Чем сверлить нержавейку: какое сверло выбрать, обороты и охлаждение

Почему нержавейку трудно сверлить

Самые распространённые марки — AISI 304, 316L, 321, 12Х18Н10Т — аустенитные. У них три свойства, которые мешают сверлу. Sandvik Coromant описывает группу ISO M так: высокие силы резания, нарост на кромке, много тепла и упрочнённая поверхность после обработки.

• Наклёп. Аустенит упрочняется при деформации. Если сверло не режет, а давит и трёт, дно отверстия становится твёрже, и следующий оборот снимает ещё меньше металла. Работа S. Dolinšek (Journal of Materials Processing Technology, 2003) называет наклёп, высокую вязкость и низкую теплопроводность главными причинами плохой обрабатываемости аустенитных сталей при сверлении.
• Низкая теплопроводность. По данным ASSDA, теплопроводность аустенитной нержавейки — около 30 % от углеродистой стали. Тепло остаётся в зоне резания, кромка сверла перегревается и теряет твёрдость.
• Налипание и вязкая стружка. Металл налипает на режущую кромку, а стружка идёт длинной вязкой лентой и забивает канавки сверла.

Марки различаются. Outokumpu указывает, что ферритные стали обрабатываются легче аустенитных, а автоматные с добавкой серы ближе всего к углеродистой стали. Ферритная AISI 430 (12Х17) наклёпывается слабее, автоматная AISI 303 даёт ломкую стружку: Guhring для сульфированных нержавеющих сталей даёт скорость резания в 1,4 раза выше, чем для аустенитных. Дуплексные стали, наоборот, сложнее: Sandvik Coromant оценивает их относительную обрабатываемость в 30 % против 60 % у аустенитных. Отличия аустенитных марок по составу и свойствам — в статье «Аустенитная сталь».

Кстати, вокруг просверленного отверстия AISI 304 может начать слабо притягивать магнит: это мартенсит деформации от наклёпа, а не признак подделки. Подробнее — в статье «Магнитится ли нержавейка».

Какое сверло по нержавейке выбрать

Быстрорежущая сталь: обычная и кобальтовая

Обычные свёрла по металлу из магазина — спиральные по ГОСТ 10902-77 из быстрорежущей стали Р6М5 по ГОСТ 19265-73. ГОСТ 2034-80 рассчитывает их на конструкционные и инструментальные стали и чугуны, а стойкость проверяет на стали 45. Нержавейку Р6М5 сверлит, но кромка быстро перегревается и садится, особенно на аустенитных марках.

Если нужно понять, чем просверлить нержавейку надёжно, ответ один: сверло по нержавеющей стали — это кобальтовая быстрорежущая сталь (HSS-Co, в европейских каталогах — HSS-E). Кобальт сохраняет твёрдость кромки при нагреве, а это главное при низкой теплопроводности аустенита.

• Р6М5К5 и M35 — около 5 % кобальта. По ГОСТ 19265-73 в Р6М5К5 его 4,7–5,2 %, в обычной Р6М5 — не больше 0,5 %.
• M42 — около 8 % кобальта и 9,5 % молибдена. Твёрже и теплостойче M35, но более хрупкая: тонкие свёрла легко сломать перекосом дрели.

По ГОСТ 2034-80 свёрла из стали с кобальтом допускается маркировать буквами «HSS Co» с указанием марки на этикетке. Цвет сверла о составе не говорит: бронзовый или золотистый оттенок бывает и от оксидирования, и от покрытия.

Угол при вершине и подточка

У стандартных спиральных свёрл угол при вершине 118°. Для нержавейки выпускают свёрла с более тупой вершиной: у Dormer A777 из HSS-E — 135° с подточкой перемычки (split point), у Guhring серии 329 из кобальтовой стали — 130°. Подточка укорачивает поперечную кромку: сверло центрируется само, меньше уходит с точки и требует меньшего осевого усилия, а значит, меньше давит металл в центре отверстия.

