Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Сверло 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.

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.
Читайте также:
Отопительные приборы для дачи

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.

Квадратное сверло или как просверлить отверстие квадратной формы разными способами

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.

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. Размер квадратного отверстия — все зависит от поставленной задачи. Насадки в зависимости от размера оправки имеют соответствующие параметры. Надо понимать, что это один из главных параметров. Долото насадки всегда имеет меньший диаметр, чем размер оправки
  4. Тип хвостовика — на этот параметр важно обратить внимание, так как закрепить сверло с конусным хвостовиком в патроне дрели не получится
  5. 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
Читайте также:
Смотреть бежевые обои в зале, гостиной, спальни и кухне (47 ФОТО), совмещения и сочетания бежевых обоев между собой и темной мебелью, комбинирование оттенков.

Размер сверла d, мм B, мм L, мм C, мм D, мм E, мм
6х6 4 45 160 115 6 19
8х8 5,7 50 205 135 8 19
10х10 6,8 50 205 140 10 19
12х12 9,5 70 210 140 12 19

На основании вышеуказанных параметров следует выбирать сверла под квадратные проемы. Для начала определитесь с размером необходимого отверстия, а также его шириной.

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.

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.

Читайте также:
Пружинные блоки для диванов: виды и их особенности

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.

Все о сверлах для квадратных отверстий

  1. Особенности
  2. Виды и их устройство
  3. 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.

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.

Читайте также:
Почему гудит трансформатор: возможные причины и возможности устранения шума

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.

Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

Отверстия квадратной формы в заготовках или изделиях, выполненных из металла и других материалов, можно получить с помощью режущего инструмента, называемого сверлом для квадратных отверстий. Оно имеет еще одно название – сверло Уаттса. Квадратные отверстия получаются с небольшими закруглениями в углах, которые почти незаметны. Их сверлят, рассверливают и засверливают в металле черном и цветном толщиной не более 16 мм, дереве, фанере и других материалах, включая вещества композитного происхождения. Операция выполняется с помощью дрели, перфоратора или на станках токарных или протяжных. Применяются в промышленности, сельском хозяйстве и быту при изготовлении продукции, ремонте и выполнении поделок собственными руками.

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

История появления инструмента

В основе конструкции сверла Уаттса — треугольник Рело. Для получения такой фигуры необходимо начертить равносторонний треугольник и три окружности. Их центры располагаются в углах треугольника, а радиус равен его стороне. В результате получается треугольник со скругленными сторонами. Инженер из Германии Ф.Рело заметил, что при определенных способах вращения у новой фигуры траектория максимально приближена к квадрату.

Треугольник Рело:

В 1916 году Уаттс оформил патент на специальное приспособление. Его техническая разработка обеспечила перемещение сверла таким образом, чтобы гарантированно получать отверстия квадратной формы.

Сверло Уаттса:

Это интересно: Вощина и вальцы для ее производства: делаем своими руками

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.

Что используют на производстве

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

  1. корпусов;
  2. зубчатых венцов;
  3. переходников под основные шпиндели;
  4. приводных шестерней;
  5. шестерней зацепления;
  6. качающихся втулок.

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:

  1. корпусов;
  2. плавающих хвостовиков;
  3. качающихся колец;
  4. сменных втулок;
  5. опорных шариков;
  6. крепежных винтов.

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

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.

Читайте также:
Один из лучших способов укладки паркета: фанера в качестве подложки

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.

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.

О том, как правильно просверлить квадратное отверстие, вы можете узнать из видео ниже.

Это интересно: Бормашины (граверы) для резьбы по дереву: разновидности, особенности, правила выбора

Иные способы получения квадратных отверстий в металле

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

  1. 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.
  2. Применение обычных сверл и напильников. Метод выглядит так.
  3. 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!

    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.

    Размерный ряд

    Рабочие размеры свёрл по металлу представлены современными производителями в широком диапазоне. ГОСТом предусматривается разделение таких изделий на типы в соответствии определённым размерам.

    Серия Короткая Удлинённая Длинная
    диаметр, мм 0,3-20 0,3-20 1-20

    ГОСТы 4010-77, 886-77 и 10902-77 регламентируют классификацию свёрл по длине и диаметру.

