Чем и как сверлить нержавейку: инструменты, режимы, советы

В основе уникальных свойств нержавеющей стали лежит ее микроструктура, которая зависит от химического состава и термической обработки. Наиболее распространенные — аустенитные, ферритные, мартенситные, дуплексные и дисперсионно-твердеющие стали.

• Аустенитные стали, например, 304 и 316, обладают гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК), обеспечивающей коррозионную стойкость, пластичность и свариваемость, но при этом они немагнитны.
• Ферритные стали, напротив, имеют объемно-центрированную кубическую решетку (ОЦК), что делает их магнитными, менее пластичными, но более устойчивыми к хлоридному стресс-коррозионному растрескиванию.
• Мартенситные стали, образующиеся при быстром охлаждении, имеют игольчатую структуру, что обеспечивает высокую твердость и прочность, но снижает коррозионную стойкость.
• Дуплексные стали сочетают в себе преимущества аустенитной и ферритной фаз, предлагая улучшенную прочность и коррозионную стойкость, особенно к питтинговой и щелевой коррозии.
• Дисперсионно-твержеющие стали класса 17-4 PH, упрочняются за счет выделения дисперсных частиц, что обеспечивает исключительную прочность и твердость при сохранении хорошей коррозионной стойкости.

Именно внутренняя структура нержавеющей стали определяет сложность механической обработки. Рассмотрим один из ее видов — сверление.

Почему нержавеющая сталь трудно поддается сверлению

Нержавеющая сталь — один из самых сложных материалов для сверления по нескольким причинам, обусловленным ее уникальными физико-механическими свойствами.

Во-первых, она обладает высокой прочностью на растяжение и твердостью, что затрудняет проникновение режущей кромки сверла в материал. Это приводит к быстрому износу инструмента и затуплению. При сверлении нержавеющая сталь имеет тенденцию к наклепу, то есть к упрочнению поверхностного слоя под воздействием механической деформации. Это явление еще больше увеличивает сопротивление материала вращению сверла, требуя при этом больших усилий подачи и низких скоростей резания для предотвращения чрезмерного повышения температуры.

Во-вторых, плохая теплопроводность нержавеющей стали усложняет сверление. В отличие от других металлов, тепло не рассеивается по всей заготовке, а концентрируется в зоне резания и на режущей кромке сверла. Это приводит к локальному перегреву, что может вызвать отпуск кромки сверла, снижая его твердость и режущую способность. Высокие температуры также способствуют прилипанию материала к инструменту, что ухудшает качество обработанной поверхности и ускоряет износ сверла. Для успешного сверления нержавеющей стали необходимо использовать специальные сверла с соответствующей геометрией, применять эффективные смазочно-охлаждающие жидкости и соблюдать оптимальные режимы резания.

Пошаговая технология сверления нержавейки

Сверлить нержавеющую сталь разных марок вполне возможно как на сверлильном или токарном станке, так и ручной дрелью. Важно только придерживаться определенной технологии и использовать подходящие сверла. Основные правила:

• Важно использовать пониженные частоты вращения шпинделя. Превышение допустимых оборотов приводит к перегреву, наклепу поверхности и ускоренному износу инструмента. Рекомендуемая частота вращения определяется в зависимости от диаметра сверла и марки материала, однако предпочтение следует отдавать режимам, обеспечивающим образование стружки, а не металлической пыли. Сверла малого диаметра допускают относительно более высокие обороты, однако в пределах допустимых значений для нержавеющих сталей.

Таблица 1. Рекомендуемые обороты сверла (RPM)

• Для обеспечения эффективного резания следует прикладывать равномерное, стабильное усилие. Наличие прерывистых или «толчкообразных» движений недопустимо, они способствуют нагреву инструмента без резания. Признаком корректной подачи является формирование непрерывной, завитой стружки.
• Обязательна непрерывная подача охлаждающей и смазывающей жидкости (СОЖ) непосредственно в зону сверления. При возможности рекомендуется частичное заполнение отверстия. Появление дыма из зоны сверления свидетельствует о чрезмерной скорости вращения или недостаточном охлаждении.
• При выполнении глубоких отверстий рекомендуется периодически извлекать сверло для удаления стружки и подачи СОЖ в зону резания. Не допускается полная остановка сверла в отверстии — это может вызвать наклеп и заклинивание. После извлечения инструмент должен быть быстро возвращен с восстановлением необходимого усилия подачи.
• Изменение цвета поверхности материала в зоне сверления на синий или фиолетовый указывает на перегрев. В этом случае сверление следует приостановить, дать детали остыть, увеличить подачу СОЖ и скорректировать параметры резания.
• При выходе сверла из материала давление подачи рекомендуется уменьшить, чтобы исключить вероятность заклинивания и поломки режущей кромки.

