Сверление — это процесс резки , при котором сверло вращается, чтобы прорезать отверстие круглого сечения в твердых материалах. Сверло обычно представляет собой вращающийся режущий инструмент , часто многоточечный. Бит прижимается к заготовке и вращается со скоростью от сотен до тысяч оборотов в минуту . Это прижимает режущую кромку к заготовке, срезая стружку (стружку) из отверстия во время его сверления.
При бурении горных пород отверстие обычно не делается круговым режущим движением, хотя долото обычно вращается. Вместо этого отверстие обычно делается путем забивания сверла в отверстие быстрыми повторяющимися короткими движениями. Ударное действие может выполняться снаружи скважины (сверло с верхним ударником) или внутри скважины ( сверло с погружным ударом , DTH). Буры, используемые для горизонтального бурения, называются перфораторами .
В редких случаях для вырезания отверстий некруглого сечения применяют сверла специальной формы; возможно квадратное сечение . [1]
Разница между сверлением и растачиванием заключается в следующем: цель сверления — получить глубину отверстия, а цель растачивания — получить точное радиальное отверстие на основе существующей пустоты. [2]
Просверленные отверстия характеризуются острой кромкой со стороны входа и наличием заусенцев со стороны выхода (если они не были удалены). Кроме того, на внутренней стороне отверстия обычно имеются метки винтовой подачи. [3]
Сверление может повлиять на механические свойства заготовки, создавая низкие остаточные напряжения вокруг отверстия и очень тонкий слой сильно напряженного и нарушенного материала на вновь образованной поверхности. Это приводит к тому, что заготовка становится более восприимчивой к коррозии и распространению трещин на нагруженной поверхности. Чтобы избежать этих вредных условий, можно выполнить завершающую операцию.
Для сверл с рифлеными канавками стружка удаляется через канавки. В зависимости от материала и параметров процесса стружка может образовывать длинные спирали или мелкие чешуйки. [3] Тип образующейся стружки может быть показателем обрабатываемости материала : длинная стружка указывает на хорошую обрабатываемость материала.
По возможности просверленные отверстия должны располагаться перпендикулярно поверхности заготовки. Это сводит к минимуму тенденцию сверла «ходить», то есть отклоняться от намеченной центральной линии отверстия, что приводит к смещению отверстия. Чем выше отношение длины к диаметру сверла, тем больше тенденция к смещению. Склонность к ходьбе можно предотвратить и другими способами, в том числе:
Шероховатость поверхности , полученная путем сверления, может варьироваться от 32 до 500 микродюймов. Чистовая обработка даст поверхность толщиной около 32 микродюймов, а черновая — около 500 микродюймов.
СОЖ обычно используется для охлаждения сверла, увеличения срока службы инструмента, увеличения скорости и подачи , улучшения качества поверхности и облегчения удаления стружки. Нанесение этих жидкостей обычно осуществляется путем заливки детали охлаждающей жидкостью и смазкой или путем распыления тумана. [3]
При принятии решения о том, какие упражнения использовать, важно учитывать поставленную задачу и оценить, какое упражнение лучше всего справится с этой задачей. Существует множество стилей тренировок, каждый из которых служит разным целям. Подземное сверло способно сверлить более одного диаметра. Лопастная дрель используется для сверления отверстий большего диаметра. Сверло со сменными пластинами полезно при удалении стружки. [3]
Цель точечного сверления — просверлить отверстие, которое будет служить ориентиром для сверления последнего отверстия. Отверстие просверливается только частично в заготовке, поскольку оно используется только для направления начала следующего процесса сверления.
Центровочное сверло представляет собой двухзубой инструмент, состоящий из спирального сверла с зенковкой под углом 60°; используется для сверления центральных отверстий с зенковкой в заготовке, которая устанавливается между центрами для точения или шлифования.
Сверление глубоких отверстий определяется как сверление отверстия глубиной, в десять раз превышающей диаметр отверстия. [4] Эти типы отверстий требуют специального оборудования для поддержания прямолинейности и допусков. Другими соображениями являются округлость и качество поверхности.
Сверление глубоких отверстий обычно возможно с помощью нескольких методов инструмента, обычно ружейного сверления или сверления BTA. Они различаются по способу ввода СОЖ (внутренний или внешний) и способу удаления стружки (внутренний или внешний). Использование таких методов, как вращающийся инструмент и заготовка, вращающаяся в противоположных направлениях, является распространенным методом достижения требуемых допусков по прямолинейности. [5] Вторичные методы оснастки включают трепанацию, зачистку и полировку, растачивание с вытягиванием или растачивание бутылок. Наконец, для решения этой проблемы доступен новый вид технологии бурения: вибрационное бурение. Эта технология разбивает стружку небольшой контролируемой осевой вибрацией сверла. Мелкая стружка легко удаляется канавками сверла.
