Механизированная пробивка отверстий - Инструмент для сверления

3. РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ
Твердосплавный инструмент для образования отверстий и борозд в строительных материалах состоит, как правило, из стального корпуса и вставок (пластинок) твердого сплава. Твердосплавные вставки закрепляются в пазах или гнездах рабочей части корпуса способом пайки. Пайку обычно выполняют припоем из латуни, а в качестве флюса применяется техническая бура. Пайка должна обеспечить прочность паяного шва, от которого зависит и прочность всего инструмента, поэтому она выполняется с соблюдением специальных правил на установках нагрева токами высокой частоты (ТВЧ). Большое влияние на прочность оказывает толщина слоя припоя, определяемая зазором между твердосплавной
пластинкой и корпусом, который должен быть в пределах 0,15—0,25 мм.
Корпус инструмента при работе несет большую нагрузку на скручивание, сжатие и т. п. Поэтому он подвергается закалке, причем его хвостовая часть, предназначенная для соединения с механизмом, закаливается до меньшей твердости.
Большое значение имеет также точность изготовления стального корпуса и точность установки и припайки твердосплавных вставок, так как от этого зависит величина диаметра получаемых отверстий. Поэтому в чертежах на твердосплавный инструмент обычно устанавливается допустимое минимальное радиальное биение рабочих поверхностей инструмента относительно оси вращения, величина которого (обычно десятые доли миллиметра) зависит также и от диаметра инструмента.

Инструмент для сверления.

Инструмент вращательного действия разрушает обрабатываемый материал резанием. Процесс резания имеет ряд преимуществ перед ударным и ударно-вращательным — требуются более простые механизмы, разрушаемый материал эффективно удаляется механически с помощью спиральных канавок на корпусе, твердосплавные вставки не подвергаются значительным ударным нагрузкам, а отверстия получаются более точными по размерам, с гладкими стенками. В то же время основными недостатками являются низкая производительность. при сверлении тяжелых бетонов и необходимость создания значительной силы нажатия на инструмент. Поэтому сверление применяется в основном для образования отверстий в строительных основаниях из кирпича и легких бетонов с малоабразивными наполнителями.
Для просверливания в этих материалах отверстий небольшого диаметра (5—15 мм), например, под распорные крепежные дюбеля, могут служить сверла как перовые с прямыми и косыми пазами, так и спиральные с прямолинейными режущими кромками, оснащенные пластинками твердых сплавов марки ВК6 формы 14 или 17 по ГОСТ 2209-69.

Опыт показывает, что на эксплуатационные свойства инструмента большое влияние оказывает способ удаления из отверстий буровой мелочи. Оказалось, что по этой причине при прочих равных условиях производительность спиральных сверл почти в 3 раза больше производительности перовых. По этой причине перовые сверла, преимуществами которых являются простота конструкции и улучшенное крепление твердосплавной пластинки, могут применяться только для сверления очень неглубоких отверстий (до 50 мм), например при зацентровке (забуривании) для последующего сверления кольцевыми резцами или коронками (рис. 17).
Кроме того, ширина твердосплавной пластинки сверл должна быть несколько больше, чем диаметр корпуса сверла. Благодаря этому при сверлении ручными сверлильными машинами небольшие отклонения от оси не приводят к затираниям и рывкам механизма или заклиниваниям сверла.
Таким образом, наличие спиральных канавок на сверле и незначительное нависание твердосплавной пластинки над головкой сверла в значительной степени помогают погружению сверла в материал и хорошему выносу буровой мелочи при сравнительно небольшом усилии нажатия на электросверлильную машину (рис. 18, табл. 9).


Рис. 17. Первое сверло, оснащенное твердосплавной пластинкой.
1 — корпус; 2 — пластинка.

Рис. 18. Специальные сверла, оснащенные твердосплавными пластинками.
Производительность таких сверл при работе с ручной сверлильной машиной 150—350 мм/мин. На сверление отверстия диаметром 12 мм, глубиной 50 мм в бетоне марки 150 с кирпичным наполнителем в среднем затрачивается 15 с. Стойкость такого сверла, оснащенного сплавом ВК6, до затупления составляет 75—90 отверстий.

