Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Свёрла по металлу используются для проделывания отверстий в изделиях из бронзы, чугуна, меди, стали разных марок, металлокерамики и прочих материалов. Для сверления вязкой труднообрабатываемой стали применяются высокопрочные изделия с добавлением кобальта. При работе стружка отводится по двум продольным канавкам. По форме хвостика такие инструменты делятся на три типа:

  • шестигранные,
  • конические,
  • цилиндрические.

Сверло по металлу с коническим хвостовиком при использовании вставляется напрямую в станок. Для шестигранных и цилиндрических хвостовиков необходим специальный патрон.

История с геометрией

Мастера и сегодня для получения квадратного отверстия просверливают круглую дырочку соответствующего диаметра и специальными инструментами продалбливают уголки. Гораздо быстрее и проще выполнить эту операцию можно «квадратным» сверлом Уаттса. Основой его конструкции является треугольник Рёло – фигура, образованная пересечением трёх одинаковых окружностей. Радиусы этих кругов равны стороне правильного треугольника, и его вершины являются центрами окружностей.

1983920.jpg

Фигура носит имя немецкого учёного Франца Рёло, так как он первым детально исследовал свойства полученного треугольника и применял их в своих изобретениях. Однако геометрия треугольника Рёло использовалась в форме окон при строительстве церкви Богоматери в Брюгге ещё в XIII веке. В начале XVI века Леонардо Да Винчи изобразил «карту мира» на четырёх треугольниках Рёло. Эта фигура встречается в его манускриптах и Мадридском кодексе. В XVIII веке треугольник из равных дуг трёх окружностей продемонстрировал известный математик Леонард Эйлер. В 1916 году английский работающий в США инженер Гарри Уаттс разработал и запатентовал фрезу для квадратных отверстий в «плавающем» патроне.

Особенности сверла Уаттса

Уникальное изобретение позволяет получать отверстия почти правильной формы: углы квадрата скруглены небольшим радиусом. Необработанная площадь квадратного отверстия не превышает 2%. Отличительной чертой треугольного сверла Уаттса является то, что при вращении его центр описывает дугообразные эллипсоидные кривые, а не стоит на месте как у традиционного спирального сверла. Вершины треугольника при таком движении вычерчивают квадрат с параллельными идеально ровными сторонами. Патрон для такой фрезы имеет оригинальную, не препятствующую движению, конструкцию.

Устройство и принцип работы

Непосредственно применить фрезу/сверло для квадратных отверстий с профилем треугольника Рело нельзя – необходимы канавки для отвода образующейся стружки.

Поэтому (см. рис. 2) профиль рабочей части инструмента представляет собой вышеописанную фигуру, из которой вырезано три полуэллипса. При этом реализуются три цели: снижаются момент инерции сверла, нагрузки на шпиндель, а также повышается режущая способность фрезы.

princip-raboty-sverla-uattsa.jpg

Рисунок 2 – Фактический профиль рабочей части инструмента

Конструкция инструмента такова. Собственно, рабочая часть включает в себя рабочую поверхность, которой производится съём металла и отводящие стружку канавки. Изготавливается фреза-сверло для квадратных отверстий из стали У8 и закаливается до твёрдости HRC 52…56. При особо тяжёлых условиях эксплуатации используются изделия из легированной стали Х12 с твёрдостью HRC 56…60. При нормальной подаче СОЖ и из-за сравнительно небольших температур в зоне обработки стойкость инструмента – высокая.

Более сложную конструкцию имеет шпиндель-переходник. Он включает в себя:

  1. Корпус.
  2. Зубчатый венец.
  3. Посадочное место под основной шпиндель (если инструмент устанавливается в инструментальной головке металлорежущего станка, то переходник имеет вид конуса Морзе).
  4. Приводной шестерни.
  5. Основного шпинделя.
  6. Шестерни зацепления с зубчатым венцом.
  7. Качающейся втулки.

sverlo-dlya-kvadratnyh-otverstij2.jpg

Для бытовых приспособлений производители фрез/свёрл для квадратных отверстий предлагают накладные рамки, которые соединяются карданной передачей с патроном, и сообщают эксцентрические перемещения режущему инструменту. Толщина такой рамки определяет глубину получаемого отверстия.

Для соединения приспособления с патроном станка необходим ещё специальный переходник. Он состоит из:

Читайте также: Простейший кондуктор для сверления пазов под шканты

  1. Корпуса.
  2. Плавающего хвостовика.
  3. Качающегося кольца.
  4. Сменной втулки под патроны разных металлообрабатывающих станков.
  5. Крепёжных винтов.
  6. Опорных шариков.

Для практического применения рассматриваемого инструмента достаточно придать шпинделю основного оборудования подачу в необходимом направлении. Для изготовления квадратных отверстий с применением такой оснастки пригодны фрезерные протяжные и токарные станки.

Самодельные станки

Самодельный долбежник по дереву, при большом желании изготовить не так сложно. Конечно, он будет сильно уступать заводским аналогам, но со стандартными деревянными изделиями для дачи или дома он вполне справиться, плюс цена такого помощника в разы ниже серийных аналогов.

ruchnaya-freza-dlya-stanka.jpg

Ручная фреза для станка.

Долбежник по дереву удобнее всего делать из ручной фрезы. Конечно, за неимением таковой можно использовать электродвигатель соответствующей мощности или мощную электродрель, но в этих случаях не следует рассчитывать на продолжительную и качественную работу, ведь они не приспособлены к постоянной боковой нагрузке на вал.

malaya-ploschadka-pod-frezu.jpg

Малая площадка под фрезу.

Изначально фрезер жестко крепится в горизонтальном положении. Так в процессе работы нам будет хорошо видно фрезу и сам выбираемый паз. Плюс при горизонтальном уровне хода намного проще сделать серию одинаковых отверстий.

Компоновка узлов, вид сбоку.

За основу берется толстая фанера от 10 мм. Размеры платформы варьируются в зависимости от габаритов вашего фрезера. Инструмент устанавливается строго горизонтально, по уровню, от этого зависит точность производимых работ. Для жесткой фиксации, под ручки фрезера подкладываются два одинаковых бруска, вся конструкция прижимается металлическим штырем, как на фото.

Компоновка узлов, вид сверху.

В принципе таким приспособлением уже можно работать, но регулировать глубину и размеры отверстия придется своими руками. Для обеспечения относительной точности и возможности делать одинаковые детали, понадобится небольшое усовершенствование.

Читайте также:
Окна для бани : деревянные окна, установка окон из бруса, в парной, размеры пластиковых и других окон

Чтобы обеспечить контролируемое поперечное и продольное движение инструмента нужно установить 2 рычага с перпендикулярным направляющим вектором. При условии, что у нас уже есть стационарная станина, нам для обустройства понадобится еще 1 лист фанеры большего размера.

Установка площадок на станину.

На большем листе, позади площадки с фрезером жестко закрепляется брусок с рычагом. На площадке крепится еще один брусок для подвижной фиксации штока. Движение осуществляется через шток между рычагом и площадкой. Таким образом, мы получаем возможность контроля заглубления.

Фиксация бруска струбцинами.

Для обеспечения поперечного движения на станине закрепляется аналогичный рычаг, только теперь он соединяется штоком с большим листом и двигаться будет перпендикулярно. Так как фанера материал тонкий, на большем листе также придется закрепить брусок для штока.

Совершенствовать это приспособление можно путем установления направляющих салазок из тонких деревянных брусков. Вышеуказанный принцип действия можно зеркально перенести на обустройства стола. В этом случае фреза будет базироваться неподвижно, а выборка будет осуществляться за счет движения стола.

Совет: дабы фанера и деревянные бруски хорошо скользили, их можно намазать обычным воском.

Сверление квадратных отверстий. Сверло Уаттса. Треугольник Рёло.

При выполнении различных слесарных и ремонтных работ иногда возникает необходимость выполнить в металлической заготовке отверстие квадратного сечения. Если для получения круглых отверстий используется стандартный набор инструмента, который имеется под рукой у каждого мастера, то для квадратного профиля нужен специфический инструмент.