После завершения сверления необходимо выполнить финишную обработку. Сначала удаляются заусенцы, образовавшиеся в процессе сверления. Это можно сделать с помощью ручной развертки, фаскоснимателя или сверла большего диаметра. Затем следует очистить деталь, устранив остатки стружки и смазочно-охлаждающей жидкости с поверхности заготовки.

Обозначения и маркировка сверл для нержавеющей стали

Для сверления нержавейки используются специальные сверла, которые отличаются повышенной износостойкостью и жаропрочностью. Ниже приведены основные обозначения и маркировки, которые помогут вам выбрать подходящее сверло:

1. Маркировка по составу стали (российские и зарубежные аналоги):

• Р6М5К5 (аналог HSS-E, HSS-Co5, М35). Одна из наиболее распространенных и эффективных марок для нержавеющей стали. Буква «К» и цифра после нее указывают на содержание кобальта (в данном случае 5%). Кобальт повышает жаропрочность и износостойкость сверла.
• Р2М10К8 (аналог HSS-E, HSS-Co8, М42). Эта марка также содержит кобальт (8%), что обеспечивает еще более высокие показатели твердости, износостойкости и жаропрочности. Такие сверла подходят для работы с особо вязкими металлами на высоких скоростях.
• Р9М3 (аналог W9, 9341). Сверла повышенной твердости, также могут использоваться для низколегированных сталей, включая некоторые виды нержавеющей.
• ВК6М, ВК8. Это твердосплавные сверла, которые обладают очень высокой твердостью и износостойкостью. Они применяются для сверления особо твердых и сложных марок нержавеющей стали, а также для работы со сварными швами и закаленным металлом.
• HSS-E (HSS-Co). Это ключевая маркировка для сверл по нержавеющей стали. Буква «E» или «Co» указывает на добавление кобальта в состав сплава. Цифры (например, HSS-Co5, HSS-Co8) показывают процентное содержание кобальта. Чем выше процент кобальта, тем выше жаропрочность и износостойкость сверла.
• HSS-G TiN. Сверла с покрытием из нитрида титана. Это покрытие значительно повышает твердость, износостойкость и термостойкость сверла, что улучшает его производительность при работе с твердыми металлами.
• HSS-G TiAlN. Сверла с покрытием из нитрида титана, легированного алюминием. Это покрытие еще больше увеличивает твердость и термостойкость, что делает их подходящими для обработки особо твердых сплавов и закаленных сталей.
• HSS-E VAP. Специальные сверла, предназначенные для обработки нержавеющей стали. К их поверхности стружка практически не прилипает.

2. Цвет сверла:

Цвет сверла может быть индикатором его обработки, но не всегда является определяющим фактором:

• серый — без дополнительной обработки;
• черный (HSS-R) — прошло парооксидирование (обработка перегретым паром), что улучшает износостойкость и защищает от коррозии, снижает налипание стружки;
• яркий металлический блеск (HSS-G) — шлифовка нитридом бора, повышает износостойкость и производительность;
• ярко-золотистый оттенок (HSS-TiN, HSS-TiAlN) — сверло с покрытием из нитрида титана или нитрида титана и алюминия;
• коричнево-золотистый или бронзовый оттенок — инструмент с добавлением кобальта, наиболее подходящий цвет для сверл по нержавейке.

Как выбрать сверло для сверления нержавейки

Для эффективного и безопасного сверления критически важен правильный выбор сверла, так как коррозиестойкие сплавы обладают высокой прочностью, склонностью к наклепу и низкой теплопроводностью. Рекомендуется использовать сверла из быстрорежущей стали с высоким содержанием кобальта (HSS-Co или HSS-E), например, HSS-Co 5% (M35) или HSS-Co 8% (M42), так как кобальт значительно улучшает термостойкость и твердость режущей кромки.

Покрытие сверла — нитрид титана (TiN), карбонитрид титана (TiCN) или алюмонитрид титана (AlTiN), также повышает износостойкость, снижает трение и увеличивает срок службы инструмента. Геометрия инструмента должна быть оптимизирована — предпочтительны сверла с углом при вершине 135° для лучшего центрирования и уменьшения усилия подачи, с усиленной сердцевиной и широкими канавками для эффективного отвода стружки. Важно обеспечить остроту заточки и применять низкие обороты (показано в таблице 1) в сочетании с обильным охлаждением для предотвращения перегрева и наклепа материала.

Роль смазочно-охлаждающих жидкостей при сверлении

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) играют важную роль при сверлении нержавеющей стали. СОЖ не только отводят тепло из зоны резания, предотвращая перегрев сверла и заготовки, что может привести к их повреждению и изменению свойств материала, но и смазывают контактные поверхност, уменьшая трение. Снижение трения увеличивает срок службы сверла, улучшает качество поверхности отверстия и облегчает удаление стружки. Без эффективного применения СОЖ сверление становится неэффективным, значительно сокращается ресурс инструмента и возрастает риск брака.

