Свердло для квадратних отворів. Відкриття рело і уаттса.

Пройде ще кілька десятків років, і англієць Г. Уаттс придумає пристосування, яким можна забезпечити гарантовану квадратну траєкторію для металорізального інструменту. Технічне рішення для свердла Уаттса було запатентовано в 1916 році, а через рік почалося серійне виробництво таких інструментів.

Свердло або фреза?

Більшість технічної громадськості вважає, що все-таки фреза. Проте, виробники вперто продовжують називати даний інструмент свердлом для квадратних отворів, свердлом Уаттса або свердлом, профіль якого відповідає трикутнику Рело.

Що правильніше? Якщо звернутися до кінематики переміщення такого ріжучого інструменту (для наочності можна скористатися схемою, наведеної на рис. 1, то можна виявити, що знімання металу буде проводитися тільки бічною поверхнею, причому площин різання буде не одна, як у звичайного свердла, а чотири, що більш властиво фрез.

Однак одного крутного руху для отримання квадратного отвору буде недостатньо. Прості математичні обчислення (в даній статті не наводяться) показують: для того, щоб «свердло» для квадратного отвору виконувало свою функцію, воно повинно при роботі описувати не тільки основний рух обертання ріжучої кромки, а й рух, що гойдає свердла / фрези навколо деякої осі. Обидва рухи повинні проводитися у взаємно протилежних напрямках.

Малюнок 1 - Трикутник Рело: а) - построеніе- б) послідовність обертання для отримання отвори квадратної форми.

Кутова швидкість обох обертань визначається досить просто. Якщо за параметр f прийняти частоту обертів вала дрилі (або перфоратора), то для коливальних обертань шпинделя навколо власної осі достатня швидкість в 0,625f. У цьому випадку вісь шпинделя як би затискається між робочим валом і приводним колесом, змушуючи свердло / фрезу коливатися в затискному пристосуванні із залишковою швидкістю

(1 - 0,625) f = 0,375f.

Більш точно результуючу швидкість обертання фрези можна встановити, користуючись технічними характеристиками дрилі / перфоратора, але ясно, що вона буде набагато нижчою за ту, на яку спочатку був розрахований інструмент. Тому отримання квадратного отвору буде відбуватися з меншою продуктивністю.

Пристрій і принцип роботи

Безпосередньо застосувати фрезу / свердло для квадратних отворів з профілем трикутника Рело можна - потрібні канавки для відводу утворюється стружки.

Тому (див. Рис. 2) профіль робочої частини інструменту представляє собою вищеописану фігуру, з якої вирізане три напівеліпса. При цьому реалізуються три мети: знижуються момент інерції свердла, навантаження на шпиндель, а також підвищується ріжуча здатність фрези.

Малюнок 2 - Фактичний профіль робочої частини інструменту

Конструкція інструмента така. Власне, робоча частина включає в себе робочу поверхню, якої виробляється знімання металу і відводять стружку канавки. Виготовляється фреза-свердло для квадратних отворів зі сталі У8 і гартується до твердості HRC 52 ... 56. При особливо важких умовах експлуатації використовуються вироби з легованої сталі Х12 з твердістю HRC 56 ... 60. При нормальній подачі МОР і через порівняно невеликих температур в зоні обробки стійкість інструменту - висока.

Більш складну конструкцію має шпиндель-перехідник. Він включає в себе:

1. Корпус.
2. Зубчастий вінець.
3. Посадочне місце під основний шпиндель (якщо інструмент встановлюється в інструментальній головці металорізального верстата, то перехідник має вигляд конуса Морзе).
4. Приводної шестерні.
5. Основного шпинделя.
6. Шестерні зачеплення із зубчастим вінцем.
7. Хитається втулки.

Для побутових пристосувань виробники фрез / свердел для квадратних отворів пропонують накладні рамки, які з`єднуються карданної передачею з патроном, і повідомляють ексцентричні переміщення ріжучого інструменту. Товщина такої рамки визначає глибину одержуваного отвори.

Для з`єднання пристосування з патроном верстата необхідний ще спеціальний перехідник. Він складається з:

1. Корпуси.
2. Плаваючого хвостовика.
3. Хитається кільця.
4. Змінної втулки під патрони різних металообробних верстатів.
5. Кріпильних гвинтів.
6. Опорних кульок.

Для практичного застосування розглянутого інструмента досить надати шпинделя основного обладнання подачу в необхідному напрямку. Для виготовлення квадратних отворів із застосуванням такого оснащення придатні фрезерні протяжні і токарні верстати.

Альтернативні способи отримання квадратних отворів

Недоліком свердел Уаттса вважається наявність радісних дуг в кутах квадрата, що не завжди прийнятно. Крім того, свердла для квадратних отворів, виготовлені з використанням трикутника Рело, не можуть вести обробку заготовок великої товщини. У таких випадках можна використовувати електроерозійні / лазерні технології, а також - що простіше - застосувати зварювання або штампування.

Комплекти пробійників для квадратних отворів випускаються в асортименті поперечних розмірів до 70 70 мм в металі товщиною до 12 ... 16 мм. У комплект входять:

• Пуансонодержатель під пробійник.
• Напрямна втулка.
• Кільцевій обмежувач ходу.
• Матриця.

Для силового впливу на пробійник можна використовувати гідравлічний домкрат. Пробитий отвір вигідно відрізняється чистотою отриманих крайок, а також відсутністю задирок. Подібний інструмент виготовляється, зокрема, торговою маркою Veritas (Канада).

При наявності в домашньому господарстві зварювального інвертора квадратний отвір в сталевої деталі можна пропалити. З цією метою в заготівлі попередньо свердлиться (з запасом) круглий отвір, потім туди вставляється необхідних розмірів квадрат з графіту марок ЕЕГ або МПГ, після чого обварюється по контуру. Графіт витягується, а у виробі залишається квадратний отвір. Його, при необхідності, можна зачистити і прошлифовать.