сверление квадратных отверстий

Конечно, не имея в наличии соответствующего инструмента, можно получить квадратное отверстие высверливанием круглого с последующей ручной обработкой до квадратного профиля. Но такой способ является малопроизводительным, трудоемким и не позволяет получить точные форму и размеры необходимого профиля.

Для получения качественного профиля наиболее часто сверление квадратного отверстия производят с применением сверла Уаттса, работа которого основывается на особенностях перемещения геометрической фигуры, которая называется треугольник Рело. С технической точки зрения такое сверло правильнее называть фрезой. Использовать напрямую с дрелью сверло Уаттса не получится, потребуется дополнительно специальный переходной шпиндель, который обеспечит необходимую траекторию движения инструмента.

О сверле Уаттса и треугольнике Рёло

Сверло Уаттса

Для того чтобы понять, как работает сверло Уаттса, нужно выполнить небольшой экскурс в геометрию. Еще в 15 веке математиков заинтересовали интересные свойства плоских фигур с равной толщиной. Наиболее известной такой фигурой является окружность. Другой простой фигурой из данного ряда является скругленный треугольник.

Данная фигура получается так. За основу берется равносторонний треугольник. Затем из каждой вершины треугольника прочерчивается окружность радиусом равным стороне треугольника. В итоге получится новая фигура с дугообразными сторонами (сморите рисунок ниже).

Принцип треугольника рело

Немного позже ученый Л. Эйлер обратил внимание на интересную траекторию вращения скругленного треугольника. Затем инженер Рело увидел, что при определенном способе вращения фигуры, траектория ее вершин описывает форму очень близкую квадрату. Для этого необходимо производить вращение с некоторым эксцентриситетом. При таком движении лишь во внутренних углах полученного квадрата образуются незначительные скругления. Такой треугольник сегодня известен под названием треугольник Рело.

В начале 20 века английский ученый Уаттс смог изобрести и запатентовать техническое решение, которое бы обеспечило такое движение металлорежущего инструмента, чтобы в итоге в обрабатываемой детали получилось квадратное отверстие. Получившийся в итого инструмент стал носить название сверло Уаттса.

Классификация сверл для квадратных отверстий

В современной металлообработке практически весь режущий инструмент, который применяется для получения квадратных отверстий, работает по принципу вращения треугольника Рело. Сверло Уаттса (или как его еще иногда называют сверло Рело) позволяет получить квадратные отверстия различных размеров в металлических деталях различной толщины. Классифицируют данный инструмент по его размерам, материалу изготовления, конструкцией хвостовика.

Сверло Уаттса по металлу обязательно должно быть изготовлено из быстрорежущей стали. Такой инструмент имеет маркировку HSS (High Speed Steel). Для инструмента отечественного производства применяют инструментальную сталь У10 либо легированные стали Х12 и Х12МФ. Твердость инструмента должна иметь значение от 52 до 60 HRC. Квадратное сверло может иметь различный диаметр в зависимости от размера стороны квадрата.

Отметим, что купить сверло Уаттса довольно непросто. Не стоит ожидать, что его можно будет найти в каждом магазине металлорежущего инструмента. Возможно, придется приобретать его на заказ в крупном магазине инструмента или покупать в интернет магазине.

Особенности сверления квадратных отверстий в дереве

сверло для квадратных отверстий по дереву

В мебельном производстве часто соединение деталей выполняют по системе шип-паз. Это соединение предполагает наличие в комплектуемых деталях пазов квадратного профиля. Для получения отверстий в древесине применяют специальное квадратное сверло по дереву. Оно представляет собой комплект долбежного инструмента. Он состоит из внутреннего сверла по дереву и надеваемого на него долота. Обычно диаметр сверла колеблется в пределах от 6 до 18 миллиметров. Хвостовик обычно идет диаметром 19 миллиметров. Такие комплекты могут быть установлены на долбежно-сверлильные станки.

Принцип действий и конструкция сверла Уаттса

Сверление квадратных отверстий при помощи сверла Уаттса основано на принципе вращательного движения треугольника Рело по специфичной эксцентрической траектории.

Форма сверла не повторяет в точности скругленный треугольник, но своими режущими кромками вписывается в его форму.

Читайте также:
Сальпиглоссис: выращивание из семян, особенности ухода и фото растения

принцип действия треугольника рело

Сверло имеет такую форму вырезов для того, чтобы отводить стружку из рабочей зоны, а также максимально снизить момент инерции инструмента. К тому же уменьшение массы инструмента способствует снижению нагрузок на шпиндель металлорежущего станка, а заостренные кромки повышают режущие возможности сверла.

Кроме сверла Уаттса для работы обязательно понадобится переходной шпиндель, который обеспечит попеременное смещение центра инструмента и задаст нужную для работы траекторию.

сверло рело

Он состоит из переходного крепления для соединения со шпинделем станка, зубчатого венца, приводной шестерни и шестерни зацепления, а также качающихся втулок. Для использования квадратного сверла с бытовым электроинструментом производители выпускают специальные накладные шаблоны с карданной передачей.

Принцип действий и конструкция треугольник Рело

треугольник рело

Треугольник Рело представляет собой плоскую геометрическую фигуру. Она образуется при соединении вершин равностороннего треугольника дугами окружностей, проведенными из каждой вершины этого же треугольника.

Особенность треугольника Рело состоит в том, что при совершении качательного движения его вершины описывают траекторию почти идеального квадрата.

Единственным недостатком такого вращения треугольника Рело является то, что в углах квадрата остаются небольшие скругления.

При необходимости получения квадратного отверстия с внутренними углами 90 градусов его придется доработать. Это можно сделать вручную с помощью напильников и рашпилей либо на долбежных станках.

Альтернативные варианты для проделывания квадратного отверстия

Хотя сверло Уаттса является наиболее производительным и точным инструментом для получения квадратных отверстий, нужно еще рассказать, как просверлить квадратное отверстие другими способами.

Для этого существует несколько неплохих методов. При работе с квадратными сверлами полученное в заготовке отверстие будет иметь закругления небольшого радиуса, которые затем необходимо устранять другими операциями. К тому же, нет возможности работы с деталями значительной толщины.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Отверстия квадратной формы в заготовках или изделиях, выполненных из металла и других материалов, можно получить с помощью режущего инструмента, называемого сверлом для квадратных отверстий. Оно имеет еще одно название – сверло Уаттса. Квадратные отверстия получаются с небольшими закруглениями в углах, которые почти незаметны. Их сверлят, рассверливают и засверливают в металле черном и цветном толщиной не более 16 мм, дереве, фанере и других материалах, включая вещества композитного происхождения. Операция выполняется с помощью дрели, перфоратора или на станках токарных или протяжных. Применяются в промышленности, сельском хозяйстве и быту при изготовлении продукции, ремонте и выполнении поделок собственными руками.

Инструмент для сверления квадратных отверстий

Для сверления квадратных отверстий применяют специальные сверла Уаттса. Они отличаются от обычных инструментов рабочими частями, имеющими особую конструкцию. В ее основе – треугольник Рело.

02_Трегуольник Рело и его свойства.jpg

Изображение №1: треугольник Рело и его свойства

Эта фигура представляет собой пересечение трех равных кругов. Самое важное свойство треугольника Рело заключается в том, что если провести к такому треугольнику пару параллельных опорных прямых, то расстояние между ними будет всегда постоянным. Как видно на рисунке выше, если вращать треугольник Рело по траектории, описываемой 4-мя эллипсоидными дугами, получается квадрат с незначительными скруглениями в углах.

Наработки Рело использовал английский инженер Г. Уаттс. Именно он создал сверло для квадратных отверстий, названное в его честь — сверло Уаттса. Рабочая часть имеет вот такой профиль.

03_Сверло Уаттса и профиль его рабочей части.jpg

Изображение №2: сверло Уаттса и профиль его рабочей части

История появления инструмента

В основе конструкции сверла Уаттса — треугольник Рело. Для получения такой фигуры необходимо начертить равносторонний треугольник и три окружности. Их центры располагаются в углах треугольника, а радиус равен его стороне. В результате получается треугольник со скругленными сторонами. Инженер из Германии Ф.Рело заметил, что при определенных способах вращения у новой фигуры траектория максимально приближена к квадрату.