Таблица 9 Размеры специальных спиральных сверл с твердосплавными пластинками из сплава марки ВК6

Аналогичную конструкцию имеют спиральные сверла диаметром 6—14 мм для сверления бетона, выпускаемые заводом «Фрезер» им. М. И. Калинина (рис. 19, табл. 10).

Рис. 19. Сверла для сверления бетона конструкции завода «Фрезер».
В отличие от сверл с твердосплавными пластинками, выпускаемыми этим и другими заводами, предназначенными для сверления металлов, сверла для бетона имеют упрощенную заточку и могут оснащаться пластинками из сплава марки ВК6.
Корпуса этих сверл изготовляют из более вязкой и износостойкой стали марки 9ХС.

Таблица 10
Размеры сверл для сверления бетона конструкции завода „Фрезер"

Для сверления отверстий диаметром до 30 мм могут также применяться спиральные сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава марки ВК8 и предназаченные для сверления чугуна, стали и других металлов (рис. 20, табл. 11).

Рис. 20. Сверла, оснащенные пластинками из сплава ВК8.
а — с цилиндрическим хвостовиком; б — со стандартным коническим хвостовиком (конусом Морзе); 1 — корпус; 2— пластинка.
Ширина твердосплавной пластинки у них равна диаметру корпуса. Эти сверла выпускаются в соответствии с ГОСТ 6647-64, а также ГОСТ 22735-77 и ГОСТ 22736-77 (типоразмеры) и ГОСТ 5756-64 (технические требования) и по сравнению с обычными сверлами имеют меньшую длину рабочей части и больший диаметр сердцевины, что способствует лучшему креплению твердосплавной пластинки. Эти сверла имеют два угла наклона винтовой канавки; меньший — на пластинке и больший — на корпусе. Несмотря на то, что угол наклона канавок этих сверл 
меньше, чем у обычных, они обеспечивают хороший выброс буровой мелочи, так как края спиральных канавок (ленточки) скользят о стенки отверстия, образуя замкнутые каналы, по которым из зоны резания выталкивается образуемый при сверлении измельченный строительный материал.

Таблица 11
Размеры спиральных сверл, оснащенных, пластинками из твердого сплава, мм

В то же время из-за трения корпуса и пластинки о стенки отверстия эти сверла быстро изнашиваются по диаметру. Этому способствует меньшая износостойкость твердого сплава ВК8 и стали марки Р9, из которой сделан корпус. Износ сверл по диаметру не восстанавливается при заточке, поэтому указанный недостаток сверл является существенным, особенно для случаев, когда требуется высокая точность просверливаемых отверстий, например для установки распорных крепежных дюбелей.
Для сверления сквозных и глубоких отверстий в кирпичных стенах могут быть использованы сверла из витой буровой стали ромбического сечения с коническим хвостовиком (конус Морзе № 2), оснащенные пластинками из твердого сплава марки ВК6 (рис. 21). Эти сверла имеют диаметр 28 мм и длины 250, 400 и 700 мм. Изготовляются они заводами Главного управления производственных предприятий Минмонтажспецстроя   по ТУ 36-550-67.

Рис. 21. Сверла из витой стали для глубоких отверстий. 1 — корпус; 2 — пластинка.

Украинским научно-исследовательским конструкторско-технологическим институтом синтетических сверхтвердых материалов и инструмента в результате многолетних исследований разработана серия твердосплавного рабочего инструмента для образования отверстий диаметром от 10 до 85 мм в строительных материалах. Разработанный инструмент изготовляется по техническим требованиям ГОСТ 17017-71 на Каменец-Подольском заводе твердосплавного инструмента им. Г. И. Петровского.
Твердосплавные двухлезвийные сверла типов С1 и С2 по ГОСТ 17012-71 предназначены для сверления отверстий в кирпиче и легких бетонах (рис. 22, табл. 12).

