Бурение отверстий в обработке материалов¶

Бурение отверстий — технологическая операция механической обработки, при которой в сплошном материале формируется цилиндрическая полость заданного диаметра и глубины с помощью режущего инструмента — сверла. Относится к наиболее распространённым видам размерной обработки и применяется в металлообработке, деревообработке, строительстве, горном деле и быту. Основные характеристики операции — диаметр, глубина, точность и шероховатость получаемого отверстия, а также материал заготовки.

¶Физическая сущность процесса

При бурении сверло совершает одновременно вращательное движение (главное движение резания) и поступательное перемещение вдоль оси (движение подачи). Режущие кромки срезают слой материала, который отводится по винтовым канавкам инструмента в виде стружки. В зоне контакта возникает значительное трение и выделяется тепло, поэтому для большинства материалов применяют охлаждающие и смазывающие жидкости (СОЖ), снижающие износ инструмента и улучшающие качество поверхности.

Точность обычного сверления обычно лежит в пределах 10–12-го квалитетов, шероховатость поверхности — в диапазоне Ra 6,3–12,5 мкм. Для получения более точных отверстий применяют последовательные операции: центрование, сверление, зенкерование, развёртывание, растачивание.

¶Инструменты

Основной инструмент — свёрла, различающиеся по конструкции:

• Спиральные (винтовые) — наиболее универсальные, с конической или цилиндрической заточкой, для металла, дерева, пластмасс.
• Перовые (плоские) — простые, применяются для дерева и крупных отверстий.
• Кольцевые (трепанирующие) — вырезают кольцевую канавку, оставляя в центре керн; применяются при больших диаметрах, экономят материал и усилие.
• Центровочные — для засверливания лунок под последующую обработку.
• Свёрла с твердосплавными пластинами — для высокопроизводительной обработки металлов и композитов.

Дополнительно применяют зенкеры, зенковки, развёртки, метчики (при нарезании резьбы в отверстии), а также коронки для бетона и кирпича.

¶Оборудование

Для бурения используют:

В горном деле и строительстве под бурением понимают проходку шпуров и скважин в породном массиве; здесь применяют ударно-вращательный, шарошечный, алмазный и другие способы разрушения породы.

¶Технология и режимы

Ключевые параметры режима резания — скорость резания, подача и глубина. Их выбирают по справочным таблицам в зависимости от материала заготовки и инструмента. Для стали средней твёрдости скорость резания сверлом из быстрорежущей стали составляет порядка 20–30 м/мин, для алюминиевых сплавов — выше, для титановых и жаропрочных — существенно ниже.

Последовательность типовой операции:

1. Разметка и кернение центра отверстия.
2. Засверливание коротким центровочным сверлом для предотвращения увода.
3. Сверление на заданную глубину с применением СОЖ.
4. При необходимости — зенкерование, развёртывание, зенкование фаски.
5. Контроль диаметра и глубины измерительным инструментом.

Для глубоких отверстий (отношение глубины к диаметру свыше 5) используют специальные свёрла с внутренним подводом охлаждения и периодическим выводом стружки.

¶Особенности по материалам

• Металлы — требуют подбора свёрл из быстрорежущей стали (Р6М5) или твёрдых сплавов, обязательного охлаждения, снижения подачи на выходе.
• Дерево — применяют свёрла с центрирующим остриём, возможны высокие обороты; важно учитывать направление волокон.
• Бетон и камень — используют перфоратор и свёрла с твердосплавными напайками либо алмазные коронки; эффективен ударно-вращательный режим.
• Стекло и керамика — применяют алмазные или твердосплавные свёрла при низких оборотах с охлаждением.
• Полимеры и композиты — важны острая заточка и малая подача во избежание расслоения и оплавления.

¶Точность и дефекты

Типичные дефекты бурения: увод оси, увеличение диаметра (разбивание), конусность, рваные края на выходе, перегрев и прижог, поломка сверла. Причины — неправильная заточка, неверные режимы, отсутствие охлаждения, слабое крепление заготовки или инструмента. Для повышения точности применяют кондукторы (направляющие втулки), жёсткие станки и предварительное центрование.

¶Применение

Бурение отверстий — базовая операция в машиностроении (крепёж, каналы, посадочные места), строительстве (монтаж коммуникаций, анкеров), горном деле (взрывные работы, скважины), деревообработке и мебельном производстве, а также в быту. В нефтегазовой отрасли бурение скважин является основой добычи углеводородов и представляет собой отдельную крупную отрасль с собственным оборудованием и технологиями.

¶Безопасность

При работе необходимо использовать защитные очки, надёжно закреплять заготовку и инструмент, применять средства защиты от стружки и вращающихся частей, соблюдать режимы и не допускать работы неисправным инструментом. Стружку удаляют крючком или щёткой, но не руками.

Источники: справочники по технологии машиностроения; учебные пособия по обработке материалов резанием; технические руководства производителей режущего инструмента; нормативные документы по охране труда.