Как просверлить квадратное отверстие в металле?

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника 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.

Принципы действия и конструкция

Для того чтобы просверлить квадратное отверстие, обычно используют сверло Уаттса, в основу конструкции которого положена такая геометрическая фигура, как треугольник Рёло. Одна из важнейших особенностей такой фигуры, представляющей собой область пересечения трех равных кругов, состоит в следующем: если к такому треугольнику провести пару параллельных опорных прямых, то расстояние между ними будет всегда постоянным. Таким образом, если двигать центр треугольника Рёло по траектории, описываемой четырьмя эллипсоидными дугами, его вершины будут вычерчивать практически идеальный квадрат, у которого будут лишь несколько скруглены вершины.

Свойство треугольника Рёло

Уникальные свойства треугольника Рёло позволили создать сверла для квадратных отверстий. Особенностью использования такого инструмента является то, что ось его вращения должна не оставаться на месте, а перемещаться по вышеописанной траектории. Естественно, этому перемещению не должен препятствовать патрон оборудования. При использовании такого сверла и соответствующей оснастки квадратное отверстие получается с идеально ровными и параллельными сторонами, но с немного скругленными углами. Площадь таких необработанных инструментом уголков составляет лишь 2% от площади всего квадрата.

Изготовление устройства для сверления квадратных отверстий

Используя сверла Уаттса, работающие по принципу треугольника Рёло, можно выполнять сверление квадратных отверстий в металлических заготовках даже на обычном станке, не оснащенном специальными насадками. Для того же, чтобы создать квадратное отверстие в деревянной детали, можно использовать и обычную дрель, но для этого ее необходимо оснастить дополнительными приспособлениями.

Изготовить несложное устройство, позволяющее просверлить квадратные отверстия в деревянных заготовках, можно по следующим рекомендациям.

Для начала, используя лист фанеры или деревянную доску небольшой толщины, необходимо сделать сам треугольник Рёло, геометрические параметры которого должны соответствовать диаметру применяемого сверла Уаттса.
Сверло надо жестко зафиксировать на поверхности изготовленного треугольника.
Чтобы треугольник Рёло и закрепленное на нем сверло перемещались по требуемой траектории, необходимо изготовить деревянную направляющую рамку. Во внутренней части рамки следует вырезать квадрат с геометрическими параметрами, полностью соответствующими размерам отверстия, которое вы собираетесь просверлить.
Рамка при помощи специальной планки фиксируется на дрели, при этом центр треугольника Рёло, помещаемого в направляющую рамку, должен совпадать с осью вращения патрона электроинструмента.
Для того чтобы сообщить сверлу для выполнения квадратного отверстия крутящий момент, но при этом не создать ограничений для перемещения инструмента в поперечном направлении, хвостовик соединяют с патроном дрели посредством передаточного механизма, работающего по принципу карданного вала грузового автомобиля.
Деревянную заготовку, в которой необходимо просверлить квадратное отверстие, следует надежно зафиксировать, при этом расположить ее так, чтобы центр будущего отверстия строго совпадал с осью вращения используемого для обработки сверла.

Чертеж деталей приспособления для сверления квадратного отверстия

Таблица 1. Размеры направляющих втулок

Таблица 2. Размеры сверл (нажмите для увеличения)

Собрав такое несложное устройство, надежно зафиксировав все элементы его конструкции и обрабатываемую заготовку, можно включать электрическую дрель и начинать процесс сверления.

Как уже говорилось выше, просверленное при помощи такого устройства квадратное отверстие будет иметь абсолютно ровные и параллельно расположенные стороны, но его угловые участки будут слегка закруглены. Решить проблему с закругленными углами несложно: можно доработать их при помощи обычного надфиля.

Следует иметь в виду, что используют вышеописанное приспособление, не отличающееся высокой жесткостью, для сверления отверстий квадратной формы в деревянных заготовках небольшой толщины.

Сверло Уаттса и сделанное с его помощью квадратное отверстие в металлической заготовке

Сверление квадратных отверстий в металле

Содержание

Сверление квадратных отверстий в металле

Тема этой статьи — сверление квадратных отверстий в металле. Для этого есть различные способы. О том, как сделать квадратное отверстие в металле, мы расскажем ниже.

Фотография №1: квадратное отверстие в металлической заготовке

Инструмент для сверления квадратных отверстий

Для сверления квадратных отверстий применяют специальные сверла Уаттса. Они отличаются от обычных инструментов рабочими частями, имеющими особую конструкцию. В ее основе – треугольник Рело.

Изображение №1: треугольник Рело и его свойства

Эта фигура представляет собой пересечение трех равных кругов. Самое важное свойство треугольника Рело заключается в том, что если провести к такому треугольнику пару параллельных опорных прямых, то расстояние между ними будет всегда постоянным. Как видно на рисунке выше, если вращать треугольник Рело по траектории, описываемой 4-мя эллипсоидными дугами, получается квадрат с незначительными скруглениями в углах.

Наработки Рело использовал английский инженер Г. Уаттс. Именно он создал сверло для квадратных отверстий, названное в его честь — сверло Уаттса. Рабочая часть имеет вот такой профиль.

Изображение №2: сверло Уаттса и профиль его рабочей части

Особенности применения сверл для квадратных отверстий

Стандартные сверла Уаттса, предназначенные для сверления квадратных отверстий в металле, изготавливают из стали У8. Закалка производится до получения твердости инструментов в пределах от HRC 52 до HRC 56. В тяжелых условиях эксплуатации используют инструменты из легированной стали Х12. Твердость материала варьируется в пределах от HRC 56 до HRC 60.

Самая важная особенность применения этих сверл для квадратных отверстий на производстве и в быту заключается в необходимости использования дополнительных приспособлений для фиксации инструментов и перемещения рабочих частей по вышеописанной траектории.

Читать еще: Обмеднение металла в домашних условиях

Что используют на производстве

Для фиксации сверл для квадратных отверстий в металле на станках используют специальные шпиндели-переходники. Они состоят из:

переходников под основные шпиндели;

Изображение №3: сверление квадратного отверстия в металле на станке

Что используют в быту

При использовании дрелей сверла для квадратных отверстий закрепляют при помощи специальных рамок. Их соединяют с патронами карданными передачами. Для этого используют особые переходники, состоящие из:

Изображение №4: принцип получения квадратных отверстий сверлами Уаттса в домашних условиях с применением обычных дрелей

Иные способы получения квадратных отверстий в металле

Кроме обработки заготовок сверлами Уаттса для получения квадратных отверстий в металле используют следующие методы и технологии.

Лазерная резка. Это наиболее эффективный способ получения квадратных отверстий в металле с заданными параметрами. Точность находится на максимальном уровне. Лазерная резка квадратных отверстий производится на сложных и дорогостоящих станках с ЧПУ.

Применение обычных сверл и напильников. Метод выглядит так.

На поверхность заготовки наносят разметку (вычерчивается квадрат).
В углах квадрата при помощи керна намечают центры вспомогательных отверстий.
Их высверливают сверлом малого диаметра.
При помощи крупного сверла удаляют большую часть материала внутри отверстия.
Углы и поверхности будущего квадратного отверстия выравнивают напильником.

Использование сварки. Этот метод предполагает высверливание отверстия, диаметр которого равен длине стенки квадрата. Затем мастер вставляет шаблон и заваривает углы.

Штамповка. Этот метод получения квадратных отверстий применяют при обработке тонких металлических заготовок. Используются пробивные и вырубные штампы.

Проделывание квадратных отверстий в металле при помощи пробойников. Этот метод также применяют при работе с заготовками небольшой толщины. С использованием пробойников в металле проделывают квадратные отверстия размером до 70*70 мм. В продаже имеются специальные комплекты, состоящие из пробойников, матриц, ограничителей, направляющих втулок и пуансонодержателей. Для силового воздействия используют гидравлические домкраты.

Фотография №2: лазерная резка — самая эффективная технология!

Где купить приспособления для сверления квадратных отверстий в металле

К сожалению, мы не можем предложить Вам “Сверло для квадратных отверстий (Уаттса/Рело)”, но вы можете подобрать и купить другие сверла по металлу или подобрать другой инструмент из нашего каталога.

Сверло Уаттса для сверление квадратных отверстий

При изготовлении различных механизмов может возникнуть необходимость в сверлении квадратного отверстия. Для этого существует сверло Уаттса, но оно есть далеко не у всех. Если его покупка нецелесообразна, то воспользовавшись несложной технологией можно сделать квадратное отверстие обычными сверлами по металлу.

Принципы действия и конструкция

Свойство треугольника Рёло

Инструменты:

кернер;
молоток;
дрель или сверлильный станок;
центровочное сверло;
основное сверло 4 мм или больше, в зависимости от размера необходимого квадратного отверстия;
большое сверло диаметром на 1 мм меньше, чем сторона будущего квадрата;
напильник по металлу.

Сверление квадратного отверстия

Для удобства работы нужно вырезать из бумаги шаблон квадрата, но меньше нужного отверстия на диаметр основного сверла. К примеру, если нужен квадрат 10х10 мм, при этом в качестве основного будет применено сверло 4 мм, то шаблон вырезается со сторонами 6х6 мм.

Важно! При выборе основного сверла нужно, чтобы его 2 диаметра были немного меньше стороны шаблона. В этом случае отверстия при сверлении не будут накладываться друг на друга и сверло не соскочит с нужной точки.
Бумажный квадрат приклеивается на заготовку скотчем. С помощью кернера по его углам и центру наносятся четкие глубокие насечки. После шаблон убирается.

Насечки слегка рассверливаются центровочным сверлом.

Далее по угловым меткам нужно сделать сквозные отверстия. В идеале воспользоваться сверлильным станком, поскольку при работе дрелью возможно снижения точности. Если нужно сверлить толстый металл, то обязательно потребуется масло для охлаждения кромки сверла.

После готовности углов, с помощью большого сверла просверливается центральная насечка между ними. Это позволяет выбрать металл посередине. В результате получается размытое квадратное отверстие.

С помощью надфиля, плоского или треугольного напильника отверстие доводиться до правильного квадрата. Особое внимание нужно уделить округлениям по углам, чтобы сточить их под 90 градусов. Желательно, чтобы ширина напильника соответствовала стороне квадратного отверстия, тогда получится провести расточку почти идеально.

Данный способ сверления трудоемкий и занимает не меньше получаса, учитывая доводку напильником, но позволяет получать достаточно качественное отверстие. Главное его достоинство в возможности обойтись скудным набором инструментов без необходимости покупки сверла Уаттса.

Геометрические параметры

К основным геометрическим параметрам относят такие показатели:

диаметр, указываемый в мм;
длина общая, мм;
длина рабочей части, мм;
угол заточки в градусах.

Читать еще: Как снять заклепки с металла?

Кроме того, выбирая сверло квадратное, обращают внимание на хвостовик, который должен соответствовать шпинделю инструмента или комплекту приспособлений, для его крепления. Сверление квадратных отверстий необходимо выполнять после предварительной разметки и кернения центра будущего отверстия. Рекомендуется начинать сверление при низких скоростях вращения, а затем перейти на ту скорость, которая указана в паспортных данных станка или инструмента.

Смотрите видео

Все о сверлах для квадратных отверстий

Особенности
Виды и их устройство
Как пользоваться?

Если с высверливанием круглых отверстий у современных мастеров проблем в большинстве случаев не возникает, то квадратное под силу выточить не каждому. Однако это не так сложно, как кажется на первый взгляд, причем как в древесине, так и в металле. Чтобы решить эту задачу, необходимо использование специальных инструментов и приспособлений. Интересно, что каждое из них действует по принципу самых простых фигур геометрии.

Особенности

По своему конструктивному устройству приспособление для высверливания квадратных отверстий является скорее фрезой, а не сверлом. Однако отечественным мастерам привычнее называть его сверлом, да и фирмы-изготовители именуют изделие именно так.

Согласно кинематике, в соответствии с которой происходит перемещение этого устройства, очевидно, что срез обрабатываемого материала происходит исключительно посредством боковой поверхности, а точнее – 4-х таких поверхностей. Такой способ характерен не для сверла, а для фрезы. Но вращательных движений недостаточно для высверливания качественного и ровного квадратного отверстия. Фреза должна не только вращаться, но и совершать качательные движения – также вокруг оси.

Важно и то, что вращение и покачивание должны быть направлены во взаимно противоположные стороны.

С какой скоростью сверло-фреза будет вращаться, можно выяснить, лишь исходя из характеристик электродрели или иного инструмента, которым планируется работать. Однако нужно учитывать, что сверление квадратного отверстия будет происходить не очень быстро, и производительность работы будет невысокой.

Одного треугольника Рёло для получения квадратного отверстия недостаточно – нужно, чтобы на сверле имелись канавки, по которым будет производиться отведение стружки, являющейся отходами от сверления. Именно по этой причине на рабочей поверхности сверла вырезается 3 полуэллиптических окружности.

За счет этого осуществляется снижение момента инерции фрезы, уменьшается нагрузка на шпиндель, при этом происходит повышение режущей способности насадки.

Виды и их устройство

Для высверливания отверстий в форме квадрата чаще всего используются сверла Уаттса. Особенностью их конструкции является то, что в основе лежит не квадрат, а треугольник, называемый треугольником Рёло. Принцип действия сверла такой: треугольник двигается по эллипсоидным дугам, при этом своими вершинами он будет очерчивать квадрат идеальной формы. Единственным недостатком может считаться легкое закругление вершин 4-угольника. Квадрат получится в случае, если эллипсоидных дуг будет 4, а движение треугольника Рёло – равномерным.

Нужно отметить, что треугольник Рёло – конструкция, уникальная по своим свойствам. Только благодаря ему и стало возможным создание сверл для высверливания отверстий в форме квадрата. При эксплуатации этого изделия важно помнить, что ось, по которой оно вращается, обязательно должна описывать эллипсоидные дуги, а не стоять в одной точке. Устройство патрона оборудования должно быть таким, чтобы не мешать треугольнику совершать движение. Если треугольник движется четко по правилам, то итогом высверливания станет ровный квадрат, а обработка не затронет только 2% от его общей площади (за счет скругления уголков).

Как пользоваться?

При использовании сверл Уаттса нет необходимости в специальных станках с насадками. Достаточно обычного станка, если вы планируете работать с металлом. Что касается древесины, взятой в качестве обрабатываемого материала, то для сверления отверстий в ней достаточно обычной дрели, правда, немного усовершенствованной при помощи дополнительных приспособлений.

Для изготовления такого устройства нужно выполнить ряд шагов.

В первую очередь нужно обзавестись фанерным листом или деревянной доской, но не очень толстой. Разумеется, понадобится и непосредственно треугольник Рёло с геометрическими параметрами, соответствующими диаметру используемого сверла Уаттса.
Произвести жесткую фиксацию сверла на получившемся треугольнике.
Для перемещения треугольника с закрепленным сверлом в соответствии с нужной траекторией потребуется деревянная направляющая рамка. Внутри нее вырезается квадратное отверстие, параметры которого такие же, как у того отверстия, что планируется к высверливанию. То, какую толщину имеет рамка, очень важно – она определяет, какой глубины отверстие можно высверлить.
Рамку нужно четко зафиксировать в патроне дрели таким образом, чтобы было полное совпадение центра треугольника и оси, по которой вращается патрон электродрели.
Вращение сверла должно быть правильным. Для этого оно должно свободно перемещаться вдоль и поперек. Чтобы это обеспечить, необходим передаточный механизм, который и соединит патрон электродрели с хвостовиком насадки. Принцип работы передаточного механизма такой же, какой имеет карданный вал в любом грузовике.
Закрепление деревянной заготовки также должно быть тщательным. Располагают ее таким образом, чтобы ось вращения насадки четко совпала с центром планируемого квадратного отверстия.

Конструкция переходника (передаточного механизма) несложная. В ней есть корпус, плавающий хвостовик, специальное качающееся кольцо, крепежные винты и опорные шарики. Особенностью является сменная втулка – она нужна для того, чтобы можно было закрепить патроны различных станков для обработки металла. Сменить насадку можно довольно быстро.

Как только сборка устройства окончена, а каждый элемент зафиксирован, электрическая дрель готова к тому, чтобы начать высверливание. Да, углы отверстия не будут равны 90 градусов, а будут скруглены, но это решаемая проблема. Округлости дорабатываются самым обычным надфилем. Нужно помнить, что подобное устройство применимо для работы по дереву, причем на не слишком толстых его листах. Это связано с тем, что и сама конструкция не очень жесткая.

Читать еще: Чем оттереть ржавчину с металла?

Сверло Уаттса имеет недостаток – обрабатывать с его помощью материалы, имеющие большую толщину, не получится.

Здесь на помощь мастерам приходит сварочный аппарат или метод штамповки.

Пробойники для отверстий в форме квадрата продаются комплектами различных размеров и толщины. В комплекте есть (помимо самого пробойника) матрица, держатель в форме кольца, ограничивающий элемент, и втулка, с помощью которой направляется пробойник.

Чтобы усилить воздействие на штамп, эффективно использование гидравлического домкрата. Отверстия получаются чистыми, ровными, без зазубрин. Особенно качественными считаются инструменты канадской марки Veritas.

Если вы являетесь обладателем инвертора для сварки, можно просто выжечь отверстие любой формы, в том числе и квадратной, конечно, если речь идет о металле как обрабатываемом материале. Чтобы получить отверстие в виде квадрата, необходимо сначала обзавестись заготовкой. Ею является графитовый квадрат того же размера, какой планируется высверлить. Оптимально использовать графит марки ЭЭГ или МПГ.

Работа начинается с формирования круглого отверстия такого размера, чтобы туда вошла графитовая заготовка. После того как заготовка вставлена и закреплена, ее обваривают по периметру. Далее нужно лишь извлечь графитовый квадрат, после чего произвести зачистку и шлифовку получившегося отверстия.

Сверло для квадратных отверстий

Цена: $6.52

Перейти в магазин

Неочевидная и интересная приблуда — Mortising Chisel Woodwork Square Hole Drill Bit.
А конкретнее — сверло-приспособление для квадратных отверстий, по дереву.

Подойдет для сверления отверстий и пазов в материалах из дерева.

Сегодня речь пойдет о приспособлении для создания отверстий квадратной формы и пазов методом сверления.
Приспособление состоит из двух частей: сверла по дереву и просекателя квадратной формы — внешней оболочки сверла. В просекателе есть отверстие для стружки.

В лоте на выбор два размера набора для квадратных отверстий: на 10 и на 16 мм
Вообще на просторах Али и Ебей встречал множество подобных наборов, брендовых (дорогих) и не очень.

Смысл у всех одинаковый — сверло убирает лишнее дерево, а рубашка-просекатель как бы выдавливает лишнее по форме квадрата.
Края у рубашки заостренные, срезанная деревянная стружка уходит вовнутрь и убирается сверлом наружу через отверстие.

Для работы на вертикально-сверлильном станке потребуется небольшая приспособа-пресс-держатель, которая держит рубашку-просекатель, одновременно обеспечивая вращение патрона и сверла.
Пример постепенного «продавливания» отверстия, хорошо видно отметки от рубашки и от самого сверла.

Вариантов подобных держателей масса, покупные достаточно дорогостоящие, но вполне можно изготовить их самостоятельно.
Общие черты — крепление к неподвижной гильзе шпинделя, опускание вместе со сверлильной головкой. Крепление одновременно держит просекатель, внутри вращается патрон со сверлом.

Постепенно, с опусканием головки «продавливается» квадратное отверстие.

Теперь непосредственно про сами сверла.
Я уже сказал, в лоте на выбор два размера: на 10 мм (вверху на фото) и на 16 мм (внизу)

Упакованы в пластиковый простенький кейс, комплекты в масле.
На фото «маленький» комплект — на 10 мм.
Сверло само длинное, из расчета под приспособу + зажимание в патроне.
А вот «рубашка» не очень длинная, около 13 см.

Сверло чуть отличается по форме от привычных сверл, в том числе по дереву.

Своей формой напоминает скорее бур ( по бетону). Подобная форма усиливает подачу стружки наверх.

Форма острия сверла подходит к выемке на рубашке (под конус). Вообще эти места трутся, перед использованием можно слегка смазать.

Углы рубашки заострены, сделаны арками — углы продавливаются сначала, потом острые арки срезают плоскость.

На одной из сторон есть узкое отверстие для выхода стружки.

Комплект в сборе.

Аналогично — комплект на 16 мм.

Сверло-бур на 16 мм

Форма наконечника такая же — под конус.

Кромки сверла острые, дерево грызет только в путь, но углы небольшие, снимает по чуть чуть, сверлит чисто.

Рубашка. Хорошо видны острые углы.

Кромки тоже острые.

Диаметр зажимной части (в приспособлении-держателе) 19 мм.

Пример комплекта для сверления, установленного в держатель на станке.

Готовим рабочее место

Выставляем высоту сверления

Обслуживание — небольшая смазка трущихся частей.

Приспособу для зажимания можно изготовить самостоятельно из подручных материалов

Для начала просто проверяю бур — сверлит неплохо, подачу надо делать небольшую

Отверстие ровненькое.

Пример полученных отверстий. Единственно отмечу — для первого раза нужна сноровка, зажал рубашку чуть выше чем нужно, получил слегка неровное отверстие.

Тоже самое на 16 мм.
Бур отдельно — наглядно видно качество отверстий.

Примеряем рубашку

Вставляем сверло, высоту и пробуем.

Ну у меня опять чуть смещено.

Пазы выполняются последовательной выборкой материала между отверстиями

Главное никуда не торопиться

Должно быть что-то типа такого при должной сноровке.

Привожу видосы с ютуба, на которых хорошо раскрыта работа подобных комплектов для квадратных отверстий.

Вместо вывода: интересный и необычный комплект. Можно делать отверстия квадратной формы и прорезать пазы. Подходит для дерева и материалов на его основе.
Данный комплект требует специального приспособления для удержания рубашки — обратите на это внимание.
Готовые приспособления для крепления комплектов достаточно дорогостоящие.

Чуть более подробно про установку можно посмотреть вот тут.

Спасибо за внимание!