Таблица 12 Размеры сверл двухлезвийных по ГОСТ 17012-71, мм

Рис. 22. Двухлезвийные сверла.
а — сверло С1; б — сверло С2; в —штанга для сверла С1; г —штанга для сверла С2; 1 — корпус; 2 — пластинка твердосплавная.
Они выполнены из стали 45 и оснащены пластинками из твердого сплава марки ВК6.
Сверла изготовляются в комплекте со штангами, имеющими спиральные канавки для удаления буровой мелочи. Штанга для сверл С1 изготовляется из бурава И-69 (рис. 22, в). Соединение сверла со штангой резьбовое. Штанги к сверлам С2 изготовляются из витой буровой стали ромбического сечения марки У7 и У8 (рис. 22, г). Для соединения сверла со штангой в ее головке выполнен паз, куда входит прямоугольный выступ сверла, а также отверстие для входа цилиндрического хвостовика сверла. Сверло удерживается от выпадения из штанги с помощью шплинта. Для соединения с электросверлилками штанги имеют хвостовики с конусом Морзе № 1 (для С1) и № 2 (для С2). Сверла с обычными электросверлильными машинами обеспечивают скорость сверления до 200 мм/мин.
При соблюдении рекомендуемых режимов работы стойкость сверл С1 до нормального затупления, гарантируемая стандартом, составляет 15 м (общая длина просверленных отверстий), а стойкость до полной амортизации—100 м при 5—6 повторных заточках. Для сверл С2 гарантируемая стойкость до-затупления равна 20 м, а до полной амортизации—180 м при 10—11 повторных заточках.
В кирпичных стенах и гипсобетонных перегородках часто возникает необходимость высверливания неглубоких гнезд для последующей установки ответвительных коробок, а также коробок и других деталей для выключателей и штепсельных розеток, имеющих наружный диаметр 70 и 100 мм. Для этой цели служат коронки КГС-78 и КГС-108 (рис. 23), которыми высверливаются гнезда диаметром 78 и 108 мм, глубиной до 50 мм. Каждая коронка оснащена несколькими пластинками из твердого сплава ВК6, которые впаяны в пазы на торце штампованного корпуса — стакана и выступают за пределы его стенок как внутрь, так и наружу. В качестве забурника служит стандартное сверло с твердосплавной пластинкой, которое крепится в центре коронки в гнезде хвостовика с помощью болта. Для соединения с электросверлилкой коронка имеет хвостовик — конус Морзе № 2. Такая коронка диаметром 78 мм сверлит гнездо глубиной до 50 мм за 15 с.  После этого образуемый коронкой керн легко удаляется скалыванием. Коронки изготовляются заводами Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя.
Новым типом сверлильного инструмента, который дает возможность сверлить отверстия в железобетоне с перерезанием арматуры диаметром до 6 мм, являются

Рис. 23.  Коронка с центральным сверлом для образования гнезд под коробки для скрытой электропроводки.
1 — корпус; 2 — сверло (забурник); 3 — хвостовик; 4 — пластинка твердосплавная.
кольцевые твердосплавные сверла СК, изготовляемые Каменец-Подольским заводом твердосплавного инструмента по ГОСТ 17013-71 (рис. 24, табл. 13).
Сверление с помощью кольцевых сверл является более производительным и экономичным процессом, чем сверление сверлами со сплошным лезвием "(рабочей гранью), расположенным по диаметру.
Таблица 13
Размеры кольцевых сверл по ГОСТ 17013-71, мм

Кольцевые сверла оснащаются вставками из твердого сплава марки ВК6, которые помимо заднего угла величиной 30° имеют передний отрицательный угол. Это достигается установкой вставки наклонно к оси сверла под углом 10°, чем значительно повышается прочность инструмента. Указанные вставки имеют линзообразную форму, что в свою очередь способствует повышению прочности инструмента.