    Сверление квадратных отверстий — сверло Уаттса и принцип треугольника Рёло

    О сверле Уаттса и треугольнике Рёло

    Для того чтобы понять, как работает сверло Уаттса, нужно выполнить небольшой экскурс в геометрию. Еще в 15 веке математиков заинтересовали интересные свойства плоских фигур с равной толщиной. Наиболее известной такой фигурой является окружность. Другой простой фигурой из данного ряда является скругленный треугольник.

    Данная фигура получается так. За основу берется равносторонний треугольник. Затем из каждой вершины треугольника прочерчивается окружность радиусом равным стороне треугольника. В итоге получится новая фигура с дугообразными сторонами (сморите рисунок ниже).

    Немного позже ученый Л. Эйлер обратил внимание на интересную траекторию вращения скругленного треугольника. Затем инженер Рело увидел, что при определенном способе вращения фигуры, траектория ее вершин описывает форму очень близкую квадрату. Для этого необходимо производить вращение с некоторым эксцентриситетом. При таком движении лишь во внутренних углах полученного квадрата образуются незначительные скругления. Такой треугольник сегодня известен под названием треугольник Рело.

    Читайте также:
    Самый экономичный вид бурения

    В начале 20 века английский ученый Уаттс смог изобрести и запатентовать техническое решение, которое бы обеспечило такое движение металлорежущего инструмента, чтобы в итоге в обрабатываемой детали получилось квадратное отверстие. Получившийся в итого инструмент стал носить название сверло Уаттса.

    Классификация сверл для квадратных отверстий

    В современной металлообработке практически весь режущий инструмент, который применяется для получения квадратных отверстий, работает по принципу вращения треугольника Рело. Сверло Уаттса (или как его еще иногда называют сверло Рело) позволяет получить квадратные отверстия различных размеров в металлических деталях различной толщины. Классифицируют данный инструмент по его размерам, материалу изготовления, конструкцией хвостовика.

    Сверло Уаттса по металлу обязательно должно быть изготовлено из быстрорежущей стали. Такой инструмент имеет маркировку HSS (High Speed Steel). Для инструмента отечественного производства применяют инструментальную сталь У10 либо легированные стали Х12 и Х12МФ. Твердость инструмента должна иметь значение от 52 до 60 HRC. Квадратное сверло может иметь различный диаметр в зависимости от размера стороны квадрата.

    Отметим, что купить сверло Уаттса довольно непросто. Не стоит ожидать, что его можно будет найти в каждом магазине металлорежущего инструмента. Возможно, придется приобретать его на заказ в крупном магазине инструмента или покупать в интернет магазине.

    Определения качества по цвету

    Качество сверла по любому материалу определяется прежде всего по его цвету:

    • Чёрный цвет имеют инструменты повышенной износостойкости, так как на финишной стадии изготовления они обрабатываются паром.
    • Термически обработанные изделия не имеют внутреннего напряжения, отличаются высокой стойкостью к высоким температурам и не деформируются при работе с твердосплавными сталями. Такие свёрла имеют слегка золотистый оттенок.
    • Самые качественные и прочные имеют яркий золотистый цвет. Они покрыты уменьшающим трение нитридом титана.
    • Обычные необработанные свёрла серого цвета имеют минимальный срок эксплуатации и самую низкую цену.

    Особенности сверления квадратных отверстий в дереве

    В мебельном производстве часто соединение деталей выполняют по системе шип-паз. Это соединение предполагает наличие в комплектуемых деталях пазов квадратного профиля. Для получения отверстий в древесине применяют специальное квадратное сверло по дереву. Оно представляет собой комплект долбежного инструмента. Он состоит из внутреннего сверла по дереву и надеваемого на него долота. Обычно диаметр сверла колеблется в пределах от 6 до 18 миллиметров. Хвостовик обычно идет диаметром 19 миллиметров. Такие комплекты могут быть установлены на долбежно-сверлильные станки.

    инженер поможет — приспособления для долбления

    Промышленные предприятия, где изготовление шиповых соединений является составной частью единого процесса серийного производства, оснащены высокопроизводительным оборудованием для работы в напряженных режимах.

    Такие специализированные станки слишком дороги, но можно использовать значительно более дешевые долбежные приспособления хорошего качества, которые в качестве насадок устанавливаются на машины с другой специализацией, например сверлильные или строгальные станки. Многие любители столярного дела с удовольствием и пользой применяют такую оснастку в своей работе.

