Сверление отверстий, диаметр которых превышает 20 мм, при наличии традиционного инструмента и оборудования всегда проблемно. Для толстолистового металла в строительстве часто используют автогенные резаки, которые не позволяют получать качественные и точные отверстия. Используют (практически с тем же успехом) и установки для газопламенной резки. Между тем для получения отверстий большого диаметра можно использовать даже ручной электроинструмент, не говоря уже об альтернативных способах обработки.
Почему иногда не работают механические способы
В технологии машиностроения большими считаются отверстия, отношение диаметра которых к толщине материала составляет 1 и более. Практически в строительстве проблемно сделать отверстие и с меньшим соотношением размеров. Причинами этого являются:
- Затруднённый теплоотвод из зоны сверления, в результате чего инструмент сильно перегревается.
- Проблемы с удалением стружки.
- Существенные осевые нагрузки на механизм подачи (при сверлении на станке), либо на руки работающего – при ручном резании.
- Резкое увеличение подачи может привести к падению оборотов электродвигателя и к его быстрому выходу из строя.
Добавим, что и стойкость сверл (даже твердосплавных) при такой разновидности сверления металла также неудовлетворительна. Менее значительны сложности со сверлением отверстий большого диаметра в заготовках из древесины, но и здесь возникают трудности — с удалением стружки.
С другой стороны, сверление (особенно в условиях единичного производства) отличается минимальными затратами на необходимый инструмент и оснастку. Обычно применяются следующие технологии:
1. Кольцевое высверливание отверстий малого диаметра, которые располагаются соосно главного. Промежутки ликвидируются последующим спиливанием излишков металла. Способ крайне малопроизводительный, поэтому пригодится только при разовых работах подобного рода.
2. Использование конических сверл, имеющих несколько кольцевых зон определенного диаметра. Погружением сверла в металл производят постепенное сверление с последующим увеличением диаметра отверстия. Недостаток варианта в том, что такие сверла весьма дороги, а потому рентабельны при большом объеме соответствующих работ.
3. Обработка корончатыми сверлами, при помощи которых высверливается только кольцеобразный объем металла, а основная часть остается без механического воздействия. Способ не только высокопроизводителен, но и оставляет для повторного применения высверленный металл – отход можно использовать в качестве подкладок, опор, привариваемых оснований станин.
Все указанные варианты используются также при глубоком сверлении, когда работающего ожидают те же трудности – нагрев инструмента и проблемы с удалением стружки. Здесь необходимо обеспечить хороший отвод выделяющегося тепла от металлической заготовки, поэтому обязательно использование смазочно-охлаждающих жидкостей, а также сверл, оснащенных твердосплавными пластинами. Причина в том, что теплопроводность таких материалов ниже, а теплостойкость, наоборот, выше, чем для всех марок инструментальных сталей, применяемых для изготовления данного инструмента.
Технология и оснастка для сверления отверстий большого сечения
Конусные сверла
Представляют собой инструмент, выполненный в виде совокупности постепенно уменьшающихся к острию цилиндрических участков, соотношение диаметров между которыми принимается таким образом, чтобы снизить усилие при переходе от меньшего диаметра к большему. Сверла обычно изготавливаются двухзаходными, поскольку не предназначены для применения в толстолистовом металле: рекомендуемая толщина заготовки в месте сверления не превышает 2-5 мм, причём последнее касается пластиков.
Конические сверла
Номенклатура конических сверл ограничивается диапазоном 6-30 мм, поскольку при снижении данного размера острие быстро тупится, а обработка более крупных отверстий приводит к резким увеличениям нагрузок на привод (для станка) или на руки работающего (если используется ручной электроинструмент).
Особенность конструкции конических сверл состоит в том, что они выпускаются с двумя исполнениями хвостовиков – круглым и шестигранным. Последний вариант более предпочтителен, поскольку при постоянно возрастающих усилиях инструмент с круглым хвостовиком может проскальзывать в патроне. Это увеличивает опасность поломки, и снижает производительность операции. Вместе с тем такие сверла имеют и ряд преимуществ:
- Сделать отверстие можно постепенно, без образования заусенцев и острых кромок.
- Наличие цилиндрических площадок позволяет получать несколько отверстий различного диаметра, используя только одно сверло: достаточно контролировать величину осевой подачи. Это затруднительнее сделать для ручного электроинструмента, поэтому, применяя данный способ, стоит запастись ограничителями перемещения инструментальной головки или патрона.
- При сверлении конической ступенчатой оснасткой сила резания растет постепенно, поэтому стойкость сильно не снижается. Иное дело – применение гладких конических сверл: они, хотя и проще конструктивно, но требуют (при ручной подаче) значительных усилий.
- Инструмент пригоден не только для того, чтобы просверлить большое отверстие в металле, но и для производства таких операций как рассверливание, растачивание или зенкование.
- Поскольку боковые поверхности конических сверл имеют пазы, их можно применять для получения сквозных пропилов в металлических заготовках.
Используя инструмент, необходимо применять пониженные скорости вращения шпинделя и предварительно проверить биение головки. Первое предупреждение связано с возрастанием усилия сверления, а второе – с появлением опасных для инструмента напряжений изгиба.
