Сверление квадратных отверстий. Сверло Уаттса. Треугольник Рёло.

О том, как просверлить отверстие круглой формы, знает практически каждый, а про сверло для квадратных отверстий известно далеко не всем. Между тем просверлить отверстие квадратной формы можно как в изделиях из мягкой древесины, так и в более твердых металлических деталях. Для решения такой задачи используются специальные инструменты и приспособления, принцип действия которых основан на свойствах простейших геометрических фигур.

Сверло Уаттса

О сверле Уаттса и треугольнике Рёло

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.

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.

Закрепляем держатель втулки

После того, как вы сняли старый патрон, начинайте устанавливать оборудование из набора.

Сначала нужно установить другой патрон, из набора.

Вернув головку эжектора в утопленную позицию, плавным движением надавите патроном вверх, чтобы конус зафиксировало в шпиндельной бабке. Для этого вставьте конус в отверстие и крутите до тех пор, пока не почувствуете, как ход стал туже. Если патрон выпадет, когда вы уберете руку, повторите это действие еще раз.
Когда патрон с конусом встанет на место, ударьте по нему один раз молотком. Когда этот шаг будет завершен, патрон должен работать без малейшего постороннего движения. Закрепляем держатель втулки.
После того, как установите новый патрон, просто наденьте на него держатель втулки и затяните верхнюю ручку. Когда вы выполните этот пункт, отметьте на какой высоте бабки шпинделя крепится держатель. Если закрепить его слишком высоко, то вы просто не сможете вставить сверло в патрон.

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.

Способы удлинения инструмента, их особенности

Большинство способов увеличения длины изделия представляют собой крепление к его хвостовику удлинителя. Выбирать определенный метод следует, исходя из диаметра инструмента, наличия вспомогательного оборудования, а также желаемой конечной его длины.

Наиболее распространенные способы:

изготовление фаски на хвостовике и удлинителе с последующим обвариванием. Далее осуществляется зажим в шпинделе с одной стороны, фиксация центром с другой, а затем протачивание;
просверливание отверстия в удлинителе с диаметром, равным диаметру хвостовика инструмента, затем дальнейшее сваривание элементов;
крепление при помощи резьбы. Способ похожий с предыдущим, однако при этом в отверстии удлинителя, на поверхности инструмента, делается резьба, с помощью которой происходит фиксация компонентов;
соединение «ласточкин хвост». На торце удлинителя изготавливается паз, а на торце сверла – шип соответствующей формы, при помощи которых элементы соединяются, а после припаиваются;
использование металлического либо деревянного «чопика», что подходит для использования в бытовых дрелях, однако позволяет увеличить длину лишь на небольшое значение. Для этого элемент помещается в патрон дрели, а затем в него вставляется сверло, вылет которого становится больше за счет использования «чопика».

При удлинении инструмента следует помнить, что деталь, используемую как удлинитель, следует выбирать чуть меньшего диаметра, нежели сверло. Кроме того, работая преобразованным изделием, следует скорректировать режимы резания при сверлении.

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.

1 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.

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

3 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

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

Рез отфрезерован

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

Шаг №2 – формируем перемычку

Примерка перемычки

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

Фиксация заготовки в тисках

2 С помощью тисков фиксируем подготовленную к сварке заготовку.