Треугольник Рело:

В 1916 году Уаттс оформил патент на специальное приспособление. Его техническая разработка обеспечила перемещение сверла таким образом, чтобы гарантированно получать отверстия квадратной формы.

Сверло Уаттса:

Это интересно: Вощина и вальцы для ее производства: делаем своими руками

Особенности применения сверл для квадратных отверстий

Стандартные сверла Уаттса, предназначенные для сверления квадратных отверстий в металле, изготавливают из стали У8. Закалка производится до получения твердости инструментов в пределах от HRC 52 до HRC 56. В тяжелых условиях эксплуатации используют инструменты из легированной стали Х12. Твердость материала варьируется в пределах от HRC 56 до HRC 60.

Самая важная особенность применения этих сверл для квадратных отверстий на производстве и в быту заключается в необходимости использования дополнительных приспособлений для фиксации инструментов и перемещения рабочих частей по вышеописанной траектории.

Что используют на производстве

Для фиксации сверл для квадратных отверстий в металле на станках используют специальные шпиндели-переходники. Они состоят из:

  1. корпусов;
  2. зубчатых венцов;
  3. переходников под основные шпиндели;
  4. приводных шестерней;
  5. шестерней зацепления;
  6. качающихся втулок.

04_Сверление квадратного отверстия в металле на станке.jpg

Изображение №3: сверление квадратного отверстия в металле на станке

Что используют в быту

При использовании дрелей сверла для квадратных отверстий закрепляют при помощи специальных рамок. Их соединяют с патронами карданными передачами. Для этого используют особые переходники, состоящие из:

  1. корпусов;
  2. плавающих хвостовиков;
  3. качающихся колец;
  4. сменных втулок;
  5. опорных шариков;
  6. крепежных винтов.
Читайте также:
Плитка для бассейна: выбор, характеристика, достоинства, процедура отделки

05_Принцип получения квадратных отверстий сверлами Уаттса в домашних условиях с применением обычных дрелей.jpg

Изображение №4: принцип получения квадратных отверстий сверлами Уаттса в домашних условиях с применением обычных дрелей

Как пользоваться?

При использовании сверл Уаттса нет необходимости в специальных станках с насадками. Достаточно обычного станка, если вы планируете работать с металлом. Что касается древесины, взятой в качестве обрабатываемого материала, то для сверления отверстий в ней достаточно обычной дрели, правда, немного усовершенствованной при помощи дополнительных приспособлений.

Для изготовления такого устройства нужно выполнить ряд шагов.

  • В первую очередь нужно обзавестись фанерным листом или деревянной доской, но не очень толстой. Разумеется, понадобится и непосредственно треугольник Рёло с геометрическими параметрами, соответствующими диаметру используемого сверла Уаттса.
  • Произвести жесткую фиксацию сверла на получившемся треугольнике.
  • Для перемещения треугольника с закрепленным сверлом в соответствии с нужной траекторией потребуется деревянная направляющая рамка. Внутри нее вырезается квадратное отверстие, параметры которого такие же, как у того отверстия, что планируется к высверливанию. То, какую толщину имеет рамка, очень важно – она определяет, какой глубины отверстие можно высверлить.
  • Рамку нужно четко зафиксировать в патроне дрели таким образом, чтобы было полное совпадение центра треугольника и оси, по которой вращается патрон электродрели.
  • Вращение сверла должно быть правильным. Для этого оно должно свободно перемещаться вдоль и поперек. Чтобы это обеспечить, необходим передаточный механизм, который и соединит патрон электродрели с хвостовиком насадки. Принцип работы передаточного механизма такой же, какой имеет карданный вал в любом грузовике.
  • Закрепление деревянной заготовки также должно быть тщательным. Располагают ее таким образом, чтобы ось вращения насадки четко совпала с центром планируемого квадратного отверстия.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Конструкция переходника (передаточного механизма) несложная. В ней есть корпус, плавающий хвостовик, специальное качающееся кольцо, крепежные винты и опорные шарики. Особенностью является сменная втулка – она нужна для того, чтобы можно было закрепить патроны различных станков для обработки металла. Сменить насадку можно довольно быстро.

Как только сборка устройства окончена, а каждый элемент зафиксирован, электрическая дрель готова к тому, чтобы начать высверливание. Да, углы отверстия не будут равны 90 градусов, а будут скруглены, но это решаемая проблема. Округлости дорабатываются самым обычным надфилем. Нужно помнить, что подобное устройство применимо для работы по дереву, причем на не слишком толстых его листах. Это связано с тем, что и сама конструкция не очень жесткая.

Сверло Уаттса имеет недостаток – обрабатывать с его помощью материалы, имеющие большую толщину, не получится.

Здесь на помощь мастерам приходит сварочный аппарат или метод штамповки.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Пробойники для отверстий в форме квадрата продаются комплектами различных размеров и толщины. В комплекте есть (помимо самого пробойника) матрица, держатель в форме кольца, ограничивающий элемент, и втулка, с помощью которой направляется пробойник.

Чтобы усилить воздействие на штамп, эффективно использование гидравлического домкрата. Отверстия получаются чистыми, ровными, без зазубрин. Особенно качественными считаются инструменты канадской марки Veritas.

Если вы являетесь обладателем инвертора для сварки, можно просто выжечь отверстие любой формы, в том числе и квадратной, конечно, если речь идет о металле как обрабатываемом материале. Чтобы получить отверстие в виде квадрата, необходимо сначала обзавестись заготовкой. Ею является графитовый квадрат того же размера, какой планируется высверлить. Оптимально использовать графит марки ЭЭГ или МПГ.

Работа начинается с формирования круглого отверстия такого размера, чтобы туда вошла графитовая заготовка. После того как заготовка вставлена и закреплена, ее обваривают по периметру. Далее нужно лишь извлечь графитовый квадрат, после чего произвести зачистку и шлифовку получившегося отверстия.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

О том, как правильно просверлить квадратное отверстие, вы можете узнать из видео ниже.

Это интересно: Бормашины (граверы) для резьбы по дереву: разновидности, особенности, правила выбора

Иные способы получения квадратных отверстий в металле

Кроме обработки заготовок сверлами Уаттса для получения квадратных отверстий в металле используют следующие методы и технологии.

  1. Лазерная резка. Это наиболее эффективный способ получения квадратных отверстий в металле с заданными параметрами. Точность находится на максимальном уровне. Лазерная резка квадратных отверстий производится на сложных и дорогостоящих станках с ЧПУ.
  2. Применение обычных сверл и напильников. Метод выглядит так.
  3. На поверхность заготовки наносят разметку (вычерчивается квадрат).

В углах квадрата при помощи керна намечают центры вспомогательных отверстий.

06_Лазерная резка - наиболее эффективная технология!.jpg

Фотография №2: лазерная резка — самая эффективная технология!

Немного истории с геометрией

Ещё в XV веке легендарный Леонардо да Винчи, изучая свойства геометрических фигур, обратил внимание на так называемые геометрические объекты с равной толщиной. Таких фигур имеется бесконечное множество, но простейшей – помимо окружности — является скруглённый треугольник, который может быть образован следующим образом. Вычерчивается равносторонний треугольник, каждый из углов которого соединяется дугой окружности, проведённой из центра противоположной стороны. Особенностью такого треугольника будет то, что все его стороны будут иметь постоянную ширину, которая равна длине стороны исходного равностороннего треугольника.

Практическую пользу из этого факта извлёк Л. Эйлер, который три века спустя продемонстрировал вращение такого скруглённого треугольника: вначале вокруг собственной оси, а затем – с некоторым эксцентриситетом, благо карданный механизм науке и технике того времени был уже известен.

Ещё дальше в практическом использовании данной фигуры пошёл немецкий инженер Ф. Рело, который обратил внимание на то, что траектория углов движущегося треугольника при определённых способах его вращения весьма близка к квадрату. Лишь непосредственно в углах квадрата внешняя поверхность описывает дугу, впрочем, небольшого радиуса. В современной технической литературе подобный треугольник называют треугольником Рело, хотя никаких углов у данной фигуры фактически уже нет.

