Просвердлити квадратне. Свердло Уаттса для свердління квадратних отворів: опис, розміри

Про те, як просвердлити отвір круглої форми, знає практично кожен, а про свердло для квадратних отворів відомо далеко не всім. Тим часом просвердлити отвір квадратної форми можна як у виробах з м'якої деревини, так і більш твердих металевих деталях. Для вирішення такого завдання використовуються спеціальні інструменти та пристосування, принцип дії яких ґрунтується на властивостях найпростіших геометричних фігур.

Принципи дії та конструкція

Для того, щоб просвердлити квадратний отвір, зазвичай використовують свердло Уаттса, в основу конструкції якого покладено таку геометричну фігуру, як трикутник Рело. Одна з найважливіших особливостей такої фігури, що є область перетину трьох рівних кіл, полягає в наступному: якщо до такого трикутника провести пару паралельних опорних прямих, то відстань між ними завжди буде постійною. Таким чином, якщо рухати центр трикутника Рело по траєкторії, що описується чотирма еліпсоїдними дугами, його вершини викреслюватимуть практично ідеальний квадрат, у якого будуть лише трохи заокруглені вершини.

Унікальні властивості трикутника Рело дозволили створити свердла для квадратних отворів. Особливістю використання такого інструменту є те, що вісь його обертання повинна не залишатися на місці, а переміщатися вищеописаною траєкторією. Звичайно, цьому переміщенню не повинен перешкоджати патрон обладнання. При використанні такого свердла та відповідного оснащення квадратний отвір виходить з ідеально рівними та паралельними сторонами, але з трохи округленими кутами. Площа таких необроблених інструментом куточків становить лише 2% площі всього квадрата.

Принципи дії та конструкція

Виготовлення пристрою для свердління квадратних отворів

Використовуючи свердла Уаттса, що працюють за принципом трикутника Рело, можна виконувати свердління квадратних отворів у металевих заготовках навіть на звичайному верстаті, не обладнаному спеціальними насадками. Для того, щоб створити квадратний отвір у дерев'яній деталі, можна використовувати і звичайний дриль, але для цього його необхідно оснастити додатковими пристроями.

Виготовити нескладний пристрій, що дозволяє просвердлити квадратні отвори в дерев'яних заготовках, можна за рекомендаціями.

Для початку, використовуючи лист фанери або дерев'яну дошку невеликої товщини, необхідно зробити сам трикутник Рело, геометричні параметри якого повинні відповідати діаметру свердла Уаттса.
Свердло треба жорстко зафіксувати на поверхні виготовленого трикутника.
Щоб трикутник Рело і закріплене на ньому свердло переміщалися необхідною траєкторією, необхідно виготовити дерев'яну напрямну рамку. У внутрішній частині рамки слід вирізати квадрат із геометричними параметрами, що повністю відповідають розмірам отвору, який ви збираєтеся просвердлити.
Рамка за допомогою спеціальної планки фіксується на дрилі, при цьому центр трикутника Рело, що поміщається в напрямну рамку, повинен збігатися з віссю обертання патрона електроінструменту.
Для того щоб повідомити свердлу для виконання квадратного отвору крутний момент, але при цьому не створити обмежень для переміщення інструменту в поперечному напрямку хвостовик з'єднують з патроном дриля за допомогою передавального механізму, що працює за принципом карданного валу вантажного автомобіля.
Дерев'яну заготовку, в якій необхідно просвердлити квадратний отвір, слід надійно зафіксувати, при цьому розташувати її так, щоб центр майбутнього отвору суворо збігався з віссю обертання свердла, що використовується для обробки.

Зібравши такий нескладний пристрій, надійно зафіксувавши всі елементи його конструкції та оброблювану заготовку, можна включати електричний дриль і починати процес свердління.

Як уже говорилося вище, просвердлений за допомогою такого пристрою квадратний отвір матиме абсолютно рівні та паралельно розташовані сторони, але його кутові ділянки будуть злегка закруглені. Вирішити проблему із закругленими кутами нескладно: можна доопрацювати їх за допомогою звичайного надфілю.

Слід мати на увазі, що використовують вищеописане пристосування, яке не відрізняється високою жорсткістю, для свердління отворів квадратної форми в дерев'яних заготовках невеликої товщини.

Свердло Уаттса і зроблений за його допомогою квадратний отвір у металевій заготовці.

Проблем із утворенням круглих отворів у металі, як правило, не виникає. Сьогодні у продажу можна зустріти просто величезну кількість свердл, деякі можуть застосовуватися для утворення квадрата чи прямокутника. Для вирішення подібного завдання також використовуються спеціальні пристрої.

Свердло або фреза

Часто квадратні отвори одержують при застосуванні фрез. Подібний інструмент набув дуже широкого поширення, однак у деяких випадках квадратні отвори в металі простіше отримати при використанні свердл. Прикладом назвемо такі моменти:

Робота проводиться рідко, тому необхідно знизити витрати на придбання спеціального інструменту. Фрези обходяться набагато дорожче.
Невелика площа обробки. Геометрична форма поширених фрез визначає обмеження щодо їх мінімального розміру.
Потрібно отримати наскрізний отвір у металі з великою товщиною.

Крім цього, фрези встановлюються в верстатах, які коштують дорого, але й для свердління звичайне обладнання не підійде. Це з тим, що свердло має пересуватися певною траєкторії.

Пристрій та принцип роботи

Свердло для квадратних отворів Уатса створене на основі форми трикутника Рело. Серед особливостей можна відзначити:

Робоча частина свердла утворюються для формування області перетину трьох рівних кіл особливої форми.
Якщо розташувати у трикутників робочої частини свердла кілька паралельних опорних прямих, відстань між ними буде однаковим.
Під час роботи вісь свердла повинна переміщатися певною траєкторією, за рахунок чого і виходить квадрат або прямокутник.

Варто враховувати, що прямокутник або квадрат має трохи закруглені кути. Пристрої для свердління квадратних отворів Уаттса не повинно обмежувати пересування патрона зі свердлом, інакше одержати розглянуту форму не вийде. Принципи дії та конструкція обладнання, що рекомендується, дозволяють створити його своїми руками при використанні підручних матеріалів.

Альтернативні способи одержання квадратних отворів

Отримання радіусних дуг призводить до істотного зниження якості виробу. Саме тому часто розглядається можливість використання інших методів одержання квадратного отвору:

Лазерні установки сьогодні набули широкого поширення. Вони можуть застосовуватися для обробки заданої траєкторії, при фокусуванні променя відбувається нагрівання металу, за рахунок чого утворюється необхідна поверхня.
Метод штампування застосовується протягом тривалого періоду. Він передбачає використання спеціального обладнання, яке здатне чинити високий тиск на листові та інші заготівлі. Недолік методу полягає у високій вартості обладнання, а також у можливості отримання лише неглибоких виїмок.
При застосуванні газового зварювання можна утворити прямокутну форму. Однак подібна технологія характеризується невисокою практичністю у застосуванні вироби низькоякісні.

У продажу зустрічаються спеціальні комплекти пробійників, які також можуть застосовуватися в даному випадку. Комплект представлений поєднанням наступних елементів:

Втулка для спрямування пробійника.
Спеціальний утримувач.
Кільцевий обмежувач ходу.
Матриця.

Для того щоб надати високе навантаження на робочий інструмент застосовується гідравлічний домкрат. Подібна технологія характеризується тим, що фігура, що отримується, має чисті і рівні грані, тобто додаткова механічна обробка для підвищення якості поверхонь не потрібна.

Про-стей-шая фігу-ра по-сто-ян-ної ши-ри-ни - по-мо-же нам у свер-лі-ні квад-рат-них від-вер-стий. Якщо рухати центр цього «трикутника» по якоїсь тра-ек-то-рії, то його вер-ши-ни вичертятьмайже квад-рат, а сам він замете всю площу внутрі по-лу-чен-ної фігу-ри.

Гра-ні-ци по-лу-чен-ної фігу-ри, за ис-клю-че-ні-єм невеликих ку-соч-ків по кутах, бу-дуть стро-го пря-ми-ми! І якщо про-дов-жити від-різ-ки, тим самим до-ба-вив уго-лоч-ки, то по-лу-чит-ся в точ-ності квад-рат.

Для того, щоб по-лу-чи-лося опи-сан-ное вище, центр трикут-ні-ка Ре-ло потрібно рухати по тра-ек-то-рии, яв- ля-ю-чей-ся склей-кою з че-ти-рех один-на-ко-вих дуг ел-ліп-сов. Цен-три ел-ліп-сов роз-по-ло-же-ни у вер-ши-нах квад-ра-ту, а по-лу-осі, по-вер-ну-ті на кут $45^\circ$ від-но-си-тель-но сторін квад-ра-ту, рівні $k\cdot(1+1/\sqrt3)/2$ і $k\cdot(1-1/\sqrt3)/ 2$, де $k$ - довжина на сто-ро-ни ви-чер-чи-ва-е-мо-го квад-ра-ту.

Кри-ві, скруг-ля-ю-щі кути, так-же яв-ля-ють-ся ду-га-мі ел-ліп-совз цен-тра-ми в кутах квад-ра-ту, їх по-лу-осі по-вер-ну-ти на кут $45^\circ$ від-но-си-тель-но сто-рон квад- ра-та і рівні $k cdot (sqrt3 + 1) / 2 $ і $ k cdot (1 / sqrt3-1) / 2 $.

Пло-щадь неза-ме-тен-них уго-лоч-ків складає всього око ло 2% від пло-ди всього квад-ра-ту!

Тепер, якщо зробити свердло у вигляді трикутника Рело, то можна буде свердлити квадратні відверстия з небагато -го скруг-лен-ни-ми кут-ка-ми, але аб-со-лют-но пря-ми-ми сто-ро-на-ми!

Залишилось зробити таке свердло… Скоріше, са-мо свердло зробити нескладно, потрібно тільки щоб воно на-по-мі-на-ло в се-че-нии трикутник Ре-ло, а ре-жу-щі кром-ки сов-па-да-ли з його вер-ши-на-ми.

Трудність за-клю-ча-ється в тому, що, як уже було від-ме-че-но ви-ше, тра-ек-то-рия цен-тра свер-ла долж-на зі -Сто-ять з че-ти-рех дуг ел-ліп-сов. Ві-зу-аль-но ця кри-ва дуже по-хо-жа на окружність і навіть ма-те-ма-ти-че-ски близька до неї, але все ж це не є оточ- ність. А всі екс-цен-три-ки (коло, по-са-жен-ний на коло дру-го-го ра-ді-у-са зі зміщеним центром), ис-поль-зу- е-міє в тех-ні-ці, да-ють рух стро-го по окружності.

У 1914 році ан-глій-ський інженер Гар-рі Джеймс Уаттс при-ду-ми-ва-є, як влаштувати таке сверд-лення. На поверхню він на-кла-ди-ва-є на-прав-ля-ю-ний шаб-лон з про-рі-зю у вигляді квад-ра-ту, в ко-торому хо-дить свер-ло, встав-лен-не в па-трон зі «сво-бод-но пла-ва-ю-щим у ньому свер-лом». Патент на такий патрон був виданий фірмі, який почав зготувати свердлів Уатт-са в 1916 році.

Дже-ро-ла-мо Кардан (1501 - 1576). Коли в 1541 році ім-пе-ра-тор Карл V три-ум-фаль-но увійшов у за-во-е-ван-ний Мі-лан, рек-тор кол-ле-гії вра -Чий Кар-да-но йшов поряд з бал-да-хі-ном. У відповідь на ока-зан-ну честь він запропонував забезпечувати королівський екіпаж підвіскою з двох валів, якість котрих не ви-ве-де ка-ре-ту з го-ри-зон-таль-но-го по-ло-же-ня […]. Справедливість вимагає відмітити, що ідея такої системи восхо-дить до античності і що по крайній мірі в «Ат-лан-ті-че-ському ко-дек-сі» Лео-нар-до да Він-чі має-ся ри-су-нок су-до-во-го ком-па-са з кар -даним під-ве-сом. Такі ком-па-си по-лу-чи-ли роз-про-стра-не-ня в першій по-ло-вині XVI століття, по-ві-ді-мо-му, без влі -я-ня Кар-да-но.

С. Г. Гін-ді-кін. Рас-ска-зи про фізи-ків і ма-те-ма-ті-ків.

Ми ж вос-поль-зу-ємо-ся іншою з-вест-ною кон-струк-ці-ей. При-кріпим свердложорст-ко до трикутника Ре-ло, поміщений у квадратну направляючу рамку. Са-ма рам-ка фік-сі-ру-є-ся на дре-лі. Залишилося тепер пе-ре-дати обертання па-тро-на дрі-ли трикутнику Ре-ло.