Как выбрать сверло для ЧПУ: HSS, твердосплав или корпусное

Выбор сверла для станка с ЧПУ — это не просто поиск инструмента нужного диаметра. От правильного выбора зависят производительность станка, стойкость инструмента, качество отверстия и, что особенно важно для серийного производства, себестоимость обработки.

Сегодня для сверления металлов применяются различные типы инструмента: сверла из быстрорежущей стали HSS, монолитные твердосплавные сверла, корпусные сверла со сменными твердосплавными пластинами и сверла со сменными твердосплавными головками.

Для упрощения навигации, можете воспользоваться простым меню по основным аспектам статьи:

1. Как выбрать сверло: с чего начать
2. HSS-сверла
3. Монолитные твердосплавные сверла
4. Корпусные сверла и сменные пластины
5. Сверла со сменной головкой
6. Охлаждение и СОЖ
7. Материал и жесткость системы
8. Как считать стоимость
9. Как подобрать и FAQ

Какое сверло выбрать?

Начинать подбор необходимо с диаметра требуемого отверстия. Именно этот параметр в первую очередь определяет, какой тип конструкции имеет смысл рассматривать. После этого необходимо учитывать глубину сверления, материал детали, возможности станка, условия охлаждения, отвод стружки и требуемую производительность.

В каталоге АТМ Технолоджи представлены различные решения для обработки отверстий на станках с ЧПУ — от быстрорежущих сверл YG-1 до монолитных твердосплавных и корпусных сверл.

Какие типы сверл рассматриваются в статье

В этой статье мы рассматриваем выбор между четырьмя наиболее распространенными типами инструмента:

• сверлами из быстрорежущей стали HSS;

• монолитными твердосплавными сверлами;

• сверлами со сменными твердосплавными головками;

• корпусными сверлами со сменными твердосплавными пластинами.

Наша задача — определить, какой тип сверла в принципе лучше соответствует конкретной производственной задаче. При этом выбор конкретной модели внутри каждого типа — отдельный вопрос.

Для каждого типа сверл существуют различные исполнения под конкретные материалы, диаметры, глубины сверления, способы подачи СОЖ и требования к производительности. Поэтому недостаточно просто определить, например, что для операции необходимо монолитное твердосплавное сверло. После этого необходимо выбрать конкретную геометрию, покрытие, длину рабочей части, вариант подачи СОЖ и другие параметры.

То же самое относится к HSS-сверлам, корпусным сверлам и сверлам со сменными головками.

В этой статье мы рассматриваем именно выбор между типами сверл. Подробный выбор конкретного исполнения для определенного материала и условий обработки будет рассмотрен в отдельных специализированных статьях.

В дальнейшем в этом разделе будут опубликованы материалы:

• Как выбрать HSS-сверло для конкретного материала

• Как выбрать монолитное твердосплавное сверло

• Как выбрать корпусное сверло и сменные пластины

• Как выбрать сверло со сменной твердосплавной головкой

Ссылки на отдельные статьи будут активированы после их публикации.

Глубокое сверление и трепанирующие сверла

При этом мы сознательно не рассматриваем подробно специфическую тему глубокого сверления и трепанирующие сверла.

Глубокое сверление представляет собой самостоятельную и достаточно объемную технологическую тему, в которой необходимо отдельно рассматривать особенности отвода стружки, подачи СОЖ, устойчивости инструмента и применения специальных циклов обработки.

Трепанирующие сверла встречаются сравнительно редко на станках с ЧПУ, поскольку их применение в автоматическом режиме связано с дополнительными технологическими ограничениями и требует специальной организации процесса.

Поэтому в данной статье основное внимание уделено наиболее распространенным типам сверл, применяемым для стандартного сверления отверстий на станках с ЧПУ.

Диаметр отверстия — главный критерий выбора сверла

Первый вопрос при подборе инструмента: Какой диаметр отверстия необходимо получить?

Это особенно важно при выборе между монолитным твердосплавным и корпусным сверлом.

Для небольших диаметров монолитное твердосплавное сверло обычно является более логичным решением. Оно представляет собой готовый инструмент с определенной геометрией режущей части и позволяет использовать высокие скорости резания. С увеличением диаметра увеличивается стоимость монолитного твердосплавного сверла. Поэтому при больших диаметрах все более привлекательной становится конструкция со стальным корпусом и сменными твердосплавными пластинами. В этом случае дорогостоящая режущая часть заменяется, а корпус используется многократно.

Таким образом, при подборе инструмента удобно придерживаться следующей последовательности:

диаметр отверстия → тип сверла → глубина сверления → материал детали → условия обработки → конкретное исполнение инструмента

Посмотреть корпусные сверла АТМ Технолоджи

Сверла HSS из быстрорежущей стали

Сверла из быстрорежущей стали HSS остаются одним из наиболее распространенных видов инструмента для обработки отверстий. 

Главное ограничение HSS — сравнительно невысокая допустимая скорость резания по сравнению с твердосплавным инструментом. Однако HSS имеет другое важное преимущество — более высокую прочность и способность переносить вибрации, изгибные нагрузки, ударные воздействия и температурные перепады. Это позволяет HSS лучше работать в ряде менее стабильных условий обработки.

Сверла из быстрорежущей стали способны переносить:

• вибрации;

• ударные нагрузки;

• нестабильное врезание;

• небольшие отклонения от оси;

• периодический выход и повторное врезание;

• менее стабильную подачу СОЖ;

• недостаточную жесткость технологической системы.

Еще одно преимущество HSS — простота переточки. Поэтому при небольших объемах производства или нестабильных условиях обработки HSS может оказаться не просто более дешевым, а технологически более правильным выбором.

Когда стоит выбрать HSS-сверло

HSS может быть оправданным выбором, когда:

• объем производства относительно небольшой;

• максимальная скорость обработки не является главным критерием;

• станок недостаточно жесткий;

• присутствуют вибрации;

• возможны небольшие изгибные нагрузки;

• требуется периодический вывод сверла;

• отсутствует внутренняя подача СОЖ;

• имеются небольшие отклонения от оси;

• важна возможность простой переточки.

Монолитные твердосплавные сверла

Монолитное твердосплавное сверло полностью изготовлено из твердого сплава. В сравнении с HSS такое сверло рассчитано на существенно более высокие скорости резания и подачи. Кроме того, монолитная конструкция может выполняться с внутренними каналами подачи СОЖ, что позволяет эффективно охлаждать режущую часть и улучшать отвод стружки.

Современные твердосплавные сверла могут иметь:

• внутренние каналы подачи СОЖ;

• специальные геометрии режущей части;

• износостойкие покрытия;

• оптимизированную геометрию стружечных канавок;

• исполнения для различных групп обрабатываемых материалов.

При стабильной технологической системе монолитное твердосплавное сверло часто является наиболее производительным решением. Например, в каталоге АТМ Технолоджи представлены монолитные твердосплавные сверла.

Почему монолитное твердосплавное сверло может быть значительно производительнее корпусного

У монолитного твердосплавного сверла имеются две основные режущие кромки, расположенные симметрично относительно оси инструмента. Обе кромки одновременно участвуют в резании.

Конструкция корпусного сверла принципиально отличается. Центральная и периферийная пластины расположены последовательно по радиусу и работают в существенно различных условиях. Они не образуют две равноценные симметричные основные режущие кромки, как у монолитного сверла. Именно это конструктивное различие является одной из причин более низкой потенциальной производительности корпусного сверла.

В сопоставимых условиях и для определенных конструкций производительность корпусного сверла может быть примерно в два раза ниже, чем у монолитного твердосплавного сверла аналогичного диаметра. Однако конкретная разница зависит от конструкции инструмента, геометрии пластин, скорости резания, подачи, условий отвода стружки, охлаждения и рекомендуемых режимов обработки. Поэтому наличие у корпусного сверла двух винтовых канавок не означает наличие двух равноценных основных режущих кромок, аналогичных кромкам монолитного сверла.

Когда монолитное сверло — лучший выбор

Монолитное твердосплавное сверло особенно эффективно, когда:

• требуется высокая производительность;

• станок достаточно жесткий;

• деталь надежно закреплена;

• биение инструмента минимально;

• обеспечен эффективный отвод стружки;

• имеется стабильная подача СОЖ;

• объем производства оправдывает стоимость инструмента;

• требуется стабильный результат от детали к детали.

Посмотреть монолитные твердосплавные сверла АТМ Технолоджи

Корпусные сверла со сменными твердосплавными пластинами

Для больших диаметров и серийного производства интересным решением становятся корпусные сверла со сменными пластинами. Вместо полностью твердосплавного инструмента используется стальной корпус, в котором устанавливаются сменные твердосплавные пластины. После износа пластин корпус сохраняется и может использоваться дальше.

Основное преимущество такой конструкции — снижение стоимости эксплуатации инструмента.

Чем больше диаметр отверстия и объем производства, тем привлекательнее может становиться экономическая модель корпусного сверла. При увеличении диаметра возрастает количество твердого сплава, необходимого для изготовления монолитного сверла. Если условно сравнивать цилиндрические заготовки одинаковой длины, их объем пропорционален квадрату диаметра. Поэтому увеличение диаметра с 10 до 20 мм примерно в четыре раза увеличивает объем такой цилиндрической заготовки. Фактическая цена готового инструмента зависит не только от количества твердого сплава — важны также изготовление, шлифование, покрытие, каналы СОЖ и другие операции.

Тем не менее общая тенденция сохраняется: при больших диаметрах корпусное сверло со сменными пластинами становится все более привлекательным с экономической точки зрения.

Перейти в каталог корпусных сверл АТМ Технолоджи

Центральная и периферийная пластины корпусного сверла

В большинстве конструкций корпусных сверл режущая часть состоит из центральной и периферийной пластин. Они работают в различных условиях.

Центральная пластина

Центральная пластина расположена около оси сверла. В этой зоне скорость резания очень мала и непосредственно на оси стремится к нулю.

Поэтому центральная пластина работает при низкой скорости резания и высокой осевой нагрузке.

Периферийная пластина

Периферийная пластина работает на наружном диаметре, где скорость резания максимальна.

Она оказывает существенное влияние на:

• окончательный диаметр отверстия;

• качество поверхности;

• радиальную нагрузку;

• стойкость режущей части.

Таким образом, центральная и периферийная пластины выполняют разные функции.

Могут ли центральная и периферийная пластины быть одинаковыми?

Да. В некоторых конструкциях центральная и периферийная пластины одинаковые. Такое решение позволяет обеспечить их взаимозаменяемость, упростить комплектование и обслуживание сверла. В других конструкциях используются разные пластины, специально оптимизированные для условий работы каждой позиции. Такой подход дает возможность улучшить эксплуатационные характеристики сверла и оптимизировать работу каждой режущей кромки.

Кроме того, форма сменной пластины может различаться в зависимости от модели корпусного сверла.

Как правильно выбрать сменные пластины

Выбор необходимо выполнять в следующей последовательности:

корпус → положение пластины → модель пластины → механическая совместимость → геометрия → марка твердого сплава → режимы резания.

Необходимо учитывать:

• форму и глубину посадочного места;

• диаметр и форму отверстия;

• параметры фаски под головку винта;

• толщину пластины;

• длину крепежного винта;

• опорные поверхности.

Совпадение ISO-обозначения само по себе не гарантирует механическую совместимость пластины с конкретным корпусом сверла.

Особенно важно использовать пластины, соответствующие конструкции данного корпуса. Применение неподходящей пластины может изменить расчетную геометрию режущей системы, нарушить баланс сил и привести к отклонению сверла, изменению диаметра отверстия или дополнительным радиальным нагрузкам.

Посмотреть сменные пластины для корпусных сверл

Пример корпусного сверла АТМ Технолоджи

Для отверстия диаметром 21 мм можно рассмотреть корпусное сверло A2D-210-FC25-S06.

Для него применяются сменные пластины соответствующего типоразмера, например: SPGT060204-DP-AU4125 и SPGT060204-DP-AM5125. При подборе конкретной пластины необходимо учитывать ее назначение, материал детали и соответствие корпусу сверла.

Если нет внутренней подачи СОЖ

Условия охлаждения являются одним из важнейших факторов при выборе сверла.

Если СОЖ не подается через инструмент, с увеличением глубины отверстия становится сложнее доставлять жидкость непосредственно в зону резания и одновременно удалять стружку. При глубине отверстия более примерно 1D в подобных условиях часто применяется сверление с периодическим выводом инструмента для удаления стружки и улучшения доступа СОЖ. На станках с ЧПУ для этого используются различные циклы прерывистого сверления.

Режущая кромка в таком случае испытывает повторяющуюся нагрузку:

резание → вывод сверла → повторный вход → резание.

Для твердосплавного инструмента повторный выход и вход могут быть менее благоприятными, чем непрерывное сверление, особенно при наличии вибраций, биения или недостаточной жесткости. Поэтому в этих условиях HSS может оказаться более надежным вариантом.

Термический шок при периодическом охлаждении

При сверлении режущая кромка твердосплавного инструмента нагревается. Если при периодическом выводе горячая кромка контактирует с более холодной СОЖ, происходит ее быстрое охлаждение. После повторного входа в отверстие кромка снова нагревается.

Возникает повторяющийся цикл:

нагрев → охлаждение → нагрев → охлаждение.

Такие температурные циклы вызывают термические напряжения в режущей части и могут при определенных условиях способствовать образованию термических трещин. В дальнейшем это может привести к выкрашиванию режущей кромки и преждевременному разрушению инструмента. Поэтому при выборе сверла необходимо учитывать не только наличие СОЖ, но и характер ее подачи и  в этих условиях HSS может оказаться более надежным вариантом.

Влияние расположения шпинделя на охлаждение

При вертикальном расположении шпинделя внешняя СОЖ, попадающая в верхнюю часть отверстия, может дополнительно проникать в отверстие под действием собственного веса. Это создает определенное преимущество при охлаждении режущей зоны и удалении стружки.

При горизонтальном расположении шпинделя такого естественного поступления СОЖ в отверстие под действием силы тяжести уже не происходит. Поэтому доставить внешнюю СОЖ непосредственно к режущей кромке внутри отверстия становится сложнее.

Дополнительно движущаяся по канавкам стружка может препятствовать проникновению охлаждающей жидкости.  В результате при горизонтальном расположении шпинделя охлаждение режущей части может быть менее стабильным, а температура кромки — выше. При выходе сверла горячая кромка может испытывать более значительный перепад температур, что повышает риск термошока. В подобных условиях HSS-инструмент иногда способен работать стабильнее твердосплавного.

HSS-сверла YG-1: прочность и надежность

Не всегда для обработки отверстия необходимо использовать наиболее производительный твердосплавный инструмент. В ряде производственных задач более рациональным решением остаются сверла HSS. 

HSS уступает твердому сплаву по допустимой скорости резания, однако отличается более высокой прочностью и способностью переносить вибрации, изгибные нагрузки и температурные перепады. Это делает быстрорежущую сталь привлекательным вариантом для менее стабильных условий обработки. В ассортименте АТМ Технолоджи представлены оригинальные сверла YG-1 из быстрорежущей стали.

АТМ Технолоджи является официальным дистрибьютором YG-1 в России. 

Это позволяет заказчикам приобретать оригинальный инструмент YG-1 и получать консультацию специалистов компании при его подборе.

Посмотреть инструмент YG-1

Для более подробного выбора HSS-инструмента под конкретные материалы и условия обработки будет опубликована отдельная статья: Как выбрать HSS-сверло для конкретной задачи (ссылки на отдельные статьи будут активированы после их публикации)

Сверла со сменными твердосплавными головками YG-1

Еще один вариант — сверла со сменными твердосплавными головками.

В отличие от монолитного сверла, твердосплавная режущая часть в этом случае выполнена в виде отдельной головки, которая устанавливается на стальной корпус.

После износа головка заменяется, а корпус используется повторно.

Такая конструкция позволяет снизить стоимость режущей части по сравнению с полной заменой монолитного инструмента.

АТМ Технолоджи также поставляет сверла YG-1 со сменными твердосплавными головками.

Посмотреть сверла YG-1 со сменными твердосплавными головками

Надежность крепления сменной головки

Основным техническим вопросом для такой конструкции является надежность соединения головки с корпусом.

Система крепления должна воспринимать:

• осевую нагрузку;

• радиальные нагрузки;

• вибрации;

• переменные нагрузки;

• температурные воздействия;

• нагрузки при входе в материал и выходе из отверстия.

Особенно сложным может быть выход инструмента из отверстия при сверлении вязких материалов.

При определенных условиях возникает пружинение материала, в результате чего диаметр отверстия после прохода инструмента может уменьшаться. Это способно создать дополнительную нагрузку на головку. При неблагоприятном сочетании условий головка может заклинить в отверстии, а нагрузка в этом случае передается на систему крепления. Кроме того, корпус такой системы имеет ограниченный ресурс. При многократной замене головок изнашиваются посадочные поверхности и элементы крепления. Для некоторых конструкций ресурс корпуса может составлять порядка 10–20 замен головки. Это значение нельзя считать универсальным: фактический ресурс зависит от конструкции, условий сверления, правильности установки головки, момента затяжки и характера эксплуатации. Поэтому экономическую эффективность такого решения необходимо оценивать с учетом не только стоимости головки, но и ресурса корпуса.

Подробнее особенности выбора этого типа инструмента будут рассмотрены в отдельной статье: Как выбрать сверло со сменной твердосплавной головкой (ссылки на отдельные статьи будут активированы после их публикации)

Выбор сверла для токарного станка

При сверлении на токарном станке часто используется неподвижное сверло, а вращается заготовка. В идеальном случае ось сверла должна совпадать с осью вращения детали.

Однако в реальном производстве отклонение может возникать из-за:

• погрешностей станка;

• инструментального блока;

• державки;

• посадочных поверхностей;

• биения.

Несовпадение осей приводит к изгибу сверла и несимметричному распределению нагрузки.

Для твердосплавного инструмента это особенно неблагоприятно из-за высокой твердости и меньшей способности переносить изгибные и ударные нагрузки по сравнению с HSS. Поэтому если требуемая соосность не может быть надежно обеспечена, HSS-сверло может оказаться более надежным выбором.

Выбор сверла по материалу детали

Материал заготовки — один из основных факторов при подборе инструмента.

Основные группы материалов по классификации ISO:

Однако одной принадлежности материала к ISO-группе недостаточно.

Необходимо учитывать:

• твердость;

• прочность;

• пластичность;

• теплопроводность;

• склонность к налипанию;

• абразивность;

• характер образования стружки;

• склонность к наклепу;

• наличие упрочненного поверхностного слоя.

Поэтому выбор конкретного сверла для стали, нержавеющей стали, алюминиевого сплава, чугуна или жаропрочного материала может существенно различаться.

Именно этому будут посвящены отдельные материалы ATMT.

• Выбор сверла для стали

• Выбор сверла для нержавеющей стали

• Выбор сверла для алюминия и цветных сплавов

• Выбор сверла для чугуна

Ссылки будут активированы после публикации соответствующих материалов.

Влияние жесткости технологической системы

При выборе сверла необходимо оценивать не только характеристики станка.

Имеет значение вся технологическая система:

станок → шпиндель → инструментальная оснастка → сверло → деталь → приспособление.

Недостаточная жесткость любого из этих звеньев может ограничить возможности твердосплавного инструмента.

Особенно неблагоприятны:

• большой вылет инструмента;

• недостаточно жесткое крепление детали;

• тонкостенная заготовка;

• недостаточная жесткость оправки;

• большое биение;

• вибрации;

• нестабильное базирование.

В таких условиях попытка увеличить производительность только за счет скорости и подачи может привести к обратному результату — снижению стойкости инструмента и ухудшению качества отверстия.

Как сравнивать стоимость разных сверл

Цена самого сверла не позволяет правильно определить экономическую эффективность.

HSS-сверло может стоить значительно дешевле твердосплавного. Однако твердосплавное сверло способно обеспечить более высокую производительность и стойкость. Поэтому необходимо сравнивать стоимость получения качественного отверстия, а не только цену инструмента.

В расчет необходимо включать:

• стоимость инструмента;

• стоимость машинного времени;

• стоимость замены инструмента;

• стоимость восстановления или переточки;

• количество отверстий на одну режущую часть.

Для корпусного сверла дополнительно учитываются:

• стоимость корпуса;

• стоимость пластин;

• количество отверстий на комплект пластин;

• время замены пластин;

• ресурс корпуса.

Для сверла со сменной головкой необходимо учитывать:

• стоимость головки;

• количество отверстий на одну головку;

• время замены;

• количество допустимых замен;

• стоимость нового корпуса.

Таким образом, цена покупки инструмента и стоимость одного качественного отверстия — разные показатели.

Как подобрать сверло в каталоге АТМ Технолоджи

Подбор удобно начинать с четырех основных параметров:

1. Диаметр отверстия
   Это первый и главный критерий выбора.

2. Глубина сверления
   Она определяет необходимое исполнение инструмента.

3. Материал детали
   Материал влияет на выбор типа инструмента, геометрию и режущий материал.

4. Условия обработки
   Необходимо учитывать:
   

   • жесткость станка;
   • биение;
   • наличие вибраций;
   • способ подачи СОЖ;
   • отвод стружки;
   • требуемую производительность.

После определения этих параметров можно выбирать конкретную модель инструмента.

Сверла для станков с ЧПУ в каталоге АТМ Технолоджи

Монолитные твердосплавные сверла — для высокопроизводительного сверления на современных станках с ЧПУ.

Корпусные сверла — для обработки различных диаметров со сменными твердосплавными пластинами.

Сменные пластины для корпусных сверл — для быстрой замены режущей части.

Инструмент YG-1 — оригинальный инструмент, включая HSS-сверла и сверла со сменными твердосплавными головками.

Не уверены, какое сверло выбрать?

Подбор профессионального инструмента не всегда можно выполнить только по диаметру. Если известны диаметр и глубина отверстия, но остаются вопросы по материалу детали, конструкции сверла, пластинам, головкам, СОЖ или режимам резания, специалисты АТМ Технолоджи помогут подобрать подходящий вариант.

Для подбора достаточно предоставить:

• материал детали;

• диаметр отверстия;

• глубину сверления;

• тип станка;

• способ подачи СОЖ;

• требуемый объем производства.

На основании этих данных можно подобрать конкретное сверло, сменные пластины, сменную головку или альтернативный вариант инструмента.

Телефон: +7 (495) 780-18-80

Email: tools@atmt.ru

Через форму подбора инструмента

Подведем итоги

Выбор сверла для станка с ЧПУ следует начинать с диаметра требуемого отверстия, но одним диаметром подбор не ограничивается. После определения диаметра необходимо выбрать тип конструкции, а затем уже конкретное исполнение инструмента под материал детали, глубину отверстия и условия обработки.

1. HSS-сверло YG-1 — рациональный вариант, когда важны прочность, способность переносить вибрации и изгибные нагрузки, универсальность и разумная стоимость.

2. Монолитное твердосплавное сверло АТМ — эффективное решение при высокой производительности и стабильной технологической системе.

3. Корпусное сверло со сменными пластинами АТМ — особенно привлекательный вариант для больших диаметров и серийного производства, где важна стоимость эксплуатации.

4. Сверло со сменной твердосплавной головкой YG-1 — решение, позволяющее заменять режущую часть и повторно использовать корпус, при этом необходимо учитывать особенности системы крепления и ресурс корпуса.

Главное — не выбирать инструмент только по максимальной скорости резания или минимальной цене.

Оптимальным является сверло, которое обеспечивает требуемое качество и производительность при минимальной стоимости получения отверстия именно в ваших производственных условиях.

АТМ Технолоджи предлагает не только широкий выбор металлорежущего инструмента, но и профессиональный подбор решения под конкретную технологическую задачу.

Часто задаваемые вопросы