фигура рело

Пройдёт ещё несколько десятков лет, и англичанин Г. Уаттс придумает приспособление, которым можно обеспечить гарантированную квадратную траекторию для металлорежущего инструмента. Техническое решение для сверла Уаттса было запатентовано в 1916 году, а через год началось серийное производство таких инструментов.

сверло уаттса

Размерный ряд

Рабочие размеры свёрл по металлу представлены современными производителями в широком диапазоне. ГОСТом предусматривается разделение таких изделий на типы в соответствии определённым размерам.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Серия Короткая Удлинённая Длинная
диаметр, мм 0,3-20 0,3-20 1-20

ГОСТы 4010-77, 886-77 и 10902-77 регламентируют классификацию свёрл по длине и диаметру.

Как сделать квадратное отверстие в толстом металле? Пошаговая инструкция

С формированием круглых отверстий в металлических изделиях вопросов не возникает. Но вот как сделать квадратное отверстие? Способов не так много.

И первое из них использование лазера, второе, что приходит на ум использовать специальные свёрла Уаттса, которые использует принцип треугольника Рёло.

Однако есть ещё один способ.

О сверле Уаттса и треугольнике Рёло

Сверло Уаттса

Для того чтобы понять, как работает сверло Уаттса, нужно выполнить небольшой экскурс в геометрию. Еще в 15 веке математиков заинтересовали интересные свойства плоских фигур с равной толщиной. Наиболее известной такой фигурой является окружность. Другой простой фигурой из данного ряда является скругленный треугольник.

Данная фигура получается так. За основу берется равносторонний треугольник. Затем из каждой вершины треугольника прочерчивается окружность радиусом равным стороне треугольника. В итоге получится новая фигура с дугообразными сторонами (сморите рисунок ниже).

Немного позже ученый Л. Эйлер обратил внимание на интересную траекторию вращения скругленного треугольника. Затем инженер Рело увидел, что при определенном способе вращения фигуры, траектория ее вершин описывает форму очень близкую квадрату. Для этого необходимо производить вращение с некоторым эксцентриситетом. При таком движении лишь во внутренних углах полученного квадрата образуются незначительные скругления. Такой треугольник сегодня известен под названием треугольник Рело.

В начале 20 века английский ученый Уаттс смог изобрести и запатентовать техническое решение, которое бы обеспечило такое движение металлорежущего инструмента, чтобы в итоге в обрабатываемой детали получилось квадратное отверстие. Получившийся в итого инструмент стал носить название сверло Уаттса.

Результат работы

В итоге получилось вполне годное изделие. Размеры соблюдены, внешний вид удовлетворительный. Результат получился достойным.

ОТК изделие приняло

В заключении стоит отметить, что можно изготовить подобное изделие и без использования токарного станка, заместив его обычной машинкой УШМ. Результат, конечно, будет не такой качественный, да и трудозатраты будут значительно больше. Но, что делать, если другого ничего под рукой нет, а квадратное отверстие нужно здесь и сейчас.

Тематическое видео: Как сделать квадратное отверстие — способ №2

Классификация сверл для квадратных отверстий

В современной металлообработке практически весь режущий инструмент, который применяется для получения квадратных отверстий, работает по принципу вращения треугольника Рело. Сверло Уаттса (или как его еще иногда называют сверло Рело) позволяет получить квадратные отверстия различных размеров в металлических деталях различной толщины. Классифицируют данный инструмент по его размерам, материалу изготовления, конструкцией хвостовика.

Сверло Уаттса по металлу обязательно должно быть изготовлено из быстрорежущей стали. Такой инструмент имеет маркировку HSS (High Speed Steel). Для инструмента отечественного производства применяют инструментальную сталь У10 либо легированные стали Х12 и Х12МФ. Твердость инструмента должна иметь значение от 52 до 60 HRC. Квадратное сверло может иметь различный диаметр в зависимости от размера стороны квадрата.

Отметим, что купить сверло Уаттса довольно непросто. Не стоит ожидать, что его можно будет найти в каждом магазине металлорежущего инструмента. Возможно, придется приобретать его на заказ в крупном магазине инструмента или покупать в интернет магазине.

Особенности сверления квадратных отверстий в дереве

В мебельном производстве часто соединение деталей выполняют по системе шип-паз. Это соединение предполагает наличие в комплектуемых деталях пазов квадратного профиля. Для получения отверстий в древесине применяют специальное квадратное сверло по дереву. Оно представляет собой комплект долбежного инструмента. Он состоит из внутреннего сверла по дереву и надеваемого на него долота. Обычно диаметр сверла колеблется в пределах от 6 до 18 миллиметров. Хвостовик обычно идет диаметром 19 миллиметров. Такие комплекты могут быть установлены на долбежно-сверлильные станки.

Постановка задачи

Нужно сквозное отверстие в цилиндре с минимальной погрешностью в размерах

1 Диспозиция следующая. Есть металлическая цилиндрическая заготовка, в ней нужно сделать отверстие под квадратный стержень.

Простой токарный станок

2 Для этого понадобится токарный станок. Отрезной и фрезеровочный диск, а также резец. Для данной задачи использовался резец ВК-8. Также нужен сварочный инвертор.

Принцип действий и конструкция сверла Уаттса

Сверление квадратных отверстий при помощи сверла Уаттса основано на принципе вращательного движения треугольника Рело по специфичной эксцентрической траектории.
Форма сверла не повторяет в точности скругленный треугольник, но своими режущими кромками вписывается в его форму.

Сверло имеет такую форму вырезов для того, чтобы отводить стружку из рабочей зоны, а также максимально снизить момент инерции инструмента. К тому же уменьшение массы инструмента способствует снижению нагрузок на шпиндель металлорежущего станка, а заостренные кромки повышают режущие возможности сверла.

Кроме сверла Уаттса для работы обязательно понадобится переходной шпиндель, который обеспечит попеременное смещение центра инструмента и задаст нужную для работы траекторию.

Он состоит из переходного крепления для соединения со шпинделем станка, зубчатого венца, приводной шестерни и шестерни зацепления, а также качающихся втулок. Для использования квадратного сверла с бытовым электроинструментом производители выпускают специальные накладные шаблоны с карданной передачей.

Принцип действий и конструкция треугольник Рело

Треугольник Рело представляет собой плоскую геометрическую фигуру. Она образуется при соединении вершин равностороннего треугольника дугами окружностей, проведенными из каждой вершины этого же треугольника.

Особенность треугольника Рело состоит в том, что при совершении качательного движения его вершины описывают траекторию почти идеального квадрата.

Единственным недостатком такого вращения треугольника Рело является то, что в углах квадрата остаются небольшие скругления.

При необходимости получения квадратного отверстия с внутренними углами 90 градусов его придется доработать. Это можно сделать вручную с помощью напильников и рашпилей либо на долбежных станках.

Альтернативные варианты для проделывания квадратного отверстия

Хотя сверло Уаттса является наиболее производительным и точным инструментом для получения квадратных отверстий, нужно еще рассказать, как просверлить квадратное отверстие другими способами.

Для этого существует несколько неплохих методов. При работе с квадратными сверлами полученное в заготовке отверстие будет иметь закругления небольшого радиуса, которые затем необходимо устранять другими операциями. К тому же, нет возможности работы с деталями значительной толщины.

Рассмотрим эти методы подробнее:

  • В условиях производства наиболее точным чистовым способом вырезки отверстия квадратного сечения является лазерная резка. Но для этого необходимо иметь в парке оборудования дорогостоящие сложные станки с ЧПУ.
  • Еще одним способом является высверливание в детали круглого отверстия диаметром описанной по квадрату окружности. Затем углы отверстия завариваются при вставленном шаблоне. Этот метод требует наличия сварочного аппарата и соответствующих навыков.
  • В условиях серийного производства при работе с листовым и тонкостенным металлом квадратные отверстия получают методом листовой штамповки. В единичном производстве это не актуально, поскольку требует изготовления вырубных или пробивных штампов.
  • При работе в домашних условиях, если квадратное отверстие нужно не совсем мелких размеров, то просверлить его можно следующим способом. В детали обычным сверлом по металлу выполняют круглое отверстие диаметров вписанной в квадрат окружности. Затем придают воображаемым углам и граням квадрата прямолинейность с помощью напильника и долота.
  • Для работы с металлом небольшой толщины также выпускаются специальные пробойники квадратного сечения. Максимальный их размер составляет 70 на 70 миллиметров.