Таблица 14
Размеры переходных втулок для кольцевых сверл (рис. 24, е), мм

Таблица 15 Размеры переходных втулок для кольцевых сверл (рис. 24, д), мм

Для производительной работы кольцевыми сверлами необходимо принудительное удаление буровой мелочи. С этой целью сверла комплектуются пустотелыми штангами (рис. 24, б).
Корпуса кольцевых сверл и штанги изготовляются из бесшовных холоднотянутых труб. Сверло со штангой соединяется двумя цилиндрическими шипами, вваренными в корпус сверла, которые входят в пазы штанги.
Для соединения штанг со шпинделем электромашины служит переходной хвостовик с конусом Морзе №2 (рис. 24,е). Штанги для сверл диаметром 16, 20 и 25 мм соединяются с хвостовиком при помощи переходных втулок, показанных на рис. 24, г (табл. 14), а для сверл диаметром 32, 40 и 50 мм — на рис. 24, д (табл. 15). Штанга для сверла диаметром"45" мм соединяется с хвостовиком непосредственно. 

а — сверло; б — штанга; в — переходный хвостовик; г — переходная втулка для сверл диаметром 16—25 мм; д — переходная втулка для сверл диаметром 32—50 мм; 1 — корпус; 2 — вставка твердосплавная; з —шип.

Рис. 24. Кольцевое сверло СК со штангой, переходным хвостовиком и втулками.

Для сверления отверстий диаметром свыше 25 мм в точно заданном месте необходима предварительная их центровка на глубину 15—20 мм, которая выполняется забурником (рис. 25). Центральное сверло забурника" оснащено пластинкой твердого сплава ВК6. Забурник может быть использован также для сверления неглубоких отверстий, причем в этом случае принудительное удаление буровой мелочи не требуется.
Алмазные кольцевые сверла отличаются следующими особенностями, определяющими их преимущества: а) рабочая кромка сверла равномерно насыщена большим количеством острых, твердых и износостойких режущих элементов — алмазных включений, которые, выступают за поверхность связки.

Рис. 25. Забурник.
1 — хвостовик (конус Морзе № 2); 2 — кольцевое сверло; 3 — центральное сверло.

Из-за разной интенсивности изнашивания связки и алмазов происходит как бы обновление режущих элементов — самозатачивание. Можно подобрать такие режимы сверления — скорость и силу нажатия на сверло, а также расход промывочной воды, при которых изнашивание алмазов и связки обеспечит постоянное самозатачивание с выступанием алмазов из связки приблизительно на одну треть своего среднего диаметра. При этом производительность стойкость сверл будут наибольшими. При самозатачивании скорость сверления практически не изменяется до полного износа рабочего слоя;
б)      высокая износостойкость алмазов позволяет длительное время сохранять первоначальные размеры сверл и получать отверстия строго цилиндрической формы с точными размерами, что очень важно при применении распорных крепежных деталей;
в)       большое количество острых кромок алмазов в рабочем слое и сравнительно малый срез материала при подаче за один оборот дают возможность сверлить железобетон без нарушения его структуры, с перерезанием арматуры практически любого диаметра, производить врезание сверла в материал и выход из него без  сколов;
г) при сверлении отсутствует выделение пыли и шума, что значительно улучшает условия труда, снижает утомляемость рабочих.
Однако алмазному сверлению присущи и некоторые недостатки. Наибольшая производительность и стойкость обеспечиваются при большей окружной скорости и осевом усилии подачи в сравнении со сверлением или бурением твердосплавным инструментом. Кроме того, при алмазном сверлении должны быть исключены какие-либо перекосы и биения коронок, которые приводят к зашлифовыванию алмазов, разрушению коронок и выходу из строя. Для охлаждения работающей коронки и удаления шлама применяется обязательная промывка рабочей зоны водой, что значительно усложняет условия работы, особенно при отрицательных температурах окружающего воздуха.
С учетом особенностей алмазного сверления разработаны и выпускаются серийно специальные приводы как в виде передвижных напольных станков с электродвигателем, так и в виде ручных электрических и пневматических сверлильных машин. Эти механизмы обеспечивают необходимую окружную скорость и силу подачи. Кроме того, для обеспечения жесткости, -устойчивости и перемещения сверла при его подаче без перекосов на ручных сверлильных машинах имеется специальный опорный фланец («башмак»), прижимаемый к поверхности сверления (стене, полу). К фланцу жестко прикреплены две направляющие колонки (штанги), по которым при осевой подаче перемещается весь механизм со сверлом.
Промывочная вода, подаваемая с помощью специального приспособления внутрь вращающегося сверла, в его рабочую зону, попадает затем в полость опорного фланца и отводится из него через штуцер. Чтобы вода не вытекала, опорная поверхность фланца снабжается резиновой прокладкой либо вокруг фланца располагается резиновый колпак («присос»), являющийся водосборником: заполняя все ее неровности и препятствуя вытеканию использованной воды при работе на потолках и вертикальных стенах.
Для подачи промывочной воды при отсутствии на месте сверления водопровода могут использоваться переносные насосы с электроприводом. Вода при этом используется многократно (по замкнутому циклу), а для сбора отходов сверления (шлама) применяется отстойник с фильтром.

