Высверливание

Высверливание — это технологическая операция механической обработки, заключающаяся в удалении материала (обычно металла, сплава или другого твёрдого материала) из тела детали или заготовки с помощью режущего инструмента — сверла, с целью получения отверстия, углубления или полости заданной формы, размеров и качества поверхности. В отличие от сверления, термин «высверливание» часто подразумевает не создание нового отверстия в сплошном материале, а расширение, углубление, исправление брака, либо удаление дефектного участка (например, сломанного крепёжного элемента). Операция широко применяется в машиностроении, металлообработке, строительстве, ремонтных работах и ювелирном деле.

История

Технология высверливания развивалась параллельно с развитием сверлильных инструментов. Первые примитивные сверла (ручные коловороты, лучковые свёрла) использовались ещё в Древнем Египте и античности для обработки камня и дерева. С изобретением токарного станка и механического привода в XVIII—XIX веках появилась возможность выполнять высверливание с большей точностью и усилием. В XX веке, с появлением быстрорежущих сталей (HSS) и твёрдосплавных материалов, а также электрических и пневматических дрелей, операция стала доступна не только в промышленности, но и в быту. Современные станки с ЧПУ (числовым программным управлением) позволяют автоматизировать процесс высверливания, обеспечивая высокую повторяемость и точность.

Классификация видов высверливания

Высверливание классифицируют по нескольким признакам: цели операции, типу обрабатываемого материала, способу подачи инструмента и характеру получаемого отверстия.

По цели операции

• Высверливание отверстий — создание сквозных или глухих отверстий в сплошном материале. Наиболее распространённый тип.
• Рассверливание — увеличение диаметра уже имеющегося отверстия (например, литого или полученного после штамповки). Выполняется сверлом большего диаметра или зенкером.
• Высверливание дефектных элементов — удаление сломанных болтов, шпилек, заклёпок, резьбовых вставок. Для этого часто используют специальные экстракторы или свёрла с левой спиралью.
• Высверливание для последующей обработки — подготовка отверстия под нарезание резьбы, зенкование, развёртывание или установку крепежа.
• Высверливание образцов — извлечение керна (цилиндрического образца) из массива материала для лабораторных исследований (например, в геологии, археологии, материаловедении).

По типу инструмента

• Спиральное сверло — наиболее распространённый инструмент. Имеет две или более винтовые канавки для отвода стружки. Применяется для большинства металлов, пластмасс, дерева.
• Перовое сверло — плоское сверло с режущими кромками. Используется для грубого высверливания в мягких материалах (дерево, гипсокартон).
• Корончатое сверло — полый цилиндрический инструмент с режущими зубьями на торце. Позволяет высверливать отверстия большого диаметра (до 100 мм и более), оставляя центральный керн. Применяется для металла, бетона, камня.
• Ступенчатое сверло — конический инструмент с несколькими режущими ступенями. Позволяет без смены сверла получать отверстия разного диаметра в тонколистовом материале.
• Сверло-экстрактор — инструмент с левой спиралью, предназначенный для выворачивания сломанных винтов. При вращении против часовой стрелки захватывает остаток резьбы и извлекает его.

По способу подачи

• Ручное высверливание — выполняется с помощью ручной дрели или коловорота. Применяется для мелких работ, в труднодоступных местах или при отсутствии электроинструмента.
• Механизированное высверливание — с использованием электрической или пневматической дрели, шуруповёрта. Наиболее распространённый способ в быту и ремонте.
• Станочное высверливание — на сверлильных, токарных, фрезерных станках или станках с ЧПУ. Обеспечивает максимальную точность, производительность и повторяемость.

Устройство и характеристики процесса

Процесс высверливания включает несколько этапов: центровку (наколку керном), выбор режима резания (скорость вращения, подача, глубина резания), собственно резание и удаление стружки. Основные параметры:

• Скорость резания (V, м/мин) — окружная скорость вращения сверла. Зависит от материала заготовки и инструмента. Для стали обычно 20–50 м/мин, для алюминия — до 100 м/мин, для твёрдых сплавов — 10–30 м/мин.
• Подача (S, мм/об) — перемещение сверла вдоль оси за один оборот. Для ручного высверливания подача задаётся усилием руки, для станочного — механизмом подачи. Типичные значения: 0,05–0,5 мм/об.
• Глубина резания — при высверливании сплошного материала равна половине диаметра сверла.
• Охлаждение — для снижения температуры в зоне резания и увеличения стойкости инструмента применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ): эмульсии, масла, специальные пасты. При работе с чугуном или латунью охлаждение часто не требуется.