Порядок выполнения работ

Большое квадратное отверстие

Многие уже догадались, каким будет примерный перечень работ, как только узнали требуемый для работы инструмент.

Идея заключается в следующем. В заготовке продольно формируется прямоугольный рез, шириной соответствующей размеру стороны высверливаемого квадрата. Глубина подбирается с учётом размеров заготовки так, чтобы центр будущего квадрата совпадал с осью цилиндрической заготовки.

Затем сверх пропила устанавливается металлическая перемычка, которую нужно будет обварить.

Для придания изделию товарного вида, его следует обработать после сварки на токарном станке.

Итак, приступим к практике.

Шаг №1 – формирование пропила

Делаем рез шириной размера стороны квадрата

Для резки лучше использовать отрезной диск. Это значительно ускорит работу. Не забываем про масло.

Меняем диск на фрезеровочный, поскольку нужна правильная геометрия квадратного отверстия.

Шаг №2 – формируем перемычку

Помещаем квадратный стержень в проделанный рез. Сверху накладываем металлическую перемычку. В качестве последней используем отрезок аналогичного стержня.

Фиксация заготовки в тисках

С помощью тисков фиксируем подготовленную к сварке заготовку.

Шаг №3 – сварка и первичная обработка

Сварочные работы окончены

Перемычку прихватываем на пару точек и вынимаем из тисков. Хорошенько провариваем конструкцию.

Нужно отжечь сварку

Чтоб не думалось, отжигаем сварочные швы.

Шаг №4 – обработка на токарном

Обработка первой части

Для обработки использовался резец ВК-8. Выставляем заготовку. Для этого пришлось её немного обработать напильником.

Квадратное сверло или как просверлить отверстие квадратной формы разными способами

В некоторых случаях необходимо получить отверстия в форме квадрата. Обычные способы малопроизводительны и тяжелы. Самый примитивный из них сводится к предварительному высверливанию отверстия диаметром, равным вписанной в квадрат окружности, и постепенному его продалбливанию. Потребуется инструмент, который сможет работать без вращения инструментальной головки, а также специальный переходник. Проще воспользоваться так называемым «квадратным» сверлом (сверлом Уаттса), или, точнее, фрезой.
[xyz-ihs snippet=»nachalo»]

Конструктивные особенности и принцип работы квадратных сверл

Для сверления квадратных отверстий применяется специальная насадка для дрели. Эта насадка называется сверлом Уаттса, которая имеет форму треугольника. Главная особенность этой насадки в том, что наконечник в виде треугольника Рёло (назван в честь основателя) имеет область пересечения трех равных кругов.

Именно за счет специальной треугольной формы наконечника фрезы получается квадратная форма проема в поверхности обрабатываемого материала. Принцип получения такой формы отверстия посредством применения треугольного сверла заключается в следующем:

  1. Центр треугольника движется по своей траектории, повторяя при этом движения
  2. Получить такую траекторию удается за счет эллипсоидных дуг в центральной части сверла
  3. Грани треугольника будут перемещаться по аналогичной траектории, повторяя форму квадрата со скругленными гранями

На основании треугольника Рёло была изготовлена специальная насадка, посредством которой можно просверлить круглое отверстие с закругленными углами. Центральные эллипсоидные дуги треугольника — это есть ось, которая не остается на месте, как в случае с обычным круглым сверлом, а перемещается по соответствующей траектории. Главный недостаток применения таких насадок заключается в том, что получаемое отверстие в виде квадрата имеет закругленные углы. Конструкция сверла Уаттса, в основе которого лежит треугольник Рёло, представлена на фото ниже.

Читайте также: Режимы пассивирования алюминиевых сплавов при подготовке поверхности под контактную сварку клеесварных соединений

Высверливание проема осуществляется посредством трех боковых частей, которые имеют заточку. Когда сверло начинает двигаться, центральная часть осуществляет вращательное действие, а боковые грани повторяют качательные движения.

Насадка состоит из хвостовой и рабочей части.

Хвостовик предназначен для закрепления насадки в патроне инструмента, а рабочая часть осуществляет основную работу — высверливает квадратный проем. Рабочая часть состоит из головки (она же называется долотом) и спирали, как на обычном сверле.
Конструктивным элементом сверла также является держатель, который представляет собой оправку.
В этой оправке перемещается сверло, тем самым исключая его хаотичное движение. Оправка имеет отверстие, через которое происходит удаление стружки.

Рабочая часть имеет специальные канавки, предназначенные для отвода стружки из зоны реза. Эти канавки также снижают нагрузку на патрон, тем самым повышая эффективность реза, и уменьшая величину инерции. Принцип работы квадратного сверла показан на видео.

Это интересно!
В отличие от обычных сверл, квадратные насадки испытывают большие нагрузки, поэтому они имеют меньший срок службы. Для увеличения эксплуатационного ресурса рекомендуется при сверлении пользоваться специальными жидкостями. Эти жидкости не только обеспечивают охлаждение, но еще и снижают величину трения, тем самым исключая быстрое притупление граней сверла Уаттса.

Немного истории с геометрией

Ещё в XV веке легендарный Леонардо да Винчи, изучая свойства геометрических фигур, обратил внимание на так называемые геометрические объекты с равной толщиной. Таких фигур имеется бесконечное множество, но простейшей – помимо окружности — является скруглённый треугольник, который может быть образован следующим образом. Вычерчивается равносторонний треугольник, каждый из углов которого соединяется дугой окружности, проведённой из центра противоположной стороны. Особенностью такого треугольника будет то, что все его стороны будут иметь постоянную ширину, которая равна длине стороны исходного равностороннего треугольника.

Практическую пользу из этого факта извлёк Л. Эйлер, который три века спустя продемонстрировал вращение такого скруглённого треугольника: вначале вокруг собственной оси, а затем – с некоторым эксцентриситетом, благо карданный механизм науке и технике того времени был уже известен.

Ещё дальше в практическом использовании данной фигуры пошёл немецкий инженер Ф. Рело, который обратил внимание на то, что траектория углов движущегося треугольника при определённых способах его вращения весьма близка к квадрату. Лишь непосредственно в углах квадрата внешняя поверхность описывает дугу, впрочем, небольшого радиуса. В современной технической литературе подобный треугольник называют треугольником Рело, хотя никаких углов у данной фигуры фактически уже нет.

фигура рело

Пройдёт ещё несколько десятков лет, и англичанин Г. Уаттс придумает приспособление, которым можно обеспечить гарантированную квадратную траекторию для металлорежущего инструмента. Техническое решение для сверла Уаттса было запатентовано в 1916 году, а через год началось серийное производство таких инструментов.

сверло уаттса

Классификация сверл для квадратных проемов

Название «квадратное сверло» происходит от того, какую форму отверстия насадка способна просверлить. Внешне такие сверла имеют вид треугольника (наконечник), но с их помощью удается получать проемы квадратной формы. Классифицируются рассматриваемые насадки по ряду следующих признаков:

  1. Тип рабочего материала — это может быть древесина, металл или пластик
  2. Материал, из которого изготовлена насадка. В зависимости от того, в каком материале необходимо получить квадратный проем, насадки изготавливаются из легированной, углеродистой или быстрорежущей стали
  3. Тип производства насадок — они бывают двух видов: цельные и составного типа. Составные насадки имеют шарнирный (карданный) хвостовик, посредством которого снижается нагрузка на патрон инструмента. Сегодня карданные насадки встречаются крайне редко

Как просверлить квадрат в древесине

Квадратные сверла отечественного производства выпускаются с соблюдением стандартов ГОСТ 886-77, ГОСТ 4010-77 и ГОСТ 10902-77. Однако большой популярностью пользуются сверла зарубежного производства, которые изготавливаются с соблюдением соответствующих стандартов. Маркировка указывается на хвостовой части фрезы, где представлена такая информация, как диаметр, материал изготовления и наименование компании.