Подбор сверла по типу хвостовика

При подборе сверла по типу хвостовика значение имеет надежная фиксация и передача крутящего момента без проскальзывания. Для обычных ручных дрелей и сверлильных станков используются сверла с цилиндрическим хвостовиком, который фиксируется в стандартном патроне. Однако, для более тяжелых условий сверления или для предотвращения проскальзывания при больших нагрузках, особенно актуальных при работе с вязкой нержавеющей сталью, стоит рассмотреть сверла с трехгранным (Tri-Flat) или шестигранным (Hex) хвостовиком.

Эти типы хвостовиков обеспечивают более плотный захват и минимизируют риск проворачивания сверла в патроне, что особенно важно для поддержания стабильного режима резания и предотвращения поломки сверла. Для профессиональных сверлильных станков с конусным шпинделем используются сверла с коническим хвостовиком Морзе, обеспечивающие максимально жесткое соединение.

Важность правильной заточки сверла

Правильная заточка сверла критически важна при работе с нержавеющей сталью. Тупое или неправильно заточенное сверло не сможет эффективно врезаться в металл, что приведет к перегреву, быстрому износу инструмента, ухудшению качества отверстия (неровные края, заусенцы) и даже к поломке сверла. Оптимально заточенное сверло с правильным углом при вершине (135-140°) и задним углом (12-14°) позволяет эффективно удалять стружку, снижает трение и тепловыделение, продлевает срок службы инструмента и обеспечивает чистое, точное сверление без лишних усилий.

Как просверлить нержавейку в домашних условиях

Сверление нержавеющей стали в домашних условиях — задача вполне выполнимая, но требующая особого подхода и соблюдения нескольких важных правил. Несколько важных советов, которые помогут вам успешно просверлить нержавейку:

1. Выбор правильного сверла:
   • Кобальтовые сверла (с маркировкой HSS-Co или HSS-E). Это лучший выбор для нержавейки. Они обладают повышенной прочностью и износостойкостью благодаря добавлению кобальта в сплав. Чем выше процент кобальта, тем дольше прослужит сверло.
   • Победитовые сверла. Также подходят, но они более дорогие и чаще используются для более твердых материалов (например, бетон).
   • Сверла по металлу HSS-G (шлифованные). Могут использоваться для тонкой нержавейки (до 2 мм), но требуют особой осторожности и минимальных оборотов.
2. Правильная скорость вращения:
   • Низкие обороты. Это, пожалуй, самый важный совет. Нержавейка не любит высоких оборотов. Сверлите на низких и средних оборотах (от 100 до 600 об/мин). Высокие обороты быстро перегревают сверло и металл, что приводит к затуплению и наклепу.
   • Контроль температуры. Если ваша дрель не позволяет выставлять низкие обороты, используйте метод кратковременного включения/выключения, чтобы сверлить «по инерции» и давать сверлу остывать.
3. Обильное охлаждение и смазка:
   • Обязательно используйте смазочно-охлаждающую жидкость. Это может быть:
     • специальный раствор машинного масла с коллоидной серой;
     • олеиновая кислота (содержится в сале, смальце или оливковом масле);
     • обычное машинное масло;
     • спрей WD-40;

Даже обычная вода может быть использована, если ничего другого нет. Наносите смазку непосредственно на рабочую зону сверления с помощью кисти или спрея. Можно периодически окунать сверло в жидкость. Поддерживайте постоянное охлаждение на протяжении всего процесса.

Перед началом работы обязательно наденьте защитные очки и перчатки, хорошо осветите рабочее место. Заготовку необходимо надежно зафиксировать в тисках или при помощи струбцин. Если вы работаете с тонким листом, подложите под него деревянную или резиновую подкладку — это поможет избежать деформации и обеспечит более чистый проход сверла. Перед сверлением тщательно разметьте место работы с помощью карандаша или маркера. Чтобы сверло не соскальзывало в начале сверления, обязательно используйте кернер и сделайте небольшое углубление в центре разметки.

• Оказывайте постоянное, но не чрезмерное давление на дрель. лишком сильное давление может сломать сверло, а слишком слабое — привести к наклепу и затуплению.
• Обращайте внимание на текстуру и цвет стружки. Она должна быть равномерной, а не пылевидной. Изменение стружки может указывать на перегрев или затупление сверла.
• Если вам нужно просверлить отверстие большого диаметра в толстой нержавейке (более 6 мм), делайте это в несколько этапов:
  • начните с более тонкого сверла (например, 4-8 мм);
  • затем переходите к сверлу нужного диаметра.
• Если сверло начало тупиться (перестало резать, начинает скользить, появляется наклеп), немедленно заточите его или замените.

Как видно из статьи, сверление нержавейки не представляет большой сложности, если пользоваться исправным инструментом и подобрать нужные сверла. Общие рекомендации, приведенные выше, подходят как для сверления толстых листов и крупных деталей, так и для тонкостенных изделий, например, кухонной мойки.