Как выбрать сверло по металлу: полное руководство
Типы свёрл по металлу
Сверло по металлу — осевой режущий инструмент, формирующий цилиндрическое отверстие. Для металлообработки применяется несколько конструктивных типов, каждый из которых оптимален в определённых условиях. Правильный выбор типа сверла — первый и важнейший шаг, поскольку от него зависит производительность, стойкость инструмента и качество получаемого отверстия.
Спиральные свёрла
Наиболее распространённый тип. Две спиральные канавки обеспечивают отвод стружки, стандартный угол при вершине 118° или 135°. Диаметр от 0,3 до 80 мм. Подходят для сталей, чугуна, цветных металлов. Выпускаются из HSS, HSS-Co и монолитного твердосплава.
Свёрла со сменными пластинами (сборные)
Корпус из конструкционной стали оснащён гнёздами для сменных твердосплавных пластин. Диапазон диаметров: от 12 до 80 мм и выше. Стоимость замены пластин значительно ниже стоимости нового сверла — экономически выгодны при больших диаметрах в серийном производстве.
Монолитные твердосплавные свёрла
Изготовлены целиком из твердосплава. Максимальная стойкость, допустимые скорости резания в 2–4 раза выше HSS. Применяются для серийного сверления труднообрабатываемых материалов на ЧПУ-станках. В каталоге STI Store — твердосплавные свёрла как с подачей СОЖ через тело, так и без неё.
Центровочные свёрла
Короткие жёсткие свёрла для формирования центровочного углубления перед основным сверлением. Исключают увод сверла при сверлении по разметке или на нежёстком оборудовании. Центровочные свёрла HSS применяются перед точными сверлильными операциями.
Свёрла для глубокого сверления
Специальная геометрия с широкими канавками для усиленного отвода стружки. Применяются при глубине более 5×D. Требуют принудительной подачи СОЖ под давлением — через тело сверла или снаружи с промежуточными выводами.
Материал сверла: HSS против твердосплава
Выбор между быстрорежущей сталью и твердосплавом — ключевое решение. Оба материала имеют чёткие области применения. Использование твердосплава там, где достаточно HSS, не всегда экономически оправдано. Расчёт стоимости на одно отверстие — правильный критерий для принятия решения.
Быстрорежущая сталь: HSS, HSS-E, HSS-Co
HSS — стандартная быстрорежущая сталь с вольфрамом, молибденом и хромом. Красностойкость до 530°C. Оптимальна для большинства общемашиностроительных материалов при умеренных скоростях резания и единичном или мелкосерийном производстве.
HSS-E / HSS-Co — с добавкой кобальта 5–10%. Красностойкость повышается до 630°C. Рекомендуется для нержавеющих сталей, жаропрочных сплавов, высоколегированных и высокопрочных сталей. Марка HSS-Co (M42, 10% Co) — максимальная стойкость среди HSS при прерывистых нагрузках в труднообрабатываемых материалах.
Твердосплав (VHM)
В 3–5 раз больший ресурс по сравнению с HSS при обработке чугуна, нержавеющих сталей, жаропрочных сплавов. Допускают скорости резания в 2–4 раза выше. Однако хрупки при ударных нагрузках и вибрациях. Применение экономически оправдано при серийном производстве на ЧПУ-станках, стабильных режимах, диаметрах до 20 мм в труднообрабатываемых материалах.
| Параметр | HSS | HSS-Co | VHM (твердосплав) |
|---|---|---|---|
| Скорость резания Vc | 20–40 м/мин | 25–60 м/мин | 60–200 м/мин |
| Относительная стойкость | 1× | 1,5–2× | 3–6× |
| Стойкость к ударам | Высокая | Высокая | Низкая |
| Число переточек | 5–10 | 5–10 | 2–4 |
| Стоимость | Низкая | Средняя | Высокая |
| Оптимальное применение | Стали, чугун, цветные металлы | Нержавейка, жаропрочные | Серийное ЧПУ, труднообрабатываемые |
Покрытия свёрл
Покрытие снижает трение, повышает твёрдость поверхности инструмента и теплостойкость. При одинаковом субстрате правильно подобранное покрытие увеличивает ресурс в 2–5 раз. Покрытие и субстрат должны подбираться в паре — TiAlN на обычном HSS не компенсирует недостаточную красностойкость при высоких скоростях.