Картинки

В филь­ме «Круг­лый тре­уголь­ник Ре­ло» рас­ска­зы­ва­ет­ся о фигу­рах, об­ла­да­ю­щих по­сто­ян­ной ши­ри­ной. Имен­но тре­уголь­ник Ре­ло — про­стей­шая фигу­ра по­сто­ян­ной ши­ри­ны — по­мо­жет нам в свер­ле­нии квад­рат­ных от­вер­стий. Ес­ли дви­гать по некой тра­ек­то­рии, то его вер­ши­ны вы­чер­тят по­чти квад­рат, а сам он за­ме­тёт всю пло­щадь внут­ри по­лу­чен­ной фигу­ры.

Гра­ни­цы по­лу­чен­ной фигу­ры, за ис­клю­че­ни­ем неболь­ших ку­соч­ков по уг­лам, бу­дут стро­го пря­мы­ми! И ес­ли про­дол­жить от­рез­ки, тем са­мым до­ба­вив уго­лоч­ки, то по­лу­чит­ся в точ­но­сти квад­рат.

Для то­го, чтобы по­лу­чи­лось опи­сан­ное вы­ше, центр тре­уголь­ни­ка Ре­ло нуж­но дви­гать по тра­ек­то­рии, яв­ля­ю­щей­ся склей­кой из че­ты­рех оди­на­ко­вых дуг эл­лип­сов. Цен­тры эл­лип­сов рас­по­ло­же­ны в вер­ши­нах квад­ра­та, а по­лу­оси, по­вёр­ну­тые на угол $45^circ$ от­но­си­тель­но сто­рон квад­ра­та, рав­ны $kcdot(1+1/sqrt3)/2$ и $kcdot(1-1/sqrt3)/2$, где $k$ — дли­на сто­ро­ны вы­чер­чи­ва­е­мо­го квад­ра­та.

Кри­вые, скруг­ля­ю­щие уг­лы, так­же яв­ля­ют­ся ду­га­ми эл­лип­сов с цен­тра­ми в уг­лах квад­ра­та, их по­лу­оси по­вёр­ну­ты на угол $45^circ$ от­но­си­тель­но сто­рон квад­ра­та и рав­ны $kcdot(sqrt3+1)/2$ и $kcdot(1/sqrt3-1)/2$.

Выбор фрезы под сверление квадратных проемов

Какие трудности могут возникнуть при выборе сверла под квадратное отверстие? Казалось бы, что никаких трудностей вовсе не возникнет. Нужно только прийти в магазин, и сообщить продавцу размер и форму проема, который необходимо получить в итоге. При покупке долбежной фрезы понадобится уделить внимание следующим техническим параметрам:

  1. Производитель — рассматриваемые устройства изготавливают все современные фирмы, причем не только отечественные, но и зарубежные. Цены таких сверл отличаются в зависимости от того, кто является производителем. Не всегда высокая стоимость товара говорит о его качестве, поэтому выбирать необходимо в зависимости от того, как часто планируете пользоваться насадкой. Если часто, то лучше отдать предпочтение изделиям производителя Rapid. Китайские насадки стоят дешевле, поэтому для продолжительного применения они не рассчитаны
  2. Длина сверла — зависит от того, какой глубины проем необходимо получить в итоге. Наиболее распространенные варианты фрез по длине от 160 до 225 мм
  3. Размер квадратного отверстия — все зависит от поставленной задачи. Насадки в зависимости от размера оправки имеют соответствующие параметры. Надо понимать, что это один из главных параметров. Долото насадки всегда имеет меньший диаметр, чем размер оправки
  4. Тип хвостовика — на этот параметр важно обратить внимание, так как закрепить сверло с конусным хвостовиком в патроне дрели не получится
  5. Предназначение — в зависимости от того, какой материал планируется обрабатывать — сталь или древесину. Для стальных заготовок применяются изделия из высоколегированной и быстрорежущей стали, а для древесины выпускаются насадки из углеродистой стали

Размер сверла d, мм B, мм L, мм C, мм D, мм E, мм
6х6 4 45 160 115 6 19
8х8 5,7 50 205 135 8 19
10х10 6,8 50 205 140 10 19
12х12 9,5 70 210 140 12 19

На основании вышеуказанных параметров следует выбирать сверла под квадратные проемы. Для начала определитесь с размером необходимого отверстия, а также его шириной.

Это интересно!
Для сверления квадратных отверстий в металлических заготовках рекомендуется использовать специализированное оборудование. Дрелью можно просверлить проем в деревянной детали, но с обязательным применением держателя.

Как просверлить квадратное отверстие дрелью или инструкция по изготовлению держателя

Сверла для квадратных отверстий отличаются от обычных насадок. Причем отличие заключается не только в конструкции, но и особенностях применения фрез. Если надо проделать квадратный проем в деревянной или металлической заготовке, то для этого понадобится воспользоваться специальной долбежной фрезой. Она предназначена для работы совместно со специальными инструментами — сверлильные станки. Для реализации задачи также можно воспользоваться обычной дрелью.

Перед тем, как сверлить квадратные отверстия дрелью, понадобится изготовить специальное приспособление — держатель, посредством которого осуществляется фиксация оправки к инструменту. Если пришлось купить сверло для квадратных отверстий такого типа, как показано на фото ниже, то просверлить проем с его помощью дрелью без специального приспособлений невозможно.

Связано это с тем, что оправка должна упираться непосредственно в сам патрон. Хвостовик насадки имеет удлиненную конструкцию, поэтому обеспечить эффективное сверление отверстия не удастся, если оправка не будет зафиксирована в просверливаемой поверхности. Чтобы просверлить дрелью квадратный проем, необходимо изготовить держатель для дрели своими руками. Внешний вид самодельного держателя показан на фото ниже.

Держатель для дрели под квадратные сверла

За счет этого приспособления можно просверлить квадратное отверстие, используя обычную дрель или перфоратор с цанговым трехкулачковым патроном. Чтобы самостоятельно изготовить держатель, понадобится воспользоваться подручными средствами, а именно:

  • Металлические трубки, внутренние диаметры которых зависят от размера используемого инструмента и насадки
  • Стальные пластинки толщиной не менее 4 мм
  • Болты, гайки и рукоятка от дрели или болгарки

Принцип изготовления держателя на дрель для сверления квадратных отверстий имеет следующий вид:

    Первоначально изготавливается кронштейн для насадки. Используя две трубки разных диаметров, необходимо их соединить, получив тем самым деталь, как показано на фото ниже

Подробный процесс описания по изготовлению приспособления под квадратные фрезы представлен в видео материале.

Такое приспособление исключает необходимость применения специальных дрелей, и позволяет просверлить квадратное отверстие необходимого размера. Недостаток такого приспособления в том, что крепежный хомут для оправки необходимо менять в зависимости от используемого диаметра сверла.

Как просверлить квадратное отверстие без специального сверла

Чтобы просверлить проем квадратной формы в материале, вовсе не обязательно для этого использовать специальное сверло. До того, как появились специальные насадки, мастера пользовались простым проверенным способом. Этот способ заключается в использовании обычных сверл по металлу или по дереву (в зависимости от того, какой материал необходимо обрабатывать). Если возникла потребность сверления квадратного отверстия, но при этом отсутствует специальное сверло, то реализовать процесс можно следующим способом:

  1. Первоначально нужно нанести разметку будущего квадрата на поверхности материала
  2. После этого на углах разметки керном наметить точки, по которым осуществляется сверление круглых отверстий
  3. После высверливания сквозных отверстий по периметру разметки необходимо воспользоваться сверлом такого диаметра, чтобы удалить внутреннюю часть путем высверливания
  4. Далее остается только поработать напильником, чтобы выровнять углы получившегося квадрата

Эта процедура вовсе не трудная, но занимает много времени. Однако она является отличной альтернативой квадратным сверлам, после применения которых также не избежать применения напильника, чтобы выровнять углы. Этот метод получения квадратных проемов очень популярен, и применяется даже сегодня. Если нужно быстро сделать в заготовке квадратное отверстие, то надо просверлить первоначально круглое отверстие, а затем воспользоваться напильником, обточив грани, и получив при этом нужную форму.