Высокотехнологичная система мониторинга используется для контроля силы , крутящего момента , вибрации и акустической эмиссии. Вибрация считается основным дефектом при сверлении глубоких отверстий, который часто может привести к поломке сверла. Для облегчения сверления этого типа обычно используется специальная охлаждающая жидкость.
Сверление ружей изначально было разработано для сверления стволов орудий и обычно используется для сверления глубоких отверстий меньшего диаметра. Отношение глубины к диаметру может быть даже больше, чем 300:1. Ключевой особенностью ружейного бурения является то, что долота являются самоцентрирующими; именно это позволяет делать такие глубокие точные отверстия. Биты совершают вращательное движение, аналогичное спиральному сверлу; однако сверла имеют опорные подушки, которые скользят по поверхности отверстия, удерживая сверло в центре. Сверление пистолета обычно выполняется на высоких скоростях и низких скоростях подачи.
Трепанирование обычно используется для создания отверстий большего диаметра (до 915 мм (36,0 дюйма)) там, где использование стандартного сверла невозможно или неэкономично. Трепанирование позволяет удалить желаемый диаметр путем вырезания цельного диска, аналогично работе чертёжного циркуля . Трепанирование выполняется на плоских изделиях, таких как листовой металл, гранит ( камень для керлинга ), плиты или элементы конструкции, такие как двутавровые балки . Трепанирование также может быть полезно для создания канавок для вставки уплотнений , например уплотнительных колец .
Микросверление — это сверление отверстий диаметром менее 0,5 мм (0,020 дюйма). Сверление отверстий такого малого диаметра представляет большие проблемы, поскольку нельзя использовать сверла с подачей СОЖ и требуются высокие скорости шпинделя. Высокие скорости шпинделя, превышающие 10 000 об/мин, также требуют использования сбалансированных держателей инструмента.
Первые исследования по вибрационному бурению начались в 1950-х годах (профессор В. Н. Подураев, МГУ имени Баумана). Основной принцип заключается в создании осевых вибраций или колебаний в дополнение к движению подачи сверла, чтобы стружка разбивалась и затем легко удалялась из зоны резания.
Существует две основные технологии вибрационного бурения: автономные вибрационные системы и системы принудительной вибрации. Большинство технологий вибрационного бурения все еще находятся на стадии исследований. В случае сверления с автономной вибрацией используется собственная частота инструмента, чтобы вызвать его естественную вибрацию во время резки; Вибрации самостоятельно поддерживаются системой массовых пружин, включенной в держатель инструмента. [6] В других работах используется пьезоэлектрическая система для генерации и управления вибрациями. Эти системы допускают высокие частоты вибрации (до 2 кГц) при небольшой величине (около нескольких микрометров); они особенно подходят для сверления небольших отверстий. Наконец, вибрации могут создаваться механическими системами: [7] частота определяется комбинацией скорости вращения и количества колебаний за оборот (несколько колебаний за оборот) с величиной около 0,1 мм.
Последняя технология является полностью промышленной (пример: технология SineHoling® компании MITIS). Вибрационное сверление является предпочтительным решением в таких ситуациях, как сверление глубоких отверстий, сверление штабелей нескольких материалов (авиация) и сухое сверление (без смазки). Как правило, это обеспечивает повышенную надежность и больший контроль над операцией бурения.
Круговая интерполяция , также известная как орбитальное сверление , представляет собой процесс создания отверстий с помощью фрезерных станков.
Орбитальное сверление основано на вращении режущего инструмента вокруг своей оси и одновременно вокруг центральной оси, смещенной от оси режущего инструмента. Затем режущий инструмент можно перемещать одновременно в осевом направлении для сверления или обработки отверстия и/или в сочетании с произвольным боковым движением для обработки отверстия или полости.
Регулируя смещение, можно использовать режущий инструмент определенного диаметра для сверления отверстий разного диаметра, как показано на рисунке. Это означает, что запасы режущего инструмента могут быть существенно сокращены.