Рис. 26. Алмазное сверло.
1 — коронка; 2 — удлинитель.

Чтобы избежать применения промывочной воды, для охлаждения коронок и удаления отходов сверления может быть применена продувка зоны резания сжатым воздухом (от компрессора) или азотом. Однако стойкость и производительность сверл при этом значительно уменьшаются. Кроме того, сверление сопровождается выделением в рабочей зоне большого количества пыли и мелких частиц бетона. При использовании продувки должны быть изменены как конструкция алмазных сверл, так и режимы сверления.
Основной областью применения алмазного сверления должны быть сквозные отверстия диаметром 40— 120 мм в железобетонных стенах и перекрытиях, причем на нетиповых объектах, где их количество в одном месте достаточно велико.
Для сверления железобетонных конструкций изготовляются кольцевые алмазные сверла типа СКА, состоящие из алмазоносного кольца (матрицы), трубчатого корпуса (коронки) и специального трубчатого удлинителя (рис. 26). Сверла диаметром 20—160 мм выпускаются в соответствии со стандартом СЭВ 135-74 «Сверла алмазные кольцевые для железобетонных конструкций. Основные размеры» (табл. 16). Они имеют длину 350 мм. 
Кроме сверл указанных размеров выпускаются также алмазные сверла диаметров 8, 12 и 16 мм, длиной 250 мм, предусмотренные ТУ 2-037-83-76 Минстанкопрома, трех видов: СКА1 — мягкие — для сверления железобетонных конструкций из бетона марок 250—300, СКА2 —средние—марок 300—500 и СКАЗ — марок выше 500.

Таблица 16
Кольцевые алмазные сверла типа СКА для сверления железобетона по стандарту СЭВ 135-74

Используются главным образом природные алмазы, но могут применяться также и синтетические.
Корпус коронки и удлинитель изготовляются из холоднотянутых бесшовных стальных тонкостенных труб. Матрица с коронкой и коронка с удлинителем соединяются пайкой. При необходимости сверло может быть удлинено припайкой к нему дополнительных трубчатых удлинителей.
Для охлаждения сверл и выноса размельченного материала (шлама) должна применяться промывка рабочей зоны водой при давлении водопроводной сети. Вода для промывки расходуется в количестве 0,3 л/мин на 1 см диаметра сверла.
Соединение сверл разных диаметров со шпинделем приводного механизма осуществляется при помощи комплекта, разжимных втулок, состоящих из конусного разрезного пружинящего кольца (цанги) и зажимной гайки.
Производительность алмазных сверл (скорость сверления) составляет 3—4 см/мин, а стойкость — от 2,5 до 10 м в зависимости от диаметра сверла. Для обеспечения этих показателей следует соблюдать рекомендуемые режимы сверления: окружную скорость — в пределах 2—4 м/с, удельное давление на сверло —в пределах 50—70-105 Па для сверл СК.А1 и 35—50XIО5 Па для сверл СКА2 и СКАЗ. Образуемый после высверливания гнезда керн легко скалывается и удаляется без применения специального инструмента.