Модуль 4 · Отверстия Лекция 5 / 10 ≈ 40 мин

Сверление и зенкерование

Геометрия спирального сверла, современные конструкции, зенкеры и получистовая обработка отверстий. Первая стадия технологической цепочки «отверстие».

Введение

Цель лекции

Сверление — самый массовый метод получения отверстий. До 30% машинного времени в машиностроении приходится на обработку отверстий. Процесс включает несколько стадий: сверление (черновое, IT11–IT14), зенкерование (получистовое, IT9–IT10), развёртывание (чистовое, IT7–IT9) — см. Лекцию 6.

База: геометрия режущего клина и углы — в Лекции 1. Общая схема обработки отверстий — в Лекции 2 (рис. 2.2).

30%

доля в машиностроении

обработка отверстий

IT11–IT14

сверление

черновое отверстие

IT9–IT10

зенкерование

получистовое

0.1–100

мм — диапазон D

для спиральных свёрл

1. Геометрия спирального сверла

Спиральное сверло — самый распространённый инструмент для получения отверстий. Его геометрия определяет осевую силу, крутящий момент, стойкость и качество отверстия. Углы и поверхности — те же, что у резца и фрезы, но с особенностями.

Слева — элементы сверла; справа — ключевые параметры и их значения.

Связь углов: tan(γ) = tan(β) · sin(φ), где β — угол канавки, φ — половина угла при вершине

Почему поперечная кромка — это проблема. В отличие от главной кромки, которая режет, поперечная кромка мнёт материал. На её долю приходится до 60% осевой силы при сверлении. Подточка (уменьшение длины и создание дополнительных кромок) снижает силу на 30–50% и облегчает вход сверла.

Материал заготовки	Угол 2φ	Угол β канавки	Особенности
Сталь конструкционная	118°	18–22°	Универсальное сверло
Сталь нержавеющая	118–135°	20–25°	Увеличенный отвод стружки
Чугун серый	120–135°	15–20°	Большая прочность кромки
Алюминий, сплавы	90–118°	25–35°	Острые кромки, большой γ
Медь, латунь	118–135°	18–25°	Предотвращение «закусывания»
Пластмассы	60–90°	25–40°	Очень острая заточка

2. Современные конструкции свёрл

Помимо классического цельного спирального сверла, существует множество специализированных конструкций для разных задач. Выбор зависит от диаметра, глубины, материала и размера партии.

Четыре типа современных свёрл: со сменными пластинами, с СОЖ, ступенчатое, гундрил.

Тип сверла	Конструкция	Применение	Преимущества
Спиральное цельное	HSS, твёрдый сплав	Универсальное, Ø до 20 мм	Дешёвое, перетачиваемое
Со сменными пластинами	Корпус + 2–3 СМП	Ø 12–100 мм, массовое	Быстрая смена, высокая V
С внутренним подводом СОЖ	Каналы в корпусе	Глубокие отверстия	Отвод стружки, охлаждение
Ступенчатое	Несколько Ø на одном	Ступенчатые отверстия	Одна операция вместо 3
Центровочное	Комбинир. (центр + фаска)	Центровые отверстия	Комбинированное
Гундрил (однорезцовое)	Пайка твердосплавной головки	L/D > 20, глубокое	Высокая точность оси
STS (двухрезцовое)	Два канала СОЖ	L/D = 20–50	Высокая производительность

Глубокое сверление. При L/D > 10 обычные свёрла не справляются: стружка забивает канавки, СОЖ не поступает в зону резания. Применяют специальные методы: гундрил (одно сверло с внутренним подводом СОЖ), BTA (система с двумя каналами), эжекторное сверление. Все они требуют специальных станков и адаптеров.

СМП и покрытия: подробнее о сменных пластинах и износостойких покрытиях — в Лекции 3 (раздел 5) и Лекции 10.

3. Зенкерование

Зенкерование — получистовая обработка отверстий после сверла. Повышает точность до IT9–IT10, снижает Ra до 3.2–6.3 мкм, исправляет ось отверстия. Это переходная стадия между сверлением и развёртыванием.

Слева — зенкер; справа — схема установки зенкера в отверстии.

Параметр	Значение	Примечание
Диаметр зенкера	10–100 мм	Стандартные ряды
Число зубьев	3–4	Больше, чем у сверла
Припуск на диаметр	0.5–2 мм	Зависит от D
Достижимый квалитет	IT9–IT10	После сверла IT12–IT14
Ra	3.2–6.3 мкм	Улучшение в 2–4 раза
Подача	0.4–1.5 мм/об	Больше, чем у сверла
Скорость	V = 0.5–0.7 V_сверла	Меньше из-за большего D

Почему нельзя пропустить зенкерование. Развёртка (Лекция 6) — мерный инструмент, она не исправляет ось отверстия, а только калибрует его диаметр. Если сверло «завалило» ось, развёртка повторит эту ошибку. Зенкер же, благодаря большему числу зубьев и направляющей ленте, частично исправляет ось.

4. Режимы резания при сверлении

Режимы сверления определяют производительность, стойкость инструмента и качество отверстия. Основные параметры: скорость резания V, подача S и глубина (диаметр сверла).

Материал заготовки	Сверло	V, м/мин	S, мм/об	СОЖ
Сталь низкоуглеродистая	HSS / ТК	25–50	0.1–0.5	Эмульсия
Сталь нержавеющая	HSS-E / M-класса	12–25	0.08–0.3	Эмульсия, активная
Чугун серый	ВК	20–40	0.2–0.8	Всухую / воздух
Алюминиевые сплавы	HSS с полировкой	80–200	0.1–0.5	Керосин / эмульсия
Титановые сплавы	ВК с покрытием	8–20	0.05–0.2	Обильная СОЖ
Пластмассы	HSS острый	50–150	0.05–0.3	Воздух / без СОЖ

Основное время сверления: T_м = L / (n · S) = L · π · D / (V · 1000 · S), где L — глубина отверстия (с учётом перебега)

Влияние подачи на стойкость. В отличие от точения и фрезерования, при сверлении подача влияет на стойкость сильнее, чем скорость. Увеличение подачи в 2 раза снижает стойкость в 4–6 раз, тогда как увеличение скорости в 2 раза — только в 2–3 раза. Поэтому при сверлении глубоких отверстий лучше снизить подачу, чем скорость.

5. Типичные проблемы сверления

Сверление — один из самых «капризных» процессов. Большинство брака связано не с режимам