Корончатое сверло – это полый цилиндрический инструмент, предназначенный для создания отверстий в стальных сплавах и цветных металлах. Его конструкция позволяет эффективно удалять металл по краю образуемого отверстия, при этом оставляя центральную часть материала невредимой, что делает этот инструмент уникальным в своей категории.
Тех. информация
HSS (High Speed Steel) – это обширная группа быстрорежущих сталей, используемых для производства множества различных режущих инструментов. Наиболее часто HSS сталь применяется для изготовления сверл, фрез, метчиков и плашек, реже – для производства ножей и пильных полотен. Стали данного типа относятся к высокоуглеродистым, и в их составе нередко присутствуют значительные пропорции вольфрама. Как правило, инструменты, изготовленные из HSS-стали, достигают твердости в диапазоне 62-64 HRC.
Одним из основных преимуществ HSS сталей по сравнению с твердосплавными инструментами является их прочность и относительно низкая стоимость. Поэтому HSS показывает высокую эффективность при прерывистом резании. Однако важно отметить, что применение HSS ограничено низкими скоростями резания, если сравнивать с твердосплавными материалами.
В конце 19 века, как за границей, так и у нас, HSS стали с высоким содержанием вольфрама (до 18%) начали использоваться в первой половине века. Первые упоминания о применении кобальтовых сталей были зафиксированы в Германии в 1912 году, а в 1930 году в США была введена молибденовая сталь.
Характеристики HSS сталей
HSS стали классифицируются на три основные группы:
- Вольфрамовые стали (Т);
- Молибденовые стали (М);
- Высоколегированные быстрорежущие стали.
Сегодня вольфрамовые стали практически не используются из-за высокой стоимости вольфрама и его ограниченности в природе. Наиболее распространенными формами являются сталь общего назначения Т1, а также сталь, содержащая ванадий и кобальт T15, которая предназначена для инструментов, эксплуатируемых в условиях высоких температур и подверженных значительному износу.
Молибденовые стали характеризуются молибденом в качестве главного легирующего элемента, хотя часто содержат равные или большие пропорции вольфрама и кобальта. Стали с повышенным содержанием ванадия и углерода обладают высокой стойкостью к абразивному износу. Серия сталей, начиная от М41, отличается высокой твердостью и красностойкостью при высоких температурах. Молибденовые стали также находят применение для изготовления инструментов, работающих в «холодных» условиях, таких как накатные плашки и вырезные штампы. В таких случаях HSS стали закаливают при более низких температурах с целью повышения ударной вязкости.
Режущий инструмент, сделанный на основе вольфрама (W), обладает полезным свойством – красностойкостью, позволяющей ему сохранять остроту и твердость при температурах до 530°C. Кобальт еще более увеличивает эти свойства в HSS сталях.
Общие характеристики HSS сталей
HSS сталь используется для создания инструментов, предназначенных для высокоскоростной обработки металлических заготовок. Быстрорежущая сталь обладает отличными эксплуатационными качествами, которые выделяют ее среди углеродистых аналогов и твердых сплавов.
Высокоскоростные режимы резания
Инструменты, изготовленные из HSS, могут применяться для высокоскоростной обработки различных материалов без повреждений и деформаций, особенно в прерывистых режимах резания. Это единственный вид стали, который может эффективно работать при таких условиях.
Сопротивление к механическим воздействиям и разрушению
Быстрорежущая сталь в значительно меньшей степени подвержена хрупкому разрушению, что часто наблюдается у материалов высокой твердости. Этот показатель определяется как при изгибе призматических образцов, так и при медленно наращивающихся и резких нагрузках. Чем выше значение сопротивляемости, тем большую скорость подачи инструмента и глубину резания можно использовать.
Горячая твёрдость при нагреве
В нормальных условиях углеродистая сталь обладает более высокой твердостью, чем HSS. Однако во время обработки металлической заготовки происходит значительная теплоотдача, что может запустить процессы снижения прочности. Для углеродной стали температурный порог теплостойкости составляет около 200 градусов С, тогда как HSS сталь может сохранять свои свойства при температурах от 500 до 600 градусов.
Красностойкость 4 часа
Одним из ключевых достоинств быстрорежущих сталей является их красностойкость. Этот параметр указывает, в течение какого времени сталь остается прочной при воздействии высоких температур. Благодаря легирующим и функциональным добавкам, таким как кобальт, хром, вольфрам, молибден и ванадий, HSS стали способны выдерживать температуры до 600-650 градусов в течение 4 часов, сохраняя все физико-механические свойства.