Термин «орбитальное сверление» происходит от того, что режущий инструмент «вращается» вокруг центра отверстия. Механически принудительное динамическое смещение при орбитальном бурении имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным бурением, что значительно повышает точность отверстия. Меньшая сила тяги приводит к получению отверстия без заусенцев при сверлении металлов. При сверлении композитных материалов устраняется проблема расслоения . [8]
При нормальном использовании стружка поднимается вверх и от кончика сверла за счет рифлений сверла. Режущие кромки производят больше стружки, которая продолжает движение стружки наружу из отверстия. Это удается до тех пор, пока стружка не уложится слишком плотно, либо из-за более глубоких, чем обычно, отверстий, либо из-за недостаточного отвода (небольшое или полное удаление сверла из отверстия во время сверления). Смазочно-охлаждающая жидкость иногда используется, чтобы облегчить эту проблему и продлить срок службы инструмента за счет охлаждения и смазки режущей кромки и потока стружки. СОЖ можно подавать через отверстия в хвостовике сверла, что часто встречается при использовании ружейных сверл. В частности, при резке алюминия смазочно-охлаждающая жидкость помогает обеспечить гладкое и точное отверстие, предотвращая при этом захват металла сверлом в процессе сверления отверстия. При резке латуни и других мягких металлов, которые могут захватить сверло и вызвать «дребезг», толщина ок. На режущей кромке можно заточить 1-2 миллиметра, чтобы получился тупой угол от 91 до 93 градусов. Это предотвращает «дребезг», при котором сверло рвет, а не режет металл. Однако при такой форме режущей кромки сверло отталкивает металл, а не захватывает его. Это создает высокое трение и очень горячую стружку.
Для больших подач и сравнительно глубоких отверстий в сверле используются сверла с масляными отверстиями, при этом смазка подается к буровой головке через небольшое отверстие в сверле и вытекает по рифлениям. Для бурения нефтяных скважин можно использовать обычный сверлильный станок, но его чаще можно увидеть в автоматических сверлильных машинах, в которых вращается заготовка, а не сверло.
В станках с числовым программным управлением (ЧПУ) процесс называетсяСверление с ударом илипрерывистое сверлениеиспользуется для предотвращения вредного накопления стружки при сверлении глубоких отверстий (примерно, когда глубина отверстия в три раза превышает диаметр сверла). Сверление Пека включает в себя частичное погружение сверла в заготовку, не более чем в пять раз превышающее диаметр сверла, а затем вытягивание его на поверхность. Это повторяется до тех пор, пока отверстие не закончится. Модифицированная форма этого процесса, называемаявысокоскоростным сверлениемилистружкодроблением, лишь слегка втягивает сверло. Этот процесс происходит быстрее, но используется только в отверстиях умеренной длины, иначе сверло перегреется. Его также используют при сверлении вязкого материала для разрушения стружки. [9][10][ собственный источник? ][11]
Когда нет возможности доставить материал на станок с ЧПУ, можно использовать сверлильный станок с магнитным основанием. Основание позволяет сверлить в горизонтальном положении и даже на потолке. Обычно для таких станков лучше использовать фрезы, поскольку ими можно сверлить гораздо быстрее при меньшей скорости. Размеры фрез варьируются от 12 до 200 мм в диаметре и от 30 до 200 мм в диаметре (глубина резания). Эти машины широко используются в строительстве, обрабатывающей промышленности, морской и нефтегазовой промышленности. В нефтегазовой промышленности во избежание искр используются пневматические магнитные сверлильные станки, а также специальные трубчатые магнитные сверлильные станки, которые можно крепить на трубах разных размеров, даже внутри. Сверхмощные сверлильные станки для пластин обеспечивают высококачественные решения в производстве стальных конструкций, мостостроении, верфях и различных областях строительного сектора.
Поскольку древесина мягче большинства металлов, сверлить древесину значительно проще и быстрее, чем сверлить металл. Смазочно-охлаждающие жидкости не используются и не требуются. Основной проблемой при сверлении древесины является обеспечение чистоты входных и выходных отверстий и предотвращение возгорания. Чтобы избежать пригорания, необходимо использовать острые насадки и соответствующую скорость резки . Сверла могут вырвать древесную стружку вокруг верхней и нижней части отверстия, что нежелательно при тонкой обработке древесины .
Распространенные спиральные сверла, используемые в металлообработке, также хорошо работают по дереву, но они имеют тенденцию выкрашивать древесину на входе и выходе из отверстия. В некоторых случаях, например, в отверстиях для черновых столярных работ, качество отверстия не имеет значения, и существует ряд насадок для быстрой резки древесины, в том числе лопаточные насадки и шнековые насадки с автоматической подачей . Было разработано множество типов специализированных сверл для сверления чистых отверстий в древесине, в том числе сверла с наконечником Брэда, сверла Форстнера и кольцевые пилы . Сколы на выходе можно свести к минимуму, используя кусок дерева в качестве подложки за заготовкой, и тот же метод иногда используется, чтобы сохранить аккуратность входа в отверстие.
В дереве легче просверливать отверстия, поскольку сверло можно точно расположить, вставив его в древесину и создав ямку. Таким образом, бит будет иметь небольшую склонность к блужданию.
Некоторые материалы, такие как пластмассы , а также другие неметаллы и некоторые металлы, имеют тенденцию нагреваться настолько, что расширяются, делая отверстие меньше, чем хотелось бы.
Ниже приведены некоторые сопутствующие процессы, которые часто сопровождают бурение:
