Свердла з твердого сплаву: вичерпний посібник

Технічна інформація

Склад матеріалу

Твердосплавні свердла виготовляються переважно з карбіду вольфраму, сполуки, відомої своєю надзвичайною твердістю та зносостійкістю. Карбід вольфраму поєднується зі зв'язуючим металом, зазвичай кобальтом, у різних відсотках. Вміст кобальту може коливатися від 3% до 15%, причому нижчий відсоток кобальту призводить до твердіших, але крихкіших свердл, тоді як вищий вміст кобальту забезпечує більшу міцність за рахунок певної твердості. Цей унікальний склад надає твердосплавним свердлам здатність витримувати високі температури та екстремальні сили різання.

Технології покриття

1. Покриття з нітриду титану алюмінію (TiAlN): це популярне покриття для твердосплавних свердел. Покриття TiAlN забезпечують високу зносостійкість і нижче тертя. Під час свердління таких матеріалів, як сталь і чавун, покриття TiAlN може витримувати підвищені температури, що дозволяє використовувати вищі подачі та швидкості різання. Воно також покращує якість отвору з точки зору круглості, прямолінійності та шорсткості поверхні. Наприклад, при свердлінні сталі та чавуну загального призначення твердосплавні свердла з покриттям TiAlN з кутом заточування 140° забезпечують хороше центрування та низьку тягу, а їхні хвилеподібні ріжучі кромки сприяють стабільному крутному моменту та тривалому терміну служби інструменту.

2. Алмазоподібне вуглецеве покриття (DLC): Спеціально розроблені для високопродуктивного свердління алюмінію та алюмінієвих сплавів, твердосплавні свердла з DLC-покриттям надзвичайно тверді та мають дуже низький коефіцієнт тертя. Покриття має чудову адгезійну стійкість. Форма та геометрія канавок цих свердел оптимізовані для максимального видалення стружки, а поліровані канавки покращують контроль та відведення стружки. Оптимізоване стоншення вершини запобігає засміченню внаслідок наварювання стружки, а гладка поверхня запобігає наростанню кромки, що дозволяє високошвидкісне свердління алюмінію з відмінною якістю отвору.

3. Покриття з нітриду алюмінію-хрому (AlCrN): твердосплавні свердла з покриттям AlCrN призначені для обробки сталі та чавуну з високими подачами. Покриття підвищує зносостійкість і зменшує тертя. Ці свердла часто мають унікальну 3-кантову конструкцію, яка забезпечує вищі швидкості подачі порівняно зі звичайними 2-кантовими свердлами, що ще більше покращує якість отвору. Кут вершини 140° забезпечує хороше центрування та низький зусилля, а вдосконалена конструкція з широкими канавками забезпечує кращу евакуацію стружки та довший термін служби інструменту.

Геометрія та особливості дизайну

1. Кут загострення: Поширений кут загострення для твердосплавних свердел становить 140°. Цей кут забезпечує гарне центрування на початку процесу свердління, зменшуючи ймовірність того, що свердло «зійде» або зміститься від центру. Це також допомагає знизити силу тяги, необхідну під час свердління, що корисно при роботі з твердими матеріалами.

2. Форма канавки: Форма канавки твердосплавних свердел ретельно оптимізована. Наприклад, у свердлах, призначених для загального свердління сталі та чавуну, форма канавки оптимізована для міцності та плавного відведення стружки. У свердлах для алюмінію канавки поліруються для покращення контролю та відведення стружки. Кількість канавок також може змінюватися; деякі свердла з високою подачею мають 3-канавкову конструкцію для збільшення швидкості подачі та покращення відведення стружки.

3. Звуження радіуса кінчика: Ця конструктивна особливість покращує здатність свердла до самоцентрування та збільшує можливості стружколомлення. Завдяки звуженню кінчика свердла за допомогою радіуса, воно може легше проникати в заготовку та розбивати стружку на дрібніші, зручніші шматки, запобігаючи засміченню стружки та покращуючи загальний процес свердління.

Застосування​

Аерокосмічна промисловість

1. Свердління титанових сплавів: Титанові сплави широко використовуються в аерокосмічній промисловості завдяки високому співвідношенню міцності до ваги. Твердосплавні свердла є найкращим вибором для свердління цих сплавів. Їхня висока твердість і зносостійкість дозволяють їм різати міцний титановий матеріал, зберігаючи точність. Наприклад, під час свердління отворів для кріплень у каркасах літаків, виготовлених з титанових сплавів, твердосплавні свердла можуть досягти необхідних жорстких допусків, забезпечуючи структурну цілісність літака.

2. Обробка алюмінієвих компонентів: Алюміній – ще один поширений матеріал в аерокосмічній галузі, особливо в крилах та фюзеляжах літаків. Свердла з твердосплавним покриттям DLC ідеально підходять для свердління алюмінію. Вони дозволяють досягати високошвидкісного свердління, що є вирішальним для масового виробництва компонентів. Відмінна якість отворів, яку забезпечують ці свердла, гарантує ідеальне з'єднання компонентів під час складання.

Автомобільна промисловість

1. Свердління в блоках двигунів: Блоки двигунів зазвичай виготовляються з чавуну або алюмінієвих сплавів. Твердосплавні свердла використовуються для свердління отворів для компонентів двигуна, таких як поршні, клапани та масляні канали. Їхня здатність витримувати високі сили різання та підтримувати точність є важливою для забезпечення належної роботи двигуна. Наприклад, під час свердління масляних каналів у чавунних блоках двигунів стійкість твердосплавних свердел до високої температури дозволяє ефективно свердлити без передчасного зносу.

2. Виробництво деталей трансмісії: Деталі трансмісії, часто виготовлені із загартованої сталі, потребують точного свердління для валів шестерень та інших компонентів. Твердосплавні свердла можуть прорізати загартовану сталь, досягаючи необхідних допусків отворів для плавної роботи шестерні. Їхній тривалий термін служби також зменшує час простою у виробництві, що робить їх економічно ефективними для великосерійного автомобільного виробництва.

Виробництво медичних виробів

1. Свердління нержавіючої сталі для хірургічних інструментів: Хірургічні інструменти зазвичай виготовляються з нержавіючої сталі. Для свердління отворів у цих інструментах для таких елементів, як шарніри та точки кріплення, використовуються твердосплавні свердла. Висока точність та чудова обробка поверхні, що забезпечуються твердосплавними свердлами, мають вирішальне значення у виробництві медичних виробів, оскільки будь-які недоліки можуть вплинути на продуктивність та безпеку інструментів.

2. Обробка титанових імплантатів: Титанові імплантати, такі як ендопротези кульшового та колінного суглобів, потребують надзвичайно точного свердління для забезпечення належної посадки та інтеграції з тілом пацієнта. Твердосплавні свердла можуть відповідати цим суворим вимогам, дозволяючи створювати отвори з жорсткими допусками та гладкими поверхнями, що є важливим для успішної імплантації.

Переваги

Висока зносостійкість

Карбід вольфраму в складі твердосплавних свердел забезпечує їм виняткову зносостійкість. Порівняно з традиційними швидкорізальними сталевими свердлами, твердосплавні свердла можуть служити значно довше під час свердління твердих матеріалів. Це означає меншу кількість замін інструментів під час виробництва, що призводить до підвищення продуктивності. Наприклад, на металообробному заводі, де свердлять велику кількість деталей з нержавіючої сталі, використання твердосплавних свердел може зменшити частоту заміни інструменту з одного разу на кілька годин до одного разу на кілька днів, залежно від обсягу свердління.

Вища точність

Свердла з твердого сплаву можуть досягати надзвичайно точних допусків на отвори, часто в межах кількох мікронів. Така точність є вирішальною в тих сферах застосування, де важливими є точне розміщення та розмір отвору, наприклад, у виробництві електронних компонентів та високоточних механічних деталей. Стабільна ріжуча здатність свердл з твердого сплаву, завдяки їхній жорсткій конструкції та оптимізованій геометрії, гарантує, що просвердлені отвори будуть однаково круглими та прямими.

Здатність свердлити тверді матеріали

Як згадувалося раніше, твердосплавні свердла можуть різати широкий спектр твердих матеріалів, включаючи загартовану сталь, титанові сплави та жароміцні сплави. Це робить їх незамінними в галузях промисловості, де такі матеріали зазвичай використовуються. Натомість, свердла зі швидкорізальної сталі можуть мати труднощі або навіть ламатися під час спроби свердління цих твердих матеріалів, що підкреслює перевагу твердосплавних свердел у цих сферах застосування.

Вищі швидкості різання та подачі

Завдяки високій термостійкості та зносостійким покриттям, твердосплавні свердла можуть працювати з вищими швидкостями різання та подачами порівняно з іншими типами свердел. Це призводить до швидшого свердління, що є значною перевагою у великосерійному виробництві. Наприклад, на заводі з виробництва автомобільних деталей використання твердосплавних свердел може скоротити час, необхідний для свердління партії отворів у блоці двигуна, до 50% порівняно з використанням традиційних свердел, що призводить до збільшення виробничої продуктивності.

На завершення, твердосплавні свердла є дуже універсальним та ефективним інструментом у світі обробки та свердління. Їхні передові технічні характеристики, широкий спектр застосування та численні переваги роблять їх кращим вибором для галузей, які вимагають високоякісних, точних свердлильних операцій. Чи то в аерокосмічній, автомобільній промисловості чи виробництві медичного обладнання, твердосплавні свердла продовжують відігравати життєво важливу роль у просуванні інновацій та вдосконаленні виробничих процесів.