Качество высверленного отверстия характеризуется шероховатостью поверхности (Ra, Rz), точностью диаметра (квалитет), отклонением от перпендикулярности и соосности. Для получения высокого качества (IT7–IT8) после высверливания применяют развёртывание или хонингование.

Применение

Высверливание используется в самых разных отраслях:

• Машиностроение — изготовление корпусных деталей, валов, шестерён, крепёжных отверстий. На сверлильных станках выполняют до 30–40% всех операций механической обработки.
• Строительство — высверливание отверстий в бетоне, кирпиче, камне для установки анкеров, дюбелей, прокладки коммуникаций. Используются перфораторы и алмазные коронки.
• Ремонт и обслуживание — удаление сломанных болтов, шпилек, заклёпок. Например, при ремонте автомобиля высверливают сломанные крепления головки блока цилиндров.
• Ювелирное дело — высверливание отверстий в драгоценных металлах и камнях для нанизывания на нить или установки в оправу. Используются тонкие свёрла (0,3–1,0 мм) и бормашины.
• Медицина — в стоматологии и хирургии высверливание применяется для препарирования костной ткани (например, при имплантации зубов или остеосинтезе). Используются специальные боры и физиодиспенсеры.
• Геология и археология — высверливание кернов для изучения горных пород, почв, археологических слоёв. Применяются колонковые свёрла и буровые установки.

Примеры

• Высверливание сломанного болта — одна из самых частых ремонтных операций. Сначала центруют точку на торце болта, затем сверлят отверстие малого диаметра (например, 3–5 мм) по центру. После этого используют экстрактор (левый конус) или нарезают резьбу для извлечения остатка. В сложных случаях применяют электроэрозионную обработку.
• Рассверливание отверстия под подшипник — в корпусе редуктора или двигателя. Сначала высверливают отверстие меньшего диаметра, затем зенкером или развёрткой доводят до нужного размера (например, с 30 до 32 мм) с допуском H7.
• Высверливание образца бетона — для проверки прочности или состава. Используют алмазную коронку диаметром 50–100 мм, охлаждаемую водой. Получают цилиндрический керн длиной до 300 мм.

Интересные факты

• Самое тонкое сверло, используемое в промышленности, имеет диаметр 0,02 мм — тоньше человеческого волоса. Его применяют в микроэлектронике для высверливания отверстий в печатных платах.
• В древности для высверливания камня (например, в производстве бус) использовали трубчатые свёрла из бамбука или кости с абразивным песком. Процесс мог занимать несколько часов.
• В авиастроении при высверливании отверстий в титановых сплавах скорость резания не превышает 10–15 м/мин, а инструмент (твёрдосплавный) меняют после 5–10 отверстий из-за высокой износостойкости материала.
• В быту наиболее частой ошибкой при высверливании является отсутствие центровки (наколки керном), что приводит к «уходу» сверла в сторону и браку.

Критика и ограничения

Высверливание, как и любой процесс резания, имеет недостатки. При неправильном выборе режимов (слишком высокая скорость или подача) возможно перегревание инструмента, его поломка, а также образование заусенцев на выходе отверстия. Высверливание в хрупких материалах (стекло, керамика) требует осторожности — возможно растрескивание. Для глубоких отверстий (отношение глубины к диаметру более 5) необходимы специальные свёрла с внутренним подводом СОЖ, иначе стружка забивает канавки, что ведёт к заклиниванию. Кроме того, высверливание не позволяет получить отверстия сложной формы (например, конические или с криволинейной осью) — для этого требуются другие методы обработки (фрезерование, электроэрозия).

Источники

• Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 / Под ред. А. М. Дальского. — М.: Машиностроение, 2001.
• Режимы резания металлов: Справочник / Под ред. Ю. В. Барановского. — М.: Машиностроение, 1972.
• Обработка металлов резанием: Учебник для вузов / В. А. Гусев, В. А. Крылов. — М.: Машиностроение, 2004.
• ГОСТ 25762-83. Обработка резанием. Термины и определения.
• Технология конструкционных материалов / Под ред. А. М. Дальского. — М.: Машиностроение, 2005.