Покрытия

Нитрид титана TiN (золотистый) снижает трение и налипание. Нитрид титана-алюминия TiAlN (тёмный, фиолетово-серый) держит более высокую температуру и подходит для станков и твердосплавных свёрл. Покрытие не заменяет кобальт: оно работает, пока цело, а после переточки остаётся только на ленточках.

Твердосплавные, ступенчатые, коронки

Твердосплавные свёрла, как отмечают специалисты Kennametal, теплостойче, твёрже и прочнее быстрорежущих и кобальтовых. Скорость резания у них в разы выше, часто с подачей СОЖ через сверло. Но твёрдый сплав хрупок: ему нужен жёсткий станок, а биение ручной дрели его выкрашивает. Это инструмент для серий на станке с ЧПУ.

Обороты и подача при сверлении нержавейки

Режим задаёт скорость резания v — скорость кромки на наружном диаметре сверла, м/мин. Обороты считают по формуле:

n = 1000 · v / (π · D), где n — обороты, об/мин; v — скорость резания, м/мин; D — диаметр сверла, мм.

Guhring для кобальтовых свёрл серии 329 рекомендует по аустенитным нержавеющим сталям 35 футов в минуту — около 10,7 м/мин, по сульфированным (автоматным) — 50 футов в минуту, около 15 м/мин. Для сравнения: по нелегированным конструкционным сталям та же таблица даёт 95 футов в минуту, около 29 м/мин, а ГОСТ 2034-80 испытывает свёрла Р6М5 диаметром 3–7 мм на стали 45 при 29 м/мин. Аустенитную нержавейку сверлят примерно втрое медленнее.

Столбец 10 м/мин — стартовый режим для 304, 316 и 321. Ближе к 15 м/мин работают по автоматной AISI 303 или по аустениту при обильной СОЖ и остром сверле. Подачи — ориентир по таблице Guhring для той же серии: сверло 3,2 мм — 0,06 мм/об, 6,35 мм — 0,10, 9,5 мм — 0,13, 12,7 мм — 0,17 мм/об; промежуточные значения интерполированы. Это данные для станка с механической подачей; точный режим для конкретного сверла берут из каталога его производителя.

Подача: постоянная и с нажимом

Для нержавейки подача важнее оборотов. Сверло должно всё время снимать стружку заметной толщины. Специалисты Kennametal советуют начинать с нижней границы скорости резания и довольно высокой подачи: слишком малая подача не даёт кромке врезаться, и под ней образуется наклёпанный слой. Задерживать сверло на дне отверстия нельзя — это та же работа «вхолостую».

Dormer Pramet при износе наружных уголков сверла советует снизить скорость резания и увеличить подачу, а также улучшить подачу СОЖ. Частые выводы сверла для очистки канавок нужны только при глубоком сверлении, когда стружка забивает канавки: каждый новый вход должен сразу начинать резать, а не тереть.

Охлаждение и смазка

Сухое сверление нержавейки — плохая идея: тепло почти не уходит в металл, кромка перегревается, металл налипает на неё, и сверло тупится за несколько отверстий. Смазка снижает трение и нарост на кромке, жидкость ещё и отводит тепло и выносит стружку.

• На станке — смазочно-охлаждающая жидкость: эмульсия или масло для резания, обильно и постоянно, а не каплями время от времени. ГОСТ 2034-80 даже испытывает свёрла с 5-процентной эмульсией или масляной СОЖ с расходом не меньше 5 л/мин.
• Дрелью — масло для резания или паста для сверления и нарезания резьбы. Наносят перед началом и подновляют по ходу, особенно на отверстиях больше 8 мм и в металле толще 3 мм.
• Твердосплавным сверлом — СОЖ через каналы в сверле под давлением, если станок это позволяет.

Вода без присадок работает хуже: она охлаждает, но не смазывает. После сверления остатки масла и пасты смывают с детали, особенно перед сваркой, полировкой или пассивацией.