Это интересно!
Достоинство этого метода в том, что таким способом можно получить квадратные проемы разных размеров. Чтобы просверлить квадратные проемы разных размеров специальными сверлами, понадобится иметь в распоряжении насадки соответствующих параметров.

Бытовые сверла для сверления квадратных отверстий

Для сверления квадратных отверстия в домашнем хозяйстве можно приобрести специальное сверло с накладной рамкой. Сверла с такими рамками называют бытовыми, так как они предназначены непосредственно для сверления проемов дрелью или перфоратором, то есть, бытовых электроинструментов.

Рамка представляет собой оправку, которая исключает хаотичное движение сверла. С патроном сверло соединяется при помощи карданной передачи, что исключает увеличение нагрузки, приходящейся на патрон инструмента. Размер рамки говорит о глубине получаемого отверстия, поэтому чем больше внутреннее отверстие оправки, тем большего размера получается квадратная форма. Рамка соединяется с корпусом дрели или перфоратора посредством специального стального хомута.

Это интересно!
Для изготовления рассматриваемых фрез применяется сталь марки У8, которая подвергается закалке до показателя твердости 52-56HRC. Для работы с высокопрочными материалами применяется легированная сталь Х12, которая проходит термическую обработку, и закаливается до 56-60HRC.
В завершении стоит отметить, что если возникла необходимость получить квадратное отверстие в заготовке, то сделать это можно без применения специальных фрез. В этом вопросе помогут обычные сверла и напильник. Однако если стоит вопрос о необходимости частого сверления квадратных отверстий в большом количестве, то здесь поможет только специальная насадка, закрепленная в патроне инструмента.

Определения качества по цвету

Качество сверла по любому материалу определяется прежде всего по его цвету:

Квадратное сверло или как просверлить отверстие квадратной формы разными способами

Это сверло для квадратных отверстий еще называется долото, долбежная насадка, она предназначена для сверлильных станков. В этой статье я расскажу вам, как это сверло нужно устанавливать и как просверлить квадратное отверстие.

Для начала давайте вспомним, что такое паз. Паз – это квадратное или прямоугольное отверстие, сделанное в каком-либо материале, чаще всего в дереве. Паз и шип – одно из самых известных соединений с момента появления столярного дела. Практически любое изделие имеет в своей конструкции такое соединение.

Конструктивные особенности и принцип работы квадратных сверл

Для сверления квадратных отверстий применяется специальная насадка для дрели. Эта насадка называется сверлом Уаттса, которая имеет форму треугольника. Главная особенность этой насадки в том, что наконечник в виде треугольника Рёло (назван в честь основателя) имеет область пересечения трех равных кругов.

Именно за счет специальной треугольной формы наконечника фрезы получается квадратная форма проема в поверхности обрабатываемого материала. Принцип получения такой формы отверстия посредством применения треугольного сверла заключается в следующем:

  1. Центр треугольника движется по своей траектории, повторяя при этом движения
  2. Получить такую траекторию удается за счет эллипсоидных дуг в центральной части сверла
  3. Грани треугольника будут перемещаться по аналогичной траектории, повторяя форму квадрата со скругленными гранями

На основании треугольника Рёло была изготовлена специальная насадка, посредством которой можно просверлить круглое отверстие с закругленными углами. Центральные эллипсоидные дуги треугольника — это есть ось, которая не остается на месте, как в случае с обычным круглым сверлом, а перемещается по соответствующей траектории. Главный недостаток применения таких насадок заключается в том, что получаемое отверстие в виде квадрата имеет закругленные углы. Конструкция сверла Уаттса, в основе которого лежит треугольник Рёло, представлена на фото ниже.

Высверливание проема осуществляется посредством трех боковых частей, которые имеют заточку. Когда сверло начинает двигаться, центральная часть осуществляет вращательное действие, а боковые грани повторяют качательные движения.

Насадка состоит из хвостовой и рабочей части.

Хвостовик предназначен для закрепления насадки в патроне инструмента, а рабочая часть осуществляет основную работу — высверливает квадратный проем. Рабочая часть состоит из головки (она же называется долотом) и спирали, как на обычном сверле.
Конструктивным элементом сверла также является держатель, который представляет собой оправку.
В этой оправке перемещается сверло, тем самым исключая его хаотичное движение. Оправка имеет отверстие, через которое происходит удаление стружки.

Рабочая часть имеет специальные канавки, предназначенные для отвода стружки из зоны реза. Эти канавки также снижают нагрузку на патрон, тем самым повышая эффективность реза, и уменьшая величину инерции. Принцип работы квадратного сверла показан на видео.

Это интересно!
В отличие от обычных сверл, квадратные насадки испытывают большие нагрузки, поэтому они имеют меньший срок службы. Для увеличения эксплуатационного ресурса рекомендуется при сверлении пользоваться специальными жидкостями. Эти жидкости не только обеспечивают охлаждение, но еще и снижают величину трения, тем самым исключая быстрое притупление граней сверла Уаттса.

Немного истории с геометрией

Ещё в XV веке легендарный Леонардо да Винчи, изучая свойства геометрических фигур, обратил внимание на так называемые геометрические объекты с равной толщиной. Таких фигур имеется бесконечное множество, но простейшей – помимо окружности — является скруглённый треугольник, который может быть образован следующим образом. Вычерчивается равносторонний треугольник, каждый из углов которого соединяется дугой окружности, проведённой из центра противоположной стороны. Особенностью такого треугольника будет то, что все его стороны будут иметь постоянную ширину, которая равна длине стороны исходного равностороннего треугольника.

Практическую пользу из этого факта извлёк Л. Эйлер, который три века спустя продемонстрировал вращение такого скруглённого треугольника: вначале вокруг собственной оси, а затем – с некоторым эксцентриситетом, благо карданный механизм науке и технике того времени был уже известен.

Ещё дальше в практическом использовании данной фигуры пошёл немецкий инженер Ф. Рело, который обратил внимание на то, что траектория углов движущегося треугольника при определённых способах его вращения весьма близка к квадрату. Лишь непосредственно в углах квадрата внешняя поверхность описывает дугу, впрочем, небольшого радиуса. В современной технической литературе подобный треугольник называют треугольником Рело, хотя никаких углов у данной фигуры фактически уже нет.

фигура рело

Пройдёт ещё несколько десятков лет, и англичанин Г. Уаттс придумает приспособление, которым можно обеспечить гарантированную квадратную траекторию для металлорежущего инструмента. Техническое решение для сверла Уаттса было запатентовано в 1916 году, а через год началось серийное производство таких инструментов.

сверло уаттса

Классификация сверл для квадратных проемов

Название «квадратное сверло» происходит от того, какую форму отверстия насадка способна просверлить. Внешне такие сверла имеют вид треугольника (наконечник), но с их помощью удается получать проемы квадратной формы. Классифицируются рассматриваемые насадки по ряду следующих признаков:

  1. Тип рабочего материала — это может быть древесина, металл или пластик
  2. Материал, из которого изготовлена насадка. В зависимости от того, в каком материале необходимо получить квадратный проем, насадки изготавливаются из легированной, углеродистой или быстрорежущей стали
  3. Тип производства насадок — они бывают двух видов: цельные и составного типа. Составные насадки имеют шарнирный (карданный) хвостовик, посредством которого снижается нагрузка на патрон инструмента. Сегодня карданные насадки встречаются крайне редко

Как просверлить квадрат в древесине

Квадратные сверла отечественного производства выпускаются с соблюдением стандартов ГОСТ 886-77, ГОСТ 4010-77 и ГОСТ 10902-77. Однако большой популярностью пользуются сверла зарубежного производства, которые изготавливаются с соблюдением соответствующих стандартов. Маркировка указывается на хвостовой части фрезы, где представлена такая информация, как диаметр, материал изготовления и наименование компании.

