструментов—свёрл. Свёрла в зависимости от свойств обрабатываемого материала изготавливаются нужных типоразмеров.
Процесс предполагает последовательное удаление слоя металла в окружности заданного диаметра с помощью режущего инструмента. Сверление металла объединяет два вида движения – вращательное и поступательное. Чтобы получить необходимые размеры отверстия в металлических заготовках необходимо точно выдерживать следующие параметры технологического процесса: скорость вращения режущего инструмента; Скорость горизонтального или вертикального перемещения (в зависимости от взаимного расположения заготовки и сверла).
Для облегчения процессов резания материалов применяют следующие меры:
•Охлаждение: Смазочно-охлаждающие жидкости и газы(вода, эмульсии, олеиновая кислота, углекислый газ, графит и др.)
•Ультразвук: Ультразвуковые вибрации сверла увеличивают производительность и дробление стружки.
•Подогрев: Подогревом ослабляют твёрдость труднообрабатываемых материалов.
•Удар: При ударно-поворотном сверлении (бурении) камня, бетона.
Виды сверления: Сверление цилиндрических отверстий. Сверление многогранных и овальных отверстий. Рассверливание цилиндрических отверстий (увеличение диаметра). Центровка: высверливание небольшого количества материала для позиционирования другого сверла (например, при глубоком сверлении) или для фиксирования детали задним центром. Глубокое сверление: Сверление на глубину 5 и более диаметров отверстия. Часто требует специальных технических решений.
Большой проблемой при сверлении является сильный разогрев сверла и обрабатываемого материала из-за трения. В месте сверления температура может достигать нескольких сотен градусов Цельсия.
При сильном разогреве материал может начать гореть или плавиться. Многие стали при сильном разогреве теряют твердость, в результате режущие кромки стальных свёрл быстрее изнашиваются, из-за чего трение только усиливается, что в итоге приводит к быстрому выходу свёрл из строя и резкому снижению эффективности сверления. Аналогично, при использовании твердосплавного сверла или сверла со сменными пластинами, твердый сплав при перегреве теряет твердость, и начинается пластическая деформация режущей кромки, что является нежелательным типом износа.
Для борьбы с разогревом применяют охлаждение с помощью охлаждающих эмульсий или смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). При сверлении на станке часто возможно организовать подачу жидкости непосредственно к месту сверления. Подача охлаждающей жидкости также может осуществляться через каналы в самом сверле, если это позволяет станок. Такие каналы делаются во многих цельных сверлах и во всех корпусных. Внутренняя подача СОЖ необходима при сверлении глубоких отверстий (глубиной 10 и более диаметров). При этом важно не столько охлаждение, сколько удаление стружки. Давление СОЖ вымывает стружку из зоны резания, что позволяет избежать её пакетирования или повторного резания. Если в таком случае невозможно организовать подачу СОЖ, то приходится осуществлять сверление с периодическими выводами сверла для удаления стружки. Такой метод крайне непроизводителен.
При сверлении ручным инструментом сверление время от времени прерывают и окунают сверло в ёмкость с жидкостью (чем ниже её теплоёмкость и больше тепло-проводимость тем лучше пройдёт охлаждение сверла).
Отверстие в металле получается с заданными параметрами только при правильно выполненной подготовительной и основной операции, а также выборе необходимого оборудования и режущего инструмента. Часто для получения требуемой точности выполняют предварительное сверление. Оно называется черновое. Производится операция с пониженным классом точности. Далее осуществляется операция чистовой обработки с применением высокоточных станков и инструмента для металлических заготовок.
В зависимости от задач для обоих методов применяют следующие виды свёрл: спиральные (наиболее распространённый вид этого инструмента); с напаянными пластинками на режущую кромку; центровочные; пушечные; перьевые (применяются для сверления отверстий в заготовках из любых пород древесины).
Спиральные свёрла своей поперечной кромкой оказывают давление на поверхность металла. На этот процесс приходится более 65% усилия при вращательном и поступательном движении. В этот момент происходит значительное повышение температуры, как поверхности заготовки, так и передней кромки сверла. Поэтому необходимо правильно соблюдать тепловой режим в процессе сверления.