| Покрытие | Цвет | Твёрдость HV | Рабочая t°C | Рекомендуемые материалы |
|---|---|---|---|---|
| TiN (нитрид титана) | Золотистый | 2 300 | до 600°C | Стали, чугун — универсальное |
| TiCN (карбонитрид титана) | Серо-фиолетовый | 3 000 | до 400°C | Нержавеющие стали, цветные металлы |
| TiAlN (нитрид титаналюминия) | Тёмно-серый | 3 300 | до 900°C | Жаропрочные сплавы, закалённые стали |
| AlTiN | Чёрный | 3 400 | до 1 100°C | Высокотемпературная обработка, ISO S |
| TiB₂ (диборид титана) | Серо-чёрный | 3 400 | до 800°C | Алюминиевые сплавы — антиадгезионное |
| Оксидирование (чёрное) | Чёрный | — | до 500°C | Чугун, сталь — удержание масляной смазки |
Геометрия сверла
Угол при вершине (2φ)
Угол при вершине определяет форму режущих кромок, осевое усилие подачи и склонность к уводу сверла. Неправильный угол — частая причина брака при сверлении труднообрабатываемых материалов.
| Угол 2φ | Материалы | Особенности |
|---|---|---|
| 90° | Пластмассы, мягкие цветные металлы | Малое осевое усилие, риск срыва краёв отверстия |
| 118° | Стали, чугун — стандарт | Универсальная, наиболее распространённая заточка |
| 135° | Нержавеющие стали, жаропрочные | Снижает увод, острее входит в материал |
| 140° | Очень твёрдые материалы | Прочная кромка, высокая стойкость |
Угол подъёма спирали (ω)
Стандартный ω = 25–30° — для сталей. Увеличенный ω = 35–40° — для нержавеющих сталей и вязких материалов: лучший отвод стружки, меньшее наростообразование. Уменьшенный ω = 15–20° — для твёрдых хрупких материалов: твёрдый чугун, бронза, бронзовые сплавы.
Заточка поперечной кромки
Стандартная — прямая поперечная кромка. Поперечная кромка создаёт около 50% от общего осевого усилия подачи, что нагружает шпиндель при диаметрах от 6 мм.
Split point / NB (подточка поперечной кромки) — укорачивает или устраняет поперечную кромку. Снижает осевое усилие на 30–50%. Необходима при сверлении нержавеющих и жаропрочных сталей, при работе без накернивания, при использовании станков с ограниченным осевым усилием. Практически все VHM-свёрла с внутренней подачей СОЖ имеют эту заточку.
Диаметр и допуски
Диаметр сверла должен соответствовать требуемому диаметру отверстия с учётом расширения. В стали отверстие получается на 0,05–0,15 мм больше номинального диаметра сверла из-за упругих деформаций материала. Для точных отверстий по допускам H7 и точнее сверление — черновая операция под последующее развёртывание или растачивание. Припуск под развёртку: 0,2–0,5 мм.
| Класс точности | Допуск на D (D=10 мм) | Применение |
|---|---|---|
| h8 | −0,018…0 мм | Стандартные операции, сквозные отверстия |
| h6 | −0,009…0 мм | Точные отверстия под развёртывание |
| js10 | ±0,045 мм | Черновое сверление, невысокие требования к точности |
Хвостовик и крепление сверла
Тип хвостовика определяет способ крепления и допустимый передаваемый крутящий момент.
Цилиндрический хвостовик — стандарт для диаметров до 13 мм. Закрепляется в цанговых патронах ER или сверлильных патронах. При больших диаметрах склонен к проворачиванию под нагрузкой — требует точного крепления.
Хвостовик Морзе (MT1–MT5) — для свёрл от 14 мм. Самозатягивающийся конус, устанавливается в шпиндель или через переходные втулки конус Морзе. Надёжная передача крутящего момента.
Хвостовик Weldon — с плоской лыской. Применяется для диаметров от 10 мм там, где нужна передача высокого момента без проворачивания. Крепится в патронах Weldon.
Выбор сверла по материалу заготовки
Конструкционные стали (ISO P)
Стандартные HSS или HSS-Co с покрытием TiN, угол 118°. При серийном производстве на ЧПУ — твердосплавные свёрла без подачи СОЖ для диаметров до 16 мм при Vc = 80–150 м/мин. Подача fn = 0,03–0,07 мм/об при D = 10 мм.
