Сверление глубинных отверстий в металле: выбор свёрл и смазочно-охлаждающих жидкостей

Создание глубоких отверстий в металлах требует не только точного выбора инструмента, но и тщательного подбора смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые обеспечивают стабильное качество обработки.

В металлургии и машиностроении важно понимать характеристики материала и физические условия, чтобы избежать дефектов и чрезмерного износа инструмента. При этом следует учитывать, что для глубоких отверстий (глубина которых превышает их диаметр более чем в 5 раз) требования к оборудованию и условиям охлаждения будут особенно высоки.

Существует несколько типов режущих инструментов для глубоких отверстий, которые можно применять в зависимости от условий и материала заготовки. Спиральные сверла используются чаще всего, когда необходимо обработать мягкие стали или легкие сплавы, так как они создают стабильный выход стружки, а острые углы режущей кромки обеспечивают ровное отверстие.

Рекомендуется выбирать инструмент с углом наклона режущей кромки в пределах 135-140 градусов для повышения точности и уменьшения нагрева. Однако при обработке твердосплавных и закаленных сталей такой инструмент может оказаться недостаточно прочным, и лучше применять более специализированные варианты, такие как пушечные сверла, которые имеют прямолинейные каналы для выведения стружки. У этих вариантов угол наклона обычно меньше – около 100-110 градусов, что уменьшает нагрузку на режущую часть и способствует экстракции стружки.

Пушечные сверла считаются наиболее эффективными для создания глубоких отверстий в твердых и хрупких материалах. Этот тип инструмента, который возник еще в XIX веке и изначально использовался в оружейной промышленности, отличается особой прочностью и способностью к устойчивому поддержанию направления при высокой глубине бурения.

Они обычно имеют меньший угол наклона режущей кромки и канал для подачи СОЖ под давлением, что снижает вероятность перегрева и уменьшает трение. Современные образцы пушечных сверл могут работать с подачей жидкости под давлением от 50 до 100 бар, что позволяет эффективно вымывать стружку из отверстия и предупреждать заедание.

Для создания глубоких отверстий в таких материалах, как высокопрочные стали или титановые сплавы, также используются многозубые сверла, где режущая поверхность разбита на несколько сегментов. Каждый сегмент удаляет небольшое количество материала, что уменьшает нагрузку на инструмент и снижает нагрев, делая многозубые сверла идеальными для твердых заготовок. Диаметр этих инструментов варьируется от 1,5 до 30 мм, а длина может достигать 600 мм, что позволяет работать с глубокими отверстиями без потери точности.

При выборе СОЖ для глубинной обработки важно учитывать состав и температуру заготовки, так как перегрев металла может привести к изменениям его структуры и быстрому износу инструмента. СОЖ должны иметь высокие показатели теплопроводности и смазывающей способности, чтобы обеспечить постоянное охлаждение и уменьшение трения между инструментом и заготовкой. Состав жидкости обычно включает масла и эмульсии на водной основе, в которые добавляют антикоррозионные присадки и стабилизаторы.

Применение синтетических СОЖ с высоким содержанием смазывающих компонентов, таких как полиэтиленгликоли или хлорированные парафины, позволяет снизить трение и уменьшить температуру в зоне обработки на 15-20%. Это особенно важно при глубинной обработке сталей, подверженных закалке, где перегрев может вызвать необратимые изменения структуры и привести к дефектам.

Не менее важна подача СОЖ. Давление жидкости должно поддерживаться на уровне не менее 20 бар для легких сплавов и не менее 50 бар для высокопрочных материалов. Система подачи жидкости может включать специальные каналы в инструменте или использовать внешние сопла, направленные прямо в зону контакта.

При использовании пушечных сверл подача СОЖ через внутренние каналы позволяет эффективно охлаждать рабочую область и предотвращает скопление стружки. Такие системы часто применяются на станках с ЧПУ, где управление подачей жидкости точно поддерживает температурный режим.

Важно учитывать и качество самой стружки, так как неправильный выбор инструмента или СОЖ может привести к ее скоплению и перегреву. Оптимальные размеры варьируются от 0,5 до 2 мм в зависимости от материала и типа инструмента. Слишком длинные элементы могут блокировать канал и создавать дополнительное давление, вызывая перегрев.

Для быстрого удаления стружки используются спиральные и внутренние каналы для подачи жидкости. При этом их диаметр должен составлять не менее 1,5 диаметра стружки, чтобы избежать заедания. В некоторых случаях применяются воздушные потоки для удаления стружки, однако такая техника эффективна только при малой глубине отверстий.

Для получения высокого качества обработки необходимо также соблюдать точные режимы подачи и скорости вращения. При глубинной обработке скорость вращения обычно снижается на 20-30% по сравнению со стандартными режимами, чтобы уменьшить нагрев и улучшить контроль над стружкой. Так, для высокопрочных сталей скорость не должна превышать 600-800 оборотов в минуту, а подача должна находиться в пределах 0,1-0,2 мм на оборот.