Размерный ряд

Рабочие размеры свёрл по металлу представлены современными производителями в широком диапазоне. ГОСТом предусматривается разделение таких изделий на типы в соответствии определённым размерам.

Серия Короткая Удлинённая Длинная
диаметр, мм 0,3-20 0,3-20 1-20

ГОСТы 4010-77, 886-77 и 10902-77 регламентируют классификацию свёрл по длине и диаметру.

Выбор фрезы под сверление квадратных проемов

Какие трудности могут возникнуть при выборе сверла под квадратное отверстие? Казалось бы, что никаких трудностей вовсе не возникнет. Нужно только прийти в магазин, и сообщить продавцу размер и форму проема, который необходимо получить в итоге. При покупке долбежной фрезы понадобится уделить внимание следующим техническим параметрам:

  1. Производитель — рассматриваемые устройства изготавливают все современные фирмы, причем не только отечественные, но и зарубежные. Цены таких сверл отличаются в зависимости от того, кто является производителем. Не всегда высокая стоимость товара говорит о его качестве, поэтому выбирать необходимо в зависимости от того, как часто планируете пользоваться насадкой. Если часто, то лучше отдать предпочтение изделиям производителя Rapid. Китайские насадки стоят дешевле, поэтому для продолжительного применения они не рассчитаны
  2. Длина сверла — зависит от того, какой глубины проем необходимо получить в итоге. Наиболее распространенные варианты фрез по длине от 160 до 225 мм
  3. Размер квадратного отверстия — все зависит от поставленной задачи. Насадки в зависимости от размера оправки имеют соответствующие параметры. Надо понимать, что это один из главных параметров. Долото насадки всегда имеет меньший диаметр, чем размер оправки
  4. Тип хвостовика — на этот параметр важно обратить внимание, так как закрепить сверло с конусным хвостовиком в патроне дрели не получится
  5. Предназначение — в зависимости от того, какой материал планируется обрабатывать — сталь или древесину. Для стальных заготовок применяются изделия из высоколегированной и быстрорежущей стали, а для древесины выпускаются насадки из углеродистой стали

Размер сверла d, мм B, мм L, мм C, мм D, мм E, мм
6х6 4 45 160 115 6 19
8х8 5,7 50 205 135 8 19
10х10 6,8 50 205 140 10 19
12х12 9,5 70 210 140 12 19

На основании вышеуказанных параметров следует выбирать сверла под квадратные проемы. Для начала определитесь с размером необходимого отверстия, а также его шириной.

Это интересно!
Для сверления квадратных отверстий в металлических заготовках рекомендуется использовать специализированное оборудование. Дрелью можно просверлить проем в деревянной детали, но с обязательным применением держателя.

Как просверлить квадратное отверстие дрелью или инструкция по изготовлению держателя

Сверла для квадратных отверстий отличаются от обычных насадок. Причем отличие заключается не только в конструкции, но и особенностях применения фрез. Если надо проделать квадратный проем в деревянной или металлической заготовке, то для этого понадобится воспользоваться специальной долбежной фрезой. Она предназначена для работы совместно со специальными инструментами — сверлильные станки. Для реализации задачи также можно воспользоваться обычной дрелью.

Перед тем, как сверлить квадратные отверстия дрелью, понадобится изготовить специальное приспособление — держатель, посредством которого осуществляется фиксация оправки к инструменту. Если пришлось купить сверло для квадратных отверстий такого типа, как показано на фото ниже, то просверлить проем с его помощью дрелью без специального приспособлений невозможно.

Связано это с тем, что оправка должна упираться непосредственно в сам патрон. Хвостовик насадки имеет удлиненную конструкцию, поэтому обеспечить эффективное сверление отверстия не удастся, если оправка не будет зафиксирована в просверливаемой поверхности. Чтобы просверлить дрелью квадратный проем, необходимо изготовить держатель для дрели своими руками. Внешний вид самодельного держателя показан на фото ниже.

Держатель для дрели под квадратные сверла

За счет этого приспособления можно просверлить квадратное отверстие, используя обычную дрель или перфоратор с цанговым трехкулачковым патроном. Чтобы самостоятельно изготовить держатель, понадобится воспользоваться подручными средствами, а именно:

  • Металлические трубки, внутренние диаметры которых зависят от размера используемого инструмента и насадки
  • Стальные пластинки толщиной не менее 4 мм
  • Болты, гайки и рукоятка от дрели или болгарки

Принцип изготовления держателя на дрель для сверления квадратных отверстий имеет следующий вид:

    Первоначально изготавливается кронштейн для насадки. Используя две трубки разных диаметров, необходимо их соединить, получив тем самым деталь, как показано на фото ниже

Подробный процесс описания по изготовлению приспособления под квадратные фрезы представлен в видео материале.

Такое приспособление исключает необходимость применения специальных дрелей, и позволяет просверлить квадратное отверстие необходимого размера. Недостаток такого приспособления в том, что крепежный хомут для оправки необходимо менять в зависимости от используемого диаметра сверла.

Как просверлить квадратное отверстие без специального сверла

Чтобы просверлить проем квадратной формы в материале, вовсе не обязательно для этого использовать специальное сверло. До того, как появились специальные насадки, мастера пользовались простым проверенным способом. Этот способ заключается в использовании обычных сверл по металлу или по дереву (в зависимости от того, какой материал необходимо обрабатывать). Если возникла потребность сверления квадратного отверстия, но при этом отсутствует специальное сверло, то реализовать процесс можно следующим способом:

  1. Первоначально нужно нанести разметку будущего квадрата на поверхности материала
  2. После этого на углах разметки керном наметить точки, по которым осуществляется сверление круглых отверстий
  3. После высверливания сквозных отверстий по периметру разметки необходимо воспользоваться сверлом такого диаметра, чтобы удалить внутреннюю часть путем высверливания
  4. Далее остается только поработать напильником, чтобы выровнять углы получившегося квадрата

Эта процедура вовсе не трудная, но занимает много времени. Однако она является отличной альтернативой квадратным сверлам, после применения которых также не избежать применения напильника, чтобы выровнять углы. Этот метод получения квадратных проемов очень популярен, и применяется даже сегодня. Если нужно быстро сделать в заготовке квадратное отверстие, то надо просверлить первоначально круглое отверстие, а затем воспользоваться напильником, обточив грани, и получив при этом нужную форму.

Это интересно!
Достоинство этого метода в том, что таким способом можно получить квадратные проемы разных размеров. Чтобы просверлить квадратные проемы разных размеров специальными сверлами, понадобится иметь в распоряжении насадки соответствующих параметров.

Бытовые сверла для сверления квадратных отверстий

Для сверления квадратных отверстия в домашнем хозяйстве можно приобрести специальное сверло с накладной рамкой. Сверла с такими рамками называют бытовыми, так как они предназначены непосредственно для сверления проемов дрелью или перфоратором, то есть, бытовых электроинструментов.

Рамка представляет собой оправку, которая исключает хаотичное движение сверла. С патроном сверло соединяется при помощи карданной передачи, что исключает увеличение нагрузки, приходящейся на патрон инструмента. Размер рамки говорит о глубине получаемого отверстия, поэтому чем больше внутреннее отверстие оправки, тем большего размера получается квадратная форма. Рамка соединяется с корпусом дрели или перфоратора посредством специального стального хомута.

Это интересно!
Для изготовления рассматриваемых фрез применяется сталь марки У8, которая подвергается закалке до показателя твердости 52-56HRC. Для работы с высокопрочными материалами применяется легированная сталь Х12, которая проходит термическую обработку, и закаливается до 56-60HRC.
В завершении стоит отметить, что если возникла необходимость получить квадратное отверстие в заготовке, то сделать это можно без применения специальных фрез. В этом вопросе помогут обычные сверла и напильник. Однако если стоит вопрос о необходимости частого сверления квадратных отверстий в большом количестве, то здесь поможет только специальная насадка, закрепленная в патроне инструмента.

Определения качества по цвету

Качество сверла по любому материалу определяется прежде всего по его цвету:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: