Почему ломаются сверла в мягких металлах и как с этим бороться

Частое разрушение режущего инструмента при работе с материалами с низкой твердостью связано не с прочностью заготовки, а с ошибками в выборе режима, геометрии и условий резания. Алюминий, латунь, медь и сплавы на их основе склонны к налипанию на режущую кромку, что резко увеличивает трение и температуру.

Если не скорректировать скорость и подачу, перегрев приведет к выкрашиванию режущей части или её оплавлению.

При работе с алюминием типичной проблемой становится залипание стружки в канавках. Это нарушает отвод тепла и увеличивает контакт с заготовкой.

В случае использования быстрорежущей стали без твердосплавного напыления, уже через 5–6 отверстий режущая кромка теряет остроту. Это особенно часто наблюдается при сверлении на высоких оборотах — свыше 2500 об/мин при диаметре 6–8 мм.

Избыток оборотов в сочетании с недостаточной подачей создает трение в зоне резания без удаления стружки. Мягкие сплавы плохо ломают стружку, особенно при угле наклона канавки менее 30 градусов.

Если угол заточки превышает 140°, инструмент просто трёт, а не режет. При этом осевая нагрузка возрастает и сверло выходит из строя по спирали, начиная с острия.

Для алюминия рекомендуется использовать сверла с углом заточки 118–120°, увеличенной канавкой (шириной не менее 0,2D) и зеркальной полировкой. Такие параметры минимизируют прилипание.

В случае с медью эффективнее работают варианты с увеличенным задним углом — до 16° и больше, что снижает площадь контакта и уменьшает трение.

Особенности латунных сплавов требуют более жесткой подачи — до 0,2 мм/об при диаметре 10 мм. Если уменьшить подачу, начинается трение вместо стружколома.

Из-за низкой прочности материала сверло "засасывает", и при неустойчивом закреплении оно закусывается. Особенно часто это случается при вертикальном сверлении без жесткой опоры или применении ручных дрелей.

Влияние геометрии канавки критично. В случае слишком узкого профиля происходит закупорка, что приводит к разрыву инструмента по длине, начиная от рабочей зоны.

Особенно подвержены такому разрушению сверла длиной более 5D, у которых недостаточная жесткость по продольной оси. При сверлении отверстий глубиной свыше 30 мм в латунных или медных деталях следует использовать промежуточный вывод для очистки от стружки и охлаждения.

Важно учитывать, что из-за высокой теплопроводности цветных металлов зона резания остаётся перегретой даже при визуально невысокой температуре детали. Это ведёт к местному отжигу кромки, особенно у инструментов из Р6М5 без дополнительного покрытия.

Для таких случаев целесообразно применение сверл с титановым или нитрид-алюминиевым слоем. Это увеличивает срок службы в 3–4 раза при сохранении точности обработки.

При сверлении отверстий диаметром до 3 мм нагрузка на торцевую часть особенно высока, и при неравномерном нажатии инструмент уходит в сторону. Малейшее боковое смещение вызывает скол кромки.

Поэтому при диаметрах до 2 мм оправдано использование центровочного предварительного сверла или пинов с фаской. В случае со сплавами меди такая мера снижает число поломок в 2 раза.

Скорость вращения должна быть адаптирована под конкретную марку. Для алюминия серии АД1 оптимальной считается частота 1000–1800 об/мин при диаметре 6–10 мм.

При работе с латунью Л63 — не более 1200 об/мин. При этом подача должна сохраняться на уровне 0,1–0,15 мм/об. Снижение подачи провоцирует трение, перегрев и залипание.

Ошибкой считается использование смазочно-охлаждающей жидкости в слишком большом объеме при работе с медью. Жидкость не успевает удаляться из зоны контакта, и стружка скапливается в канавках, вызывая заедание.

Рациональнее использовать масляный туман с подачей под углом 30–45° к оси вращения. Это снижает налипание и обеспечивает вымывание отходов.

Применение универсальных сверл, предназначенных для сталей, приводит к повышенному износу при контакте с мягкими металлами. У таких инструментов избыточный угол при вершине и недостаточный задний, из-за чего кромка работает в режиме микроскрежета.

Это характерно при резке дюраля толщиной более 3 мм, где недостаток стружколома приводит к завихрению и сколу.

Сложности вызывает и наличие легирующих примесей в мягких металлах. При обработке алюминия марки Д16 с содержанием меди выше 4% резко возрастает абразивность.

Такие сплавы требуют инструмента с повышенной твердостью — HRC не ниже 64. В случае обычной быстрорежущей стали теряется до 60% ресурса за первые 10 минут работы.

Допустимое биение сверла по ГОСТ 10903–77 не должно превышать 0,03 мм для диаметров до 10 мм. При превышении значения усилие на кромку распределяется неравномерно, вызывая локальный перегрев и выкрашивание.

Из-за этого при использовании дешевых патронов с некачественным зажимом происходит микроскачок при контакте. Для устранения нужно использовать цанги ER с биением не выше 0,01 мм.

Неправильный угол наклона сверла к заготовке при ручном вводе приводит к излому. Особенно это критично при работе с листовыми деталями толщиной менее 2 мм.

В таком случае инструмент выламывает металл, а не режет, и происходит заклинивание. Рационально начинать сверление с предварительного накернения керном диаметром 1–1,5 мм, что снижает риск ухода инструмента и преждевременного износа.

При глубоком сверлении — от 8 диаметров и более — необходимо использовать инструмент с дополнительным каналом подачи СОЖ или спиральные сверла с покрытием DLC. Для латуни это позволяет снизить температуру на 60–70°C, что исключает выкрашивание.

При отсутствии такой возможности следует выводить сверло каждые 5–7 мм в глубину для очистки.

Оптимальная твердость сверла для работы с медью и её сплавами — HRC 62–66. При меньших значениях наблюдается деформация кромки, а при превышении — хрупкость.

Именно из-за этого часты случаи поломки у китайских сверл с твердостью 68 и выше, рассчитанных на абразивные материалы, но не пригодных для мягких.

На срок службы влияет и точность балансировки. При дисбалансе свыше 0,01 гмм наблюдается вибрация, приводящая к преждевременному разрушению.

При сверлении вручную для устранения этого следует использовать короткие сверла до 3D длиной. Это снижает вероятность изгиба под нагрузкой.

Применение недопустимо: сверл с микротрещинами, даже если они незаметны. При скорости выше 1000 об/мин они переходят в продольный раскол.

Особенно это часто происходит при использовании повторно заточенного инструмента без шлифовки фаски. Допустимая потеря длины кромки после заточки не должна превышать 10% от первоначального значения.