Как просверлить нержавейку дрелью: пошагово

1. Закрепите деталь. Струбцинами или в тисках. Лист, который провернулся на сверле, — это и травма, и сломанное сверло.
2. Наметьте центр. Керном — лёгким ударом. thyssenkrupp Materials отмечает, что конический керн может наклепать металл в точке, и советует трёхгранный. На полированной поверхности сначала наклейте малярный скотч: сверло меньше скользит, а разметку видно.
3. Выберите сверло. Кобальтовое, острое, 135° с подточкой. С таким сверлом небольшие отверстия можно сверлить сразу по керну.
4. Пилотное отверстие — для больших диаметров. Его диаметр — чуть больше поперечной кромки основного сверла, но заметно меньше конечного: например, 4 мм под 10–12 мм. Рассверливать отверстие на 0,5–1 мм не стоит — основное сверло пойдёт по наклёпанной стенке тонкой стружкой и будет тереть.
5. Выставьте обороты. По таблице выше: для 6 мм — около 500 об/мин, для 10 мм — около 300. У аккумуляторной дрели — первая скорость.
6. Сверлите с нажимом и смазкой. Нажим постоянный и сильный, дрель строго перпендикулярно. Из отверстия должна идти стружка — спиральки или витки. Пошла пыль или сверло засвистело — оно трёт: добавьте нажим или уменьшите обороты.
7. На выходе ослабьте нажим. При выходе сверло подхватывает кромку, особенно в тонком листе, и может заклинить или вырвать заусенец.
8. Снимите заусенец. Зенковкой, сверлом большего диаметра вручную или последней ступенью ступенчатого сверла.

Тонкий лист, толстый металл, труба и большие отверстия

Тонкий лист до 2–3 мм

Спиральное сверло в тонком листе рвёт отверстие в «звёздочку» или треугольник: вершина выходит насквозь раньше, чем уголки начинают резать. Помогают деревянная подложка под листом, струбцины и ступенчатое сверло — оно режет лист как фреза и даёт круглое отверстие с фаской. Защитную плёнку на шлифованном или зеркальном листе не снимайте до конца работ.

Толстый металл

Здесь нужен сверлильный станок или магнитный станок: дрелью сильную постоянную подачу на глубине не удержать. При глубине больше трёх диаметров стружку выводят, иначе она забивает канавки и сверло ломается. Отверстия больше 12 мм в толстом металле быстрее делать корончатой фрезой: она срезает только кольцо.

Труба

На круглой поверхности сверло соскальзывает. Трубу кладут в призму или тиски с V-губками, центр кернят на самой верхней точке, начинают перпендикулярно оси. В тонкостенную трубу большие отверстия делают коронкой.

Большие отверстия: коронки

Для отверстий от 20–25 мм в листе и трубе берут биметаллическую коронку с зубьями из кобальтовой быстрорежущей стали. Обороты считают по той же формуле по наружному диаметру коронки: при 10–15 м/мин коронка 30 мм — около 100–160 об/мин, 50 мм — 60–95 об/мин. Коронка без смазки на нержавейке сгорает так же быстро, как сверло.

Когда отверстий много

Если в листе десятки отверстий, например в панели, решётке, фланцах или кожухе, сверлить их по разметке дорого и неточно. Лазер режет отверстия по программе прямо из чертежа, без наклёпа и заусенцев, координатно-пробивной пресс быстрее на повторяющихся рисунках. Мы делаем это в своём цехе: лазерная резка нержавейки по чертежу и перфорация листов. На лазере отверстие обычно делают не меньше толщины листа. Сравнение лазера, плазмы и гидроабразива — в статье «Чем резать нержавейку».

Типичные ошибки: почему сверло не берёт нержавейку

Если отверстие уже наклёпано и сверло не идёт, продолжать нажимать тем же сверлом бесполезно. Дайте металлу остыть, возьмите новое или переточенное кобальтовое сверло, снизьте обороты и сразу дайте сильную подачу со смазкой, чтобы кромка прошла под упрочнённым слоем. Иногда проще пройти место сверлом чуть большего диаметра.