    насадка с полым долотом

    Сверльный станок можно использовать для изготовления пазов и гнезд, установив в его патроне долбежную насадку с полым долотом. В приспособление входит специальное шнековое сверло, проходящее внутри квадратного полого долота с четырьмя режущими кромками.

    При вхождении его в древесину насадка вырезает отверстие строго квадратного сечения, при этом шнековое сверло выбирает отход немного впереди долота, который срезает остатки для получения квадратного гнезда. Чтобы вырезать длинный прямоугольный паз или гнездо, сдвигайте заготовку между рабочими ходами долота. В промышленности применяются большие полые долота, а для домашнего использования выпускаются насадки с возможностью установки долот со стороной квадрата 6- 18 мм.

    Выполнение гнезд долбежной насадкой с полым долотом

    Установите глуби ну хода сверлильного станка с учетом требуемой глубины гнезда. Опустите рабочий орган, чтобы он вырезал квадратное отверстие вплотную к одному краю паза, затем сдвиньте заготовку и выполните второе квадратное отверстие у другого края паза. Затем выберите отход между ними несколькими ходами долота.

    Опускайте долото уверенно и равномерно. Не пытайтесь ускорить темп долбежки при работе с твердыми породами, так как небольшие долота могут расколоться под давлением. Но и не затягивайте процесс, чтобы долото не перегрелось из-за трения между ним и шнеком сверла.

    Если выбирается сквозной паз, под заготовку необходимо подложить оструганную деревянную подложку. Это не только предотвратит контакт долота с металлическим столом станка, но и убережет нижнюю сторону заготовки от расщепления при выходе долота из материала.

    В качестве технологической альтернативы можно вырезать паз, переворачивая заготовку, с обеих ее сторон.

    Заточка шнекового сверла и долота

    Долбежные шнековые сверла, так же как и обычные шнековые сверла для ручного коловорота, затачиваются маленьким напильником, или надфилем. Четыре режущие кромки квадратного долота затачиваются одновременно с помощью специального инструмента, похожего на зенкер, но с центральным направляющим кончиком, который удерживает инструмент по центру долота. Долото затачивается посредством вращения этой точильной насадки, установленной в патроне коловорота. Для каждого долота требуется соответствующий ему точильный инструмент.

    Фрезерная насадка

    Фрезерная насадка включает в себя горизонтально устанавливаемую фрезерную головку для выполнения одинаковых операции. Это приспособление использует при вод другой машины — в частности, строгального или универсального станка — и устанавливается в патрон на конце ножевого блока. Патрон, аналогичный патрону электродрели, может принять головки диаметром 6 — 16 мм с двумя режущими кромками, одна из которых иногда зазубрена. Долбежный стол, на котором фиксируется заготовка, монтируется рядом с патроном.

    Принцип действий и конструкция сверла Уаттса

    Сверление квадратных отверстий при помощи сверла Уаттса основано на принципе вращательного движения треугольника Рело по специфичной эксцентрической траектории.
    Форма сверла не повторяет в точности скругленный треугольник, но своими режущими кромками вписывается в его форму.

    Читайте также:
    Растения для очистки воздуха в квартире: спасаемся от духоты большого города

    Сверло имеет такую форму вырезов для того, чтобы отводить стружку из рабочей зоны, а также максимально снизить момент инерции инструмента. К тому же уменьшение массы инструмента способствует снижению нагрузок на шпиндель металлорежущего станка, а заостренные кромки повышают режущие возможности сверла.

    Кроме сверла Уаттса для работы обязательно понадобится переходной шпиндель, который обеспечит попеременное смещение центра инструмента и задаст нужную для работы траекторию.

    Он состоит из переходного крепления для соединения со шпинделем станка, зубчатого венца, приводной шестерни и шестерни зацепления, а также качающихся втулок. Для использования квадратного сверла с бытовым электроинструментом производители выпускают специальные накладные шаблоны с карданной передачей.

    Геометрические параметры

    К основным геометрическим параметрам относят такие показатели:

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

    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.

    Принцип действий и конструкция треугольник Рело

    Треугольник Рело представляет собой плоскую геометрическую фигуру. Она образуется при соединении вершин равностороннего треугольника дугами окружностей, проведенными из каждой вершины этого же треугольника.