Нержавеющие стали (ISO M)
HSS-Co или VHM с покрытием TiCN или TiAlN. Угол 135° с подточкой поперечной кромки. Обязательная подача СОЖ. Скорость резания снижается на 30–50% по сравнению со сталью. VHM-свёрла с внутренней подачей СОЖ — оптимальный выбор для серийного сверления нержавейки при глубине более 3×D.
Чугун (ISO K)
HSS с покрытием TiN или VHM. Для серого чугуна допускается сверление всухую или с обдувом воздухом — стружка хрупкая. Угол 118°. Эмульсионная СОЖ при прерывистом резании чугуна вызывает термоудары и нежелательна. Скорости для HSS: 15–30 м/мин, для VHM: 50–120 м/мин.
Алюминиевые сплавы (ISO N)
Свёрла с широкими полированными канавками. Покрытие TiB₂ или без покрытия. Угол 90°–118°, высокие Vc = 100–600 м/мин. СОЖ на масляной основе или специальная эмульсия для алюминия — стандартная водная эмульсия способствует наростообразованию.
Жаропрочные сплавы (ISO S)
HSS-Co или VHM с покрытием TiAlN/AlTiN. Угол 135°, подточка поперечной кромки обязательна. Малые Vc = 5–20 м/мин для HSS-Co. При серийном производстве — только VHM с внутренней подачей СОЖ под давлением 8–15 бар.
Закалённые стали (ISO H, HRC 40+)
Монолитный VHM с покрытием TiAlN или AlTiN. Малые подачи fn = 0,01–0,03 мм/об. Для HRC выше 55 — специальные свёрла с CBN-напайками или кольцевые фрезы-свёрла.
Режимы сверления
Основная формула для частоты вращения: n = (Vc × 1000) / (π × D), где Vc — скорость резания в м/мин, D — диаметр сверла в мм. Пример: D = 10 мм, сталь, HSS, Vc = 25 м/мин → n = 25 000 / (3,14 × 10) ≈ 796 об/мин.
| Материал | HSS Vc, м/мин | HSS-Co Vc, м/мин | VHM Vc, м/мин | fn при D=10 мм, мм/об |
|---|---|---|---|---|
| Сталь σB < 800 МПа | 20–30 | 25–40 | 80–130 | 0,04–0,07 |
| Сталь σB 800–1 200 МПа | 10–18 | 15–25 | 40–80 | 0,03–0,05 |
| Нержавеющая сталь | 6–12 | 10–18 | 30–60 | 0,02–0,04 |
| Серый чугун | 15–25 | 20–35 | 60–120 | 0,05–0,10 |
| Алюминий | 60–120 | 80–160 | 150–600 | 0,05–0,15 |
| Жаропрочные сплавы | 3–6 | 5–10 | 15–40 | 0,01–0,03 |
СОЖ при сверлении
Правильный выбор и подача СОЖ критичны для стойкости сверла. Для VHM-свёрл с внутренними каналами подача СОЖ осуществляется через тело под давлением 3–15 бар — охлаждение непосредственно в зоне резания и принудительный вывод стружки наружу. При наружной подаче СОЖ эффективность снижается по мере роста глубины: при более 5×D наружная подача практически не достигает зоны резания.
Для чугуна применяется воздух или MQL — эмульсия при прерывистом резании вызывает термические удары. При обработке алюминия необходима СОЖ на масляной основе: стандартная водная эмульсия способствует наростообразованию.
Особенности глубокого сверления
Глубоким считается сверление при глубине более 5×D. Основные проблемы: недостаточный отвод стружки, перегрев, увод оси отверстия, вибрации. Правила глубокого сверления:
При глубине 3×D — первый промежуточный вывод для удаления стружки. При 5×D и более — обязательные выводы каждые 1,5–2×D. Скорость резания снижается на 20–30% по сравнению со стандартным сверлением. При глубине более 8×D применяются только VHM с внутренней подачей СОЖ с углом спирали ω = 35–40°. На станках с ЧПУ программируется цикл G83 с шагом вывода не более 1,5×D.
