Сверло для квадратных отверстий

Чтобы просверлить круглое отверстие, понадобится воспользоваться дрелью и сверлом. Как это сделать — известно практически всем. Однако часто в домашнем хозяйстве возникает необходимость сверления квадратных отверстий. Для реализации этой задачи понадобится воспользоваться специальным квадратным или долбежным сверлом. Его еще называют долото или фрезой, позволяющей получать проемы соответствующей формы. Что собой представляет фреза, и как ею пользоваться, знают далеко не многие.

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.

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
4. Форма хвостовика — в зависимости от этого параметра можно использовать насадки на дрелях, сверлильных станках и прочих видах оборудования. Сверла Уаттса выпускаются с цилиндрическим, коническим и шестигранным хвостовиком. Фрезы с коническими хвостовиками устанавливаются напрямую в патрон сверлильного станка, а цилиндрические и шестигранные насадки требуют применения специального патрона для закрепления
5. Длина сверла — они бывают длинные, средние и укороченные
6. Класс точности — нормальный и повышенный
7. Диаметр — зависит от того, какой размер квадрата необходимо получить в итоге
8. Длина рабочей части — еще один важный параметр, который отвечает за возможность сверления соответствующих отверстий с разной степенью углубленности
9. Конструкция — фрезы для квадратных отверстий бывают с накладной рамкой, а также переходником или без него

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.

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.  Тип хвостовика — на этот параметр важно обратить внимание, так как закрепить сверло с конусным хвостовиком в патроне дрели не получится
4. 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

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.

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:

1. Первоначально изготавливается кронштейн для насадки. Используя две трубки разных диаметров, необходимо их соединить, получив тем самым деталь, как показано на фото ниже
2. Трубку меньшего диаметра следует разрезать пополам, и получаем стальной хомут
3. С одной стороны к трубке меньшего диаметра приваривается гайка, за счет которой будет осуществляться закручивание рукоятки
4. Привариваем болт к рукоятке и полученному креплению, предварительно закрутив на резьбу гайку
5. Получается готовое крепление для оправки квадратного сверла. После этого приступаем к изготовлению крепления для дрели. Для этого подготавливается аналогичный по конструкции стальной хомут, только уже большего диаметра
6. Соединяем полученные хомуты между собой, для чего понадобятся две стальные пластины. Свариваем хомуты этими стальными пластинами, получая готовое крепление для дрели под квадратное сверло
7. В пластинах предварительно необходимо сделать пазы, по которым будет осуществляться перемещение оправки. Оправка смещается в зависимости от глубины утапливания сверла при сверлении квадратного проема
8. В завершении остается покрасить полученную деталь, и прибегнуть к ее испытанию в действии

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 52-56 HRC. Для работы с высокопрочными материалами применяется легированная сталь Х12, которая проходит термическую обработку, и закаливается до 56-60 HRC.

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.

Публикации по теме

 Резка керамической плитки болгаркой и как правильно выполнятьТехнические характеристики отрезных кругов для металлаНасадка на дрель для заточки сверл и ее эффективностьСверло на дрель по бетону конструкция выбор и советы по применению Перейти в рубрику

Полезная информация:

Для получения отверстий с помощью ударных и безударных дрелей в материалах различной плотности – дереве, пластике, бетоне, граните, металле и др. необходима специальная оснастка — сверла. Выбор нужной оснастки зависит от сферы применения, материала, для работы с которым они предназначены, типа дрели, а также от ключевых параметров.

Важно учесть при выборе сверла

• С определения материала обработки нужно начинать выбор этого расходного материала. Существуют сверла для работы с разными материалами, при этом каждый вид имеет особенности конструкции, благодаря которым происходит качественная обработка материала. В этом разделе представлены следующие виды: —по дереву. Они имеют специальные буртики и центр. С их помощью отверстия получаются четко в нужном месте, аккуратные, без сколотых кусков; —по камню -с твердосплавным наконечником; -по бетону отличный результат бурения достигается с использование с наконечником выполненым из особо прочного карбидо-вольфрамового сплава и имеет форму буквы «Т»; —по металлу, прочной пластмассе для выполнения отверстий используются легированные стали; —по стеклу, плитке стоит работать особо аккуратно. Такие непрочные материалы нужно не срезать или скалывать, а стирать послойно. Поэтому конструкция у них особая и имеет многогранный заточенный наконечник; —универсальные, такие как Multi Construction Bosch 2.608.595.359, могут использоваться с любым материалом.

• Тип хвостовика — параметр, играющий важную роль при выборе сверла. Необходимо соблюсти соответствие между типом хвостовика и патроном дрели — в противном случае оснастка просто не подойдет. Наиболее часто используются сверла с цилиндрическими хвостовиками, однако их минусом является небольшой крутящий момент, возникающий из-за проскальзывания в патроне дрели. Шестигранные хвостовики не имеют этого  недостатка и могут использоваться  совместно с классическим трехкулачковым патроном и держателем бит на ? дюйма. С быстрозажимным патроном совместим хвостовик SDS. В его конструкции предусмотрены два открытых и два закрытых паза. 
• Диаметр — нужно выбирать исходя из того, отверстия какого размера необходимо просверлить. Прежде чем купить сверло, нужно учесть тот момент, что во время работы возникает биение, поэтому диаметр получившегося отверстия будет чуть больше расчетного диаметра. В нашем интернет- магазине вы можете купить оснастку со значением данной характеристики от 0,5 мм до 102 мм.
• Длина — данная характеристика влияет на глубину отверстия, которое можно просверлить с помощью того или иного сверла. В рубрике представлены длины от 10,5 мм до 600 мм.

Отзывы о сверлах ДомойПоменял и забылСверло для квадратных отверстий. Открытия Рело и Уаттса

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.

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.

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 или фреза?

Большинство технической общественности считает, что всё-таки фреза. Тем не менее, производители упорно продолжают называть данный инструмент сверлом для квадратных отверстий, сверлом Уаттса или сверлом, профиль которого соответствует треугольнику Рело.

Что правильнее? Если обратиться к кинематике перемещения такого режущего инструмента (для наглядности можно воспользоваться схемой, приведённой на рис. 1, то можно обнаружить, что съём металла будет производиться только боковой поверхностью, причём плоскостей резания будет не одна, как у обычного сверла, а четыре, что более свойственно фрезам.

Однако одного вращающего движения для получения квадратного отверстия будет недостаточно. Простые математические вычисления (в данной статье не приводятся) показывают: для того, чтобы «сверло» для квадратного отверстия выполняло свою функцию, оно должно при работе описывать не только основное движение вращения режущей кромки, но и качательное движение сверла/фрезы вокруг некоторой оси. Оба движения должны производиться во взаимно противоположных направлениях.

Рисунок 1 – Треугольник Рело: а) – построение; б) последовательность вращения для получения отверстия квадратной формы.

Угловая скорость обоих вращений определяется довольно просто. Если за параметр f принять частоту оборотов вала дрели (либо перфоратора), то для колебательных вращений шпинделя вокруг собственной оси достаточна скорость в 0,625f. В этом случае ось шпинделя как бы зажимается между рабочим валом и приводным колесом, заставляя сверло/фрезу колебаться в зажимном приспособлении с остаточной скоростью

(1 – 0,625)f = 0,375f.

Более точно результирующую скорость вращения фрезы можно установить, пользуясь техническими характеристиками дрели/перфоратора, но ясно, что она будет намного ниже той, на которую изначально рассчитан инструмент. Поэтому получение квадратного отверстия будет происходить с меньшей производительностью.

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.

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.

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:

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.

//www.youtube.com/watch?v=60WbTPNFT-8

Альтернативные способы получения квадратных отверстий

Недостатком свёрл Уаттса считается наличие радиусных дуг в углах квадрата, что не всегда приемлемо. Кроме того, свёрла для квадратных отверстий, изготовленные с использованием треугольника Рело, не могут вести обработку заготовок большой толщины. В таких случаях можно использовать электроэрозионные/лазерные технологии, а также – что проще – применить сварку или штамповку.

Комплекты пробойников для квадратных отверстий выпускаются в ассортименте поперечных размеров до 70×70 мм в металле толщиной до 12…16 мм. В комплект входят:

• Пуансонодержатель под пробойник.
• Направляющая втулка.
• Кольцевой ограничитель хода.
• Матрица.

Для силового воздействия на пробойник можно использовать гидравлический домкрат. Пробитое отверстие выгодно отличается чистотой полученных кромок, а также отсутствием заусенцев. Подобный инструмент производится, в частности, торговой маркой Veritas (Канада).

При наличии в домашнем хозяйстве сварочного инвертора квадратное отверстие в стальной детали можно прожечь. С этой целью в заготовке предварительно сверлится (с запасом) круглое отверстие, затем туда вставляется требуемых размеров квадрат из графита марок ЭЭГ или МПГ, после чего обваривается по контуру. Графит извлекается, а в изделии остаётся квадратное отверстие. Его, при необходимости, можно зачистить и прошлифовать.

Используемые источники:

• https://moiinstrumentu.ru/kvadratnoe-sverlo.html
• https://m.vseinstrumenti.ru/rashodnie_materialy/instrument/dlya_dreley/udarn/sverla/
• https://proinstrumentinfo.ru/sverlo-dlya-kvadratnyx-otverstij-treugolnik-relo-sverlo-uattsa/