Корончатые сверла
Относятся к оснастке универсального назначения, ибо для установки такого сверла подойдут обычная дрель или шуруповерт. Корончатое сверло состоит из следующих частей:
- Торцевой центровочной насадки, которая производит предварительное сверление отверстия. Опираясь на него, коронка начинает свое действие.
- Хвостовика.
- Собственно коронки.
- Крепежных болтов.
Из-за сборной конструкции корончатые сверла могут использоваться для получения отверстий разного диаметра: достаточно снять одну коронку, и установить другую. Важно, чтобы конечное значение вращающего момента и осевого усилия не превышало тех границ, на которые рассчитана оснастка и оборудование.
Корончатые сверла отличаются не только высокой производительностью, но и повышенной долговечностью. Они достаточно жесткие, концентраторы напряжений в них отсутствуют (нет спиральных канавок), а нагрузка распределяется только по кольцевой линии реза металла.
Последовательность получения отверстия с применением корончатого сверла заключается в том, что вначале необходимо сделать центровочное отверстие, а затем – основное. Поэтому рабочий ход шпинделя несколько увеличивается.
Описанный специальный инструмент отличается высокой ценой, причем наибольшим доверием пользователей пользуется оснастка, производимая торговой маркой Bosch. Гнаться за китайскими поделками, привлекающими своей более низкой стоимостью, крайне не рекомендуется.
Как сделать отверстие большой глубины
Подобные операции выполняются для получения отверстий, глубина которых в 10 и более раз превышает диаметр. Проблемы при глубоком сверлении заключаются в следующем:
- При увеличении длины режущей части соответственно растут напряжения изгиба, в то время, как жёсткость длинного сверла по металлу снижается.
- Затрудняется удаление стружки, которая может заклинить инструмент в глубоком отверстии.
- Биение сверла приводит к несоосности получаемого отверстия.
Поскольку обычное сверление глубоких отверстий сопряжено со значительными усилиями резания, то на практике используют метод кольцевого сверления, подобный тому, как действует корончатый инструмент. В результате операции по оси металлической заготовки образуется цилиндрический стержень, для удаления которого используется механическая или электрофизическая отрезка.
Наиболее рациональная технология глубокого просверливания:
- Вначале получают центровочное отверстие диаметром до 3-4 мм.
- Для эффективного глубокого воздействия основной инструмент периодически перемещают вверх, для того, чтобы облегчить удаление стружки и охладить оснастку.
- Для принудительного удаления стружки из полости можно использовать подачу смазочно-охлаждающей жидкости. Эффективно применение пневмосдувателей (если вблизи имеется источник сжатого воздуха).
- При необходимости проводить глубокую обработку сплошных полостей используют полые перьевые сверла, внутри которых имеется кольцевое отверстие. Их может быть несколько, если диаметр получаемого отверстия превышает 100 мм.
Пробивка отверстий прессом ПРГО-60А
Способ применяется для получения отверстий в листовых заготовках, толщина которых не превышает 3-4 мм. В качестве оснастки применяется компактный гидравлический инструмент, например, пресс ПРГО-60А Калужского электротехнического завода. Конструкция пресса адаптирована под получение отверстий определенных диаметров, которые чаще всего используются в электротехнических сборках. Однако подобное оборудование с успехом может использоваться также в строительстве и быту.
Пресс ПРГО-60А состоит из:
- Ручного плунжерного насоса.
- Накачивающей рукоятки.
- Рабочей головки.
- Центрирующей резьбовой шпильки.
- Сменного комплекта инструментальных головок, представляющих собой сопряженную пару «пуансон-матрица».
Все элементы размещаются в алюминиевом корпусе, который имеет три различных исполнения: прямое (основное), под углом, и с вращающейся шаровой головкой.
При использовании данного оборудования требуется предварительно сделать в металле отверстие диаметром 4 мм, в которое вставляется шпилька (основная часть пресса при этом располагается с противоположной стороны листа). В шпильке закрепляется головка, после чего при помощи рукоятки в полость насоса нагнетается рабочая жидкость. К пуансону прикладывается давление, достаточное для среза металла по линии контакта с матрицей. После отделения отхода выполняется еще 1-2 качания, чтобы удалить отход из матрицы. Головка снимается со шпильки, а пресс удаляется из пробитого отверстия.
Процесс пробивки отличается хорошим качеством кромок и производительностью, отсутствием теплопотерь, высокой стойкостью оснастки. Физических усилий от оператора также не требуется. Некоторым ограничением является то, что, в случае необходимости расширения номенклатуры получаемых отверстий, требуется заказ дополнительных пар пуансонов и матриц.
Технические характеристики пресса ПРГО-60А:
- Количество инструментальных головок – 8 (на 16,2; 18,6; 20,5; 22,5; 28,3; 37,0 и 47,0 мм);
- Наибольшая толщина стального листа – 3 мм (для алюминия допускается 4 мм);
- Наибольшее усилие пробивки – 100 кН;
- Масса пресса в комплекте — 2 кг.
Инструментальные головки совместимы с аналогичными приспособлениями (например, МНПО-MG, МНПО-PG, МПО).