    Особенность треугольника Рело состоит в том, что при совершении качательного движения его вершины описывают траекторию почти идеального квадрата.

    Единственным недостатком такого вращения треугольника Рело является то, что в углах квадрата остаются небольшие скругления.

    При необходимости получения квадратного отверстия с внутренними углами 90 градусов его придется доработать. Это можно сделать вручную с помощью напильников и рашпилей либо на долбежных станках.

    Альтернативные варианты для проделывания квадратного отверстия

    Хотя сверло Уаттса является наиболее производительным и точным инструментом для получения квадратных отверстий, нужно еще рассказать, как просверлить квадратное отверстие другими способами.

    Для этого существует несколько неплохих методов. При работе с квадратными сверлами полученное в заготовке отверстие будет иметь закругления небольшого радиуса, которые затем необходимо устранять другими операциями. К тому же, нет возможности работы с деталями значительной толщины.

    Рассмотрим эти методы подробнее:

    • В условиях производства наиболее точным чистовым способом вырезки отверстия квадратного сечения является лазерная резка. Но для этого необходимо иметь в парке оборудования дорогостоящие сложные станки с ЧПУ.
    • Еще одним способом является высверливание в детали круглого отверстия диаметром описанной по квадрату окружности. Затем углы отверстия завариваются при вставленном шаблоне. Этот метод требует наличия сварочного аппарата и соответствующих навыков.
    • В условиях серийного производства при работе с листовым и тонкостенным металлом квадратные отверстия получают методом листовой штамповки. В единичном производстве это не актуально, поскольку требует изготовления вырубных или пробивных штампов.
    • При работе в домашних условиях, если квадратное отверстие нужно не совсем мелких размеров, то просверлить его можно следующим способом. В детали обычным сверлом по металлу выполняют круглое отверстие диаметров вписанной в квадрат окружности. Затем придают воображаемым углам и граням квадрата прямолинейность с помощью напильника и долота.
    • Для работы с металлом небольшой толщины также выпускаются специальные пробойники квадратного сечения. Максимальный их размер составляет 70 на 70 миллиметров.

    Оборудование и приспособления для сверления

    Для каждого из этапов разработан инструмент для сверления отверстий. На подготовительной стадии применяются следующие инструменты, позволяющие производить точную разметку места положения будущего отверстия. Для этого применяют: керн, специальный шаблон или кондуктор. Керн представляет собой хорошо заточенный стержень из прочной инструментальной стали. С его помощью наносят углубление на поверхности заготовки, в точке, где планируется произвести сверление. Попадая в это углубление, сверло не скользит по поверхности и производится точное сверление.

    Для повышения производительности на предприятиях с массовым производством изготавливают специальные шаблоны. Они позволяют производить разметку мест будущих отверстий у однотипных заготовок. Специальные шаблоны применяют для высверливания на цилиндрических поверхностях. Их изготавливают из стальной полоски, согнутой под прямым углом. На одной из поверхностей сверлят небольшое отверстие, которое в дальнейшем позволит керном наносить отметку на цилиндрической поверхности.

    Для получения повышенной точности разметки, соблюдения вертикального положения сверла и соблюдения заданного расстояния, между отверстиями применяется инструмент называемый кондуктором. Кроме этого его применяют при сверлении тонкостенных изделий, для которых не возможно сильное механическое воздействие (например, удар молотка по керну).

    Кроме этих изделий применяют инструменты и приспособления позволяющие производить сверление дрелью при её жесткой фиксации. С этой целью применяю:

    • направляющий фиксатор;
    • удерживающая стойка;
    • кондуктор для направления движения сверла.

    Первые два приспособления изготавливаются под конкретную конструкцию электродрели. Кондуктор позволяет точно направлять сверло к месту будущего отверстия. Его успешно используют для размеров, не превышающих 20 миллиметров. Поэтому при изготовлении отверстий большого диаметра с помощью кондуктора производят предварительное рассверливание.

    Все эти проблемы легко решаются при применении сверлильных или токарных станков. Сверлильные станки делятся на три категории:

    • универсальные;
    • специализированные;
    • специальные.

    Они классифицируются по следующим признакам:

    • конструкцией стола;
    • уровню автоматизации;
    • количеству имеющихся шпинделей;
    • степени точности;
    • наличию дополнительных возможностей.