Таблица выбора сверла по ключевым параметрам
| Условия | Тип сверла | Покрытие | СОЖ |
|---|---|---|---|
| Сталь, единичное производство, D 3–12 мм | HSS, цилиндрический хвостовик | TiN | Эмульсия |
| Сталь, серийное ЧПУ, D 6–20 мм | VHM без подачи СОЖ | TiAlN | Эмульсия наружная |
| Нержавеющая сталь, серия, D 4–16 мм | VHM с внутренней подачей СОЖ | TiAlN | Через тело, 5–15 бар |
| Чугун, серийное производство | VHM или HSS-Co | TiN / оксид | Воздух или всухую |
| Алюминий, высокая скорость | HSS-Co или VHM, широкие канавки | TiB₂ или без | Масляная СОЖ или MQL |
| Жаропрочный сплав, серия | VHM с внутренней подачей СОЖ | AlTiN | Через тело, 10–15 бар |
| Глубокое сверление (>5×D) | VHM с внутр. СОЖ, ω=35–40° | TiAlN | Через тело, обязательно |
Типичные ошибки при выборе и эксплуатации свёрл
Ошибка 1: HSS-сверло на ЧПУ-станке при серийном производстве
На ЧПУ с высокими оборотами и жёсткой системой HSS работает на пределе допустимых скоростей и быстро изнашивается. Себестоимость одного отверстия при частой замене HSS оказывается выше, чем с более дорогим VHM при полном ресурсе. Считайте стоимость резания на отверстие, а не стоимость сверла.
Ошибка 2: Сверление нержавейки без СОЖ
Нержавеющие стали обладают низкой теплопроводностью и высокой склонностью к наростообразованию. Без СОЖ уже через несколько отверстий — термическое повреждение кромки и сварочный прихват стружки. Стойкость падает в 5–10 раз.
Ошибка 3: Игнорирование биения патрона
Биение патрона более 0,05–0,10 мм ведёт к разбивке отверстия, ускоренному износу и поломке при малых диаметрах. Для малых диаметров предпочтительны гидропатроны с биением менее 3 мкм.
Ошибка 4: Слишком высокая подача при малых диаметрах
Для свёрл диаметром менее 3 мм подача не должна превышать 0,01–0,02 мм/об. Превышение вызывает мгновенную поломку. Осевое усилие пропорционально подаче и квадрату диаметра — небольшая ошибка в режимах при малом D катастрофична.
Ошибка 5: Сверление по разметке без предварительного центрования
При сверлении без ЧПУ-позиционирования отсутствие центровочного отверстия приводит к уводу. Критично для диаметров от 6 мм и выше. Применяйте центровочные свёрла перед основным сверлением.
Часто задаваемые вопросы
Почему сверло уводит в сторону?
Основные причины: асимметричная заточка (разные длины режущих кромок), отсутствие центровочного отверстия, нежёсткое оборудование или крепление, большая поперечная кромка без подточки. Решение: заточка Split point, предварительное центрование, уменьшение вылета патрона.
Можно ли сверлить нержавейку обычным HSS?
При единичных операциях допустимо при снижении Vc до 5–8 м/мин, обильной масляной СОЖ и своевременной замене сверла. Для серийного производства нерентабельно — применяйте HSS-Co с TiCN или VHM.
Когда нужно применять центровочное сверло?
Обязательно при сверлении по разметке, при диаметрах более 6 мм без координатного позиционирования, при нежёстком оборудовании. На ЧПУ-станках с жёстким закреплением центровка обычно не нужна.
Как понять, что сверло затупилось?
Признаки: увеличение усилия подачи, синяя или фиолетовая стружка (перегрев), характерный визг, ухудшение шероховатости стенок отверстия. Не допускайте полного износа — переточка сильно изношенного сверла снимает значительно больше металла.
При какой глубине нужны промежуточные выводы?
При глубине более 3×D рекомендуется первый вывод. При 5×D — обязательные выводы каждые 1,5–2×D. Для VHM с внутренней подачей СОЖ выводы могут не потребоваться вплоть до 10–12×D.
Как правильно хранить твердосплавные свёрла?
В индивидуальных пластиковых упаковках или специальных кассетах, исключающих контакт между инструментами. VHM-свёрла чувствительны к ударам — даже лёгкий удар о другой инструмент может вызвать микротрещину кромки, которая проявится при первых нагрузках.
Подобрать сверло по металлу в STI Store
В каталоге STI Store — твердосплавные свёрла для серийного и высокопроизводительного сверления: с внутренней подачей СОЖ для нержавеющих и жаропрочных сталей и без подачи СОЖ для стандартного применения. Для предварительного центрования — центровочные свёрла HSS. К свёрлам подбираются цанговые патроны ER и переходные втулки конус Морзе. Доставка по России и Казахстану.
Задать вопрос