Для получения точных и качественных отверстий необходимо соблюдать режимы и технологии всех операций. Сверление металла предполагает соблюдение следующих режимов: выбор необходимого диаметра и типа сверла; скорости и глубина резания; скорость и точность подачи (сверла или заготовки); угол контакта режущей поверхности с заготовкой; температуры нагрева заготовки и сверла (обеспечение охлаждения, в случае необходимости).
Типы отверстий и методы их сверления
В теории металлообработки все отверстия делятся по следующим признакам: назначению; геометрическим размерам и глубине; степени обработки.
По назначению их подразделяют: для крепления двух и более элементов, последующего нарезания резьбы, вставки отдельных элементов конструкции.
По второму признаку рассматривают следующие виды: сквозные; глухие (в том числе глубокие); половинчатые; большого диаметра.
Особое место занимают отверстия, которые подготавливают для нарезания внутренней резьбы. В этом случае сверление и рассверливание отверстий производиться с учётом будущего диаметра вкручиваемого элемента, обладающего наружной резьбой. Для каждого из отверстий выбирают свои способы сверления.
Так как сверление это процесс механического резания металла, поэтому для получения желаемого результата следует выбрать необходимые методы обработки. Для производства сквозных отверстий в деталях необходимо продумать систему их крепления, которая не позволит повредить поверхность, находящуюся за деталью. Наиболее целесообразно применять тиски или струбцины.
Для изготовления глухих или половинчатых отверстий следует предусмотреть точную остановку сверла, которое обеспечит необходимый размер. Сверление больших отверстий предполагает применение специального оборудования. При необходимости получения отверстий разного диаметра следует подобрать требуемый набор свёрл или применять станки с числовым программным управлением. Они позволят автоматически производить замену сверла на инструмент с заданным диаметром.
Оборудование и приспособления для сверления. Для каждого из этапов разработан инструмент для сверления отверстий. На подготовительной стадии применяются следующие инструменты, позволяющие производить точную разметку места положения будущего отверстия. Для этого применяют: керн, специальный шаблон или кондуктор. Керн представляет собой хорошо заточенный стержень из прочной инструментальной стали. С его помощью наносят углубление на поверхности заготовки, в точке, где планируется произвести сверление. Попадая в это углубление, сверло не скользит по поверхности и производится точное сверление. Для повышения производительности на предприятиях с массовым производством изготавливают специальные шаблоны.
Работы по сверлению отверстий должны производиться в строгой последовательности с составленной технологической картой или техническим процессом. Внимание следует обратить: сверло к месту будущего отверстия необходимо подводить только после того, как оно набрало заданную скорость вращения; извлекать сверло следует только в процессе его вращения (желательно на минимальных оборотах, если существует возможность изменения скорости вращения); следить за процессом резания (например, если режущая кромка не выполняет операцию сверления, следовательно, материал сверла мягче материала заготовки); для сверления не сквозных отверстий необходимо предусмотреть фиксатор или метку, позволяющую определить глубину прохода в материале; при работе на станках, оснащёнными ЧПУ, необходимо осуществлять контроль над последовательностью проводимых операций.
После завершения сверления металлической детали возникает необходимость сделать сложные геометрические углубления внутри детали для последующей установки в них различных крепежных элементов – болтов, винтов, заклепок. Для этого, а также при необходимости качественно обработать поверхность и снять фаски внутри детали берем зенковку. Данный инструмент может быть различной формы. Ее можно подбирать, ориентируясь на конечный результат. На сегодняшний день различают конические, цилиндрические или торцевые (плоские) зенковки. Последние иногда носят названия зенковки, а зенкование отверстий, как технологический процесс, может называться зенкованием.
Зенкерование – это процесс расширения и обработки просверленных металлических отверстий штампованного или литого типа, который позволяет придать им строгую геометрическую форму. Зенкерование отверстий является промежуточным процессом который чаще всего нужен после сверления и до металлического развертывания. С помощью качественного оборудования и инструмента можно добиться получения геометрических отверстий четвертого, а иногда и пятого класса точности. Инструмент для зенкерования называется зенкером.
Развёртывание — вид чистовой механической обработки отверстий резанием.
Производят после предварительного сверления и зенкования для получения отверстия с меньшей шероховатостью.