    Первая категория станков позволяет решать практически весь спектр задач по производству отверстий. Серьёзным ограничением служит допустимое расстояние, на которое может двигаться патрон с закреплённым сверлом. Это обстоятельство не позволяет производить сверления на большую глубину. В этом случае применяют специализированные станки. Для повышения производительности труда и увеличении количества выпускаемых однотипных деталей конструируют специальные агрегаты. Они способны выполнять перечень необходимых операций с высокой точностью и скоростью.

    По конструкции такие станки выпускаются с одним или несколькими шпинделями. Конструкция стола отличается многообразием: обычные, плавающие, подъёмные и другие. Уровень автоматизации определяется способом выполнения операций сверления. Самыми простыми станками являются ручные и механические. Более совершенными являются автоматические и станки с числовым программным управлением.

    Читайте также:
    Ремонт ванных комнат с душевой кабиной – фото

    Кроме сверлильных станков для решения этих задач используют различные токарные станки.

    На токарных станка можно выполнять весь перечень операций связанных с получением отверстий: непосредственно само сверление, рассверливание с последующим развёртыванием или зенкованием.

    Сабвуфер своими руками

    Низкочастотная акустическая система является составной частью любого звукового комплекса. Сочные и насыщенные басы заставляют по-иному звучать колонки для музыкального центра, компьютера или автомобильного салона. Басовую колонку можно купить в специализированном магазине или сделать самостоятельно. Акустика любого типа бывает – пассивная и активная. Пассивная колонка представляет собой ящик, в котором установлен низкочастотный динамик. На одну из стенок конструкции выведены клеммы для подключения внешнего источника звукового сигнала.

    Как правило, для работы пассивной конструкции требуется усилитель низкой частоты, так как большинство устройств для воспроизведения звука не обеспечивают уровень сигнала, достаточный для нормальной работы мощного громкоговорителя. Любую акустическую систему можно сделать самостоятельно, но для изготовления активной колонки потребуется усилитель. Чтобы изготовить сабвуфер своими руками нужно сначала приобрести низкочастотный динамик, так как расчёты корпуса выполняются по электродинамической головке.

    1. Пассивный сабвуфер своими руками
    2. Как сделать мощный сабвуфер своими руками
    3. Из чего можно сделать сабвуфер
    4. Как сделать маленький сабвуфер
    5. Схема активного сабвуфера своими руками

    Пассивный сабвуфер своими руками

    Как сделать простой пассивный сабвуфер.Такая конструкция представляет собой корпус, в котором установлена низкочастотный динамик. Объём корпуса обычно измеряется в литрах и зависит от диаметра динамической головки и конструкции корпуса. На корпусе пассивной колонки нет никаких регулировок, а на задней или боковой стенке находится контактная колодка для подключения источника звукового сигнала.Ящик для низкочастотной колонки может быть изготовлен по одной из трёх схем:

    • Закрытая конструкция
    • Акустический фазоинвертор
    • Бандпасс

    Закрытая конструкция ящика является самым простым решением. Объём корпуса легко высчитывается, а сборка конструкции не представляет сложности даже для начинающего мастера. Чтобы сделать самодельный саб потребуется небольшое количество деталей простой формы. Верхнюю, нижнюю и две боковых стенки можно вырезать одинакового размера. В передней стенке вырезается отверстие для установки динамика, а в заднюю стенку врезается колодка с контактами.Внутренний объём закрытого ящика зависит от типа громкоговорителя. Габариты корпуса низкочастотной колонки можно определить из следующей таблицы:

    • Динамик 20 см – 8-12 литров
    • Динамик 25 см – 13-14 литров
    • Динамик 30 см – 25-38 литров
    • Динамик 38 см – 39-58 литров

    Кроме простой конструкции закрытый ящик выдаёт чёткий, быстрый бас и обладает сравнительно ровной амплитудно-частотной характеристикой.

    Как сделать сабвуфер своими руками схема. На рисунке изображена акустическая низкочастотная система, рассчитанная под громкоговоритель 15 дюймов или 38 санитметров. Корпус изготовлен из материала толщиной 20 мм. Переднюю стенку рекомендуется сделать двойной толщины. Колодку с контактами для подключения кабеля от источника звука можно установит на задней стенке устройста. Для увеличения акутического объема колонки, её внутренