Как просто заточить сверло по металлу: секреты мастерства

Как правильно заточить сверло по металлу: пошаговое руководство

• Сверление металла — казалось бы, простейшая операция. Взял сверло, дрель (или станок), зажал, включил, нажал на кнопку... и готово. Ан нет. Любой, кто хоть раз пытался просверлить что-то толще фанеры или мягкого алюминия, знает: тупое сверло делает всю разницу между "ровное отверстие, всё окей" и "криво, косо, сверло застряло, металл в зоне резания аж синий от нагрева, а стенки отверстия будто мятые". Виновато не отверстие, не материал, не станок. Виновато само сверло. Точнее, наше нежелание его подготовить.
• Потому что сверлить — это не просто "вкручивать" сверло в деталь. Это управляемый процесс резания, где инструмент (сверло) должно проникать, а не продавливать или царапать металл. И как любой режущий инструмент, сверло нуждается в грамотной заточке. Сейчас мы расскажем, как это сделать правильно, но для начала — маленькая теория.

Как устроено сверло? Разбираем по винтикам (точнее, по спиралям)

• На первый взгляд, сверло — просто стержень с двумя винтовыми канавками и остриём на конце. На самом деле, в нём каждая часть имеет строгое назначение. Конструктивно сверло делится на три основных зоны:
• Державка (хвостовик) — часть, которая зажимается в патроне дрели, станка или пиноли. Бывает цилиндрической (для обычных патронов) или конусной (конусы Морзе — для более точного и жёсткого крепления в шпинделе станка). Конусную часть перед заточкой лучше снять (если сверло вставляется в обычный патрон), нам она сейчас не важна.
• Перемычка (или поперечная кромка, "душа" сверла) — самая короткая и самая "нелюбимая" часть. О ней поговорим отдельно, она хоть и маленькая, но вред от неё большой, если не подготовлена.
• Рабочая часть (стержень) — всё остальное, а именно: передняя конусообразная часть (вершина сверла, тот самый "носик", который врезается в металл); спиральные канавки (две, реже три или одна — для специальных сверел), идущие вдоль всего стержня. Их задача — удалять стружку из зоны резания. Если канавки забьются — сверло застрянет или сломается; ленточки — узкие полоски (как бы "грани" канавок), идущие вдоль всей длины сверла, прямо от режущих кромок до хвостовика. Ленточки центрируют сверло в отверстии, не дают ему "гулять" в стороны. Вот эта последняя часть (стержень с канавками, ленточками и конусом) и есть главный герой нашей истории. Потому что именно он режет металл.

Заточка режущих кромок: главный этап

• Самый важный параметр любого сверла — угол при вершине (зачастую обозначается 2φ, "два фи"). Для большинства сталей, чугуна, конструкционных сплавов этот угол равен 118–120 градусов. Именно столько, чтобы кромка эффективно резала, а не давила или скоблила поверхность. 
• Представьте профиль сверла сбоку — это выглядит как латинская буква V (или галочка ✓). Вот эти "рога" галочки и есть наши режущие кромки. Длина их должна быть абсолютно одинаковой (иначе сверло будет бить, отверстие получится овальным, а нагрузка на одну кромку возрастет вдвое). 
• Существует 6 основных методов заточки сверл (одинарно-плоскостной, двойной угол, конический, цилиндрический, винтоплоскостной, эвольвентный... звучит сложно, но на практике 99% домашних мастеров и станочников используют самый простой — конический способ).

• По учебникам, если износ режущей кромки составил, допустим, 0,2 мм (уже довольно много, сверло почти "тупое"), то таких подходов нужно сделать не более 6–8 раз (0,2 / 0,03 ≈ 6,67). Итого: минута-две работы, и сверло как новое.
• Контроль длины кромок делаем либо шаблоном (специальная калиброванная пластинка с вырезами под разные углы), либо просто штангенциркулем (даже обычный ШЦ-1 с глубиномером сойдёт). Разница в длине — не более 0,1 мм, идеально — вообще 0.

Задаём правильный задний угол (наклон задней поверхности)

• Когда кромки заточены, нужно сделать так, чтобы именно лезвие (та самая тонкая линия шириной несколько микрон на краю кромки) было выше всей остальной массы металла. Это называется задать задний угол (α, "альфа").
• Если представить профиль заточки сбоку, то идеальная форма — это не просто ровная линия, а небольшой радиус (дуга окружности). Почему? Дело в прочности. Ровная линия (нулевой радиус) теоретически даст самую острую кромку, но она же будет и самой хрупкой. Радиусная форма обеспечивает большую площадь опоры (жёсткость), при этом кромка остаётся достаточно острой.
• На заточных станках с копировальными приспособлениями этот радиус получается сам собой, а вручную просто легкими, касательными движениями (как будто "гладим" металл в сторону от режущей кромки к канавке) получаем нужный профиль. Величина этого радиуса некритична, главное правило: задняя поверхность должна опуститься настолько, чтобы при работе сверла она не касалась стенки отверстия (не терлась о металл). Достаточно 0,1–0,3 мм "просвета".
• Для мелких сверел (до 3 мм диаметром) иногда рекомендуют делать вовсе без радиуса, просто с маленьким прямым наклоном (~7–12° задний угол), но мы настаиваем: радиус красивее и практичнее. Меньше вероятность микросколов.

Перемычка (поперечная кромка): зло или необходимость?

• Вот эта самая короткая часть в центре острия сверла, где сходятся обе режущие кромки, и есть перемычка. По классике, её длина примерно равна 0,1–0,15 диаметра сверла, а угол заточки относительно режущей кромки должен быть около 55 градусов (этот угол называют ψ, "пси").
• Проблема в том, что перемычка в таком виде не режет металл, а выдавливает (скорее, даже мнёт) его. Представьте: скорость вращения огромная, а тут как бы "пятачок" шириной 0,5–1 мм (для сверел Ø6–12 мм) просто давит на материал. Отсюда повышенное трение, нагрев, усилие на подачу возрастает в разы.
• Потому перемычку подтачивают (это называют "подточка поперечной кромки"). Делается очень просто: легкими движениями на заточном круге слегка срезаем заднюю поверхность этой перемычки, тем самым уменьшая её длину и заостряя. Но осторожно!
• Слишком мало — толку нет, сверло всё равно "упирается".
• Слишком много — режущая кромка в этом месте становится слишком тонкой, теряется жёсткость, сверло начинает "гулять", вибрировать.
  Оптимально укоротить перемычку до 0,05–0,08 диаметра сверла. Тогда она начинает уже не давить, а участвовать в резании (как бы "подрезает" центр будущего отверстия).

Секрет больших отверстий: стратегия двух сверел

• Когда нужно просверлить отверстие, скажем, Ø50 мм в толстом металле, никто в здравом уме не берётся делать это "с нуля" сверлом на 50 мм. Это монструозное усилие на станок/дрель, дикий нагрев, сверло может попросту сломаться от скручивания. 

Классическая схема:

• Берём маленькое сверло (Ø8–12 мм, зависит от материала), сверлим пилотное отверстие. Тут перемычка работает почти как надо, металл тонкий, усилие небольшое.
• Затем берём сверло среднего диаметра (Ø18–22 мм), рассверливаем. Вот на этом этапе уже желательно максимально подточить перемычку на этом среднем сверле (оно тонкое, нагрузка небольшая). И только потом берём финишное сверло Ø50 мм.

Заточка ленточек: снимаем лишнее тепло

• Ленточка (в англоязычной литературе "margin" или "land") идёт вдоль всей длины сверла, начинаясь прямо от окончания режущей кромки. Её роль — стабилизировать сверло, не давать ему отклониться от оси, как бы "вести" инструмент по отверстию. Казалось бы, оставь как есть, но есть нюанс.
• Ленточка работает на максимальной линейной скорости (ведь она на самом краю диаметра сверла), а значит, именно тут выделяется больше всего тепла от трения. Если оставить ленточку по всей длине одинаковой ширины (~0,8–1,5 мм в зависимости от диаметра сверла), сверло будет нещадно греться, особенно при работе на высоких оборотах.
• Потому на длине 2–3 мм от начала ленточки (прямо у режущей кромки) делают небольшое сужение (подточка ленточки, "обратный конус"). Ширину ленточки в этом месте уменьшают до 0,3–0,6 мм. Это снижает площадь контакта, трение, соответственно, нагрев падает. Делается одним движением на мелкозернистом круге, буквально чуть коснуться. Не нужно заужать всю ленточку, только самый кончик.

Доводка сверла: последний штрих

• Вот сверло заточено "начерно", режущие кромки есть, углы примерно как надо. Можно сразу сверлить? Можно, но не нужно. Дело в том, что любой абразивный круг (даже самый мелкий, 40–60 мкм зернистостью) оставляет на поверхности металла микроцарапины, риски. 
• Эти риски — будущие концентраторы напряжения. В процессе работы кромка начнёт изнашиваться именно с них, причём очень быстро. Потому последний этап называется доводка (в промышленности это отдельный процесс, иногда даже с полировальными пастами или электрохимией). 
• Проще всего довести сверло на алмазном круге (зерно 1/2 мкм, не крупнее). Не нужно полировать всю заднюю поверхность, хватит узенькой полоски (~0,5 мм шириной) прямо вдоль режущей кромки. 10–15 секунд на сверло, и всё. Почему алмаз? У него твёрдость максимальная (10 по Моосу), значит, он просто "выглаживает" металл, не оставляя царапин.

Важные мелочи, о которых забывают

• Охлаждение обязательно. При заточке сверло легко перегреть (появление синего или жёлтого побежалости на кромке — знак беды). Как только металл побежал — он потерял твёрдость. Для сверел с твердосплавными напайками охлаждение тоже критично: при перегреве напайки могут пойти микротрещинами.
• Биение режущих кромок. В идеале, если вы измерите штангелем (или лучше индикатором часового типа) длину каждой кромки от центра сверла, разница не должна превышать 0,03–0,05 мм. Тогда отверстие получится идеально ровным. 
• Не гонитесь за "идеалом" с первого раза. Проще всего делать по образцу: берёте новое сверло, смотрите профиль, и просто повторяете его форму. Не пытайтесь "улучшить" заводскую заточку, пока не набьёте руку.
• Материал сверла имеет значение. Для мягких сталей (Ст3, 10, 20) одно, для закалённых или нержавейки — другое. Если сверлите вязкие сплавы (алюминий, медь), угол при вершине делают меньше (90–100°), для хрупких (чугун, бронза) — больше (130–140°).

Заточка сверла — не шаманство и не искусство, а точная наука. Главное запомнить три вещи:

• Режущие кромки должны быть одинаковой длины и заточены под правильный угол (118–120° для большинства сталей).
• Задняя поверхность (радиус заточки) должна обеспечивать минимальный зазор, чтобы не тереться о металл.
• Перемычку и ленточки подтачиваем дозированно, не перебарщивая.