Особенности изготовления и термообработки HSS сталей
При производстве быстрорежущих сталей используется несколько технологий, с особым акцентом на процесс проковки. Качество материала во многом определяется степенью проковки; недостаточная проковка может привести к явлению карбидной ликвации.
Для повышения эксплуатационных свойств и характеристик HSS стали подлежат обязательной термической обработке с использованием трех основных методов:
- Отжиг. Этот процесс помогает устранить внутренние натяжения в материале, улучшает обрабатываемость сплава и способствует последующей закалке.
- Закалка. это шаг, который увеличивает красностойкость стали. Материал, как правило, закаливают при температуре порядка +1300 градусов, поскольку превышение этой отметки может приводить к образованию оплавлений и увеличенной зернистости. Температура закалки строго контролируется для достижения максимальной точности.
- Отпуск. Этот процесс включает цикличное охлаждение до температуры 550-560 градусов, с интервалом отпуска около 60 минут.
Комментарий: Инструмент, выполненный из HSS стали, широко используется для обработки металлических заготовок на высоких скоростях.
Материалы для изготовления корончатых сверл с твердосплавными напайками TCT
Твердосплавные напайки изготавливаются из карбида вольфрама, тантала, кобальта и титана. Сплавные материалы производятся методом литья, далее обрабатываются на прессах и проходят термообработку. Спеченные напайки из порошковой металлургии дополняются ультразвуковой обработкой и травлением. Результат такой комплексной обработки – высококачественные напайки с твердостью до 90 HRC, способные работать при температурах до 1150 °C.
Существует несколько видов сплавов для твердосплавных напаек корончатых сверл TCT:
- Однокарбидные (ВК). Такие сплавы состоят из карбидов вольфрама (88-97%) и кобальта (3-10%), иногда с добавлением карбида тантала (2%). Они могут быть обычными, мелкозернистими и особо мелкозернистими (с танталом), что делает их подходящими для обработки твердых металлов и резания при высоких температурах.
- Двухкарбидные (ТК). В состав данных сплавов входит карбид кобальта (66-85%), обеспечивающий основные характеристики материала. Состав также включает карбид титана (5-30%), который уменьшает адгезию к стружке, и карбид вольфрама (4-12%), что увеличивает твердость.
- Трехкарбидные (ТТК). Эти твердосплавные пластины состоят из карбидов вольфрама (67-85%) с добавками карбидов кобальта (6-12%), титана (3-10%) и тантала (2-14%). Они выделяются повышенной устойчивостью к износу и максимальной плотностью структуры.
- Безвольфрамовые (ТН). Составы на основе карбонитрида или карбида титана с никелем или молибденом в качестве связующего материала.
Производители зачастую указывают лишь общее обозначение корончатого сверла — T.C.T, не указывая конкретный сплав. Для сверления чаще всего применяются однокарбидные твердосплавные пластины ВК, которые являются универсальными и могут быть использованы с большинством материалов.
Сравнение свойств, преимуществ и недостатков сплавов корончатых сверл HSS и TCT
Твердость
Менее твердые. Подходят для обработки низколегированных и конструкционных сталей, а также цветных металлов.
Более твердые. Оптимально подходят для работы с высоколегированными сталями, титановыми сплавами и другими сложными металлами.
Хрупкость и прочность
Менее хрупкие. Возможность обработки неровной поверхности, сварочных швов, наплывов и разнородных материалов.
Хрупкие. Нежелательны любые ударные нагрузки, как во время работы, так и при транспортировке и хранении.
Срок службы и возможность заточки
При условии соблюдения нормального использования, предотвращении значительного износа, перегрева и повреждений, можно затачивать неограниченное количество раз.
Хотя теоретически возможно заточка твердосплавных корончатых сверл, на практике это ограничивается размерами накладываемой пластины.
Скорость обработки
Нормальные. Скорость сверления не всегда критична, поскольку с учетом времени на установку станка разница составляет менее 10%.
Высокая. Скорость обработки в два раза выше, чем при использовании HSS, что значительно важно для серийного производства.
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ)
Использование СОЖ желательно, однако некоторые твердосплавные сплавы могут использоваться без СОЖ при соблюдении оптимальных режимов.
Для стандартных сверл небольших диаметров (до 30 мм) HSS окажется более бюджетным вариантом. С диаметром сверл от 60 мм HSS может быть более дорогим. Разница в цене в значительной степени зависит от количества металла, потерянного в процессе производства сверла.
Твердосплавные сверла, как правило, стоят дороже. Однако для сверл увеличенной длины использование HSS становится более затратным. Так, инструментальная сталь является более доступной по цене, поэтому длина рабочей части не оказывает заметного влияния на конечную стоимость сверла.
Маркировка
HSS – это общепринятая маркировка для быстрорежущих сталей. HSS Co – обозначение для видов сталей, содержащих кобальт. Такие стали показывают твердость в диапазоне 63 до 67 HRC и обладают антикоррозионными и кислотостойкими свойствами, что делает их идеальными для создания инструментов большого диаметра и дисковых фрез. Они могут успешно использоваться для резки чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминия и его сплавов.
При детальном изучении маркировок можно выделить несколько значений:
- HSS-R – указывает на более низкую выносливость сверла;
- HSS-G – обозначает, что режущая часть подверглась обработке кубическим нитридом бора, что улучшает выносливость сверла;
- HSS-E – сталь с содержанием кобальта, используемая для обработки сложных материалов;
- HSS-G TiN – инструменты с поверхностью, обработанной составом, содержащим нитрид титана;
- HSS-G TiAlN – инструмент с покрытием из нитрида с добавлением алюминия и титана;
- HSS-E VAP – маркировка сверла, предназначенного для резки нержавеющей стали.
Внутренние производители используют альтернативные маркировки. В них часто присутствуют буквы М и Т, следуемые номерами (например, М1).
Советы по выбору
Для выбора подходящего сверла важно учитывать несколько ключевых моментов.
- Изучите характеристики материала и возможности сверла, чтобы инструмент соответствовал требованиям работы.
- Обратите внимание на цвет изделия. Он может свидетельствовать о способе обработки металла.
- Стальной цвет указывает на отсутствие термообработки;
- Желтый цвет свидетельствует об обработке, направленной на устранение внутренних напряжений в материале;
- Ярко-золотой оттенок говорит о наличии нитрида титана, что повышает износостойкость;
- Черный цвет означает, что металл был подвергнут обработке горячим паром.
- Изучите маркировку, чтобы получить информацию о типе стали, диаметре и твердости.
- Узнайте о производителе инструмента и, при возможности, проконсультируйтесь со специалистами.
- Заранее изучите процесс заточки инструмента.
Часто сверла поставляются наборами с различными диаметрами. При выборе такого инструмента следует четко понимать, для каких задач оно вам нужно и насколько много различных вариантов может понадобиться.
В пакетах обычно присутствуют как наиболее часто используемые, так и менее востребованные инструменты.
Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как самостоятельно изготовить приспособление для заточки сверла на болгарке.
Крепление в инструменте — хвостовик
Сверла по металлу могут использоваться в сочетании с дрелями, шуруповертами и сверлильными станками. Часть, которая фиксируется в патроне, может иметь различную форму в зависимости от типа используемого инструмента.
Хвостовики сверл по металлу могут быть следующими:
- Цилиндрические – наиболее распространенная форма. Они совместимы с ключевыми и быстрозажимными патронами дрелей и шуруповертов. Однако в условиях значительных нагрузок или при ослабленной фиксации такой хвостовик может проскальзывать в патроне из-за своей округлой формы.
- Шестигранные – предназначены для работы с инструментами, имеющими посадочный размер ¼ дюйма. Их фиксация в патроне более надежна по сравнению с цилиндрическими хвостовиками.
- Конические – выполнены в виде усеченного конуса и применяются на сверлильных станках. Подбор соответствия может быть несколько сложен: необходимо учитывать диаметр, длину и особенности конструкции держателя.
Размер сверла
При работе с металлом ключевыми параметрами являются длина и диаметр сверла. У спиральных сверл указывается как общая длина, так и рабочая. У зенкеров указывается максимальная ширина, а у ступенчатых сверл – количество ступеней и их диаметр.
Направление реза
Большинство сверл по металлу предназначены для правостороннего реза. Однако существуют и инструменты с левым резом, которые используются для высверливания застрявшего или ломкого резьбового крепежа. Левый рез предотвращает прокручивание сверла во время работы.
Сверла по металлу должны изготовляться из материала, обладающего большей твердостью, чем материал заготовки, что достигается за счет применения специально подобранных сталей и их обработки.
HSS-G – быстрорежущая сталь, обладающая серебристым цветом. Рекомендуется для сверления таких материалов как серый чугун, металлокерамика, медь и твердый пластик.
HSS-Co – обозначает содержание кобальта в составе сплава, который значительно увеличивает ресурс сверла. Эти сверла идеально подходят для работы с нержавеющими, улучшенными и сверхпрочными сталями.
HSS-Tin – указывает на наличие защитного покрытия из нитрида титана, которое уменьшает нагрев при сверлении и тем самым увеличивает срок службы изделия. Подходит для работы с металлокерамическими изделиями, чугуном, медью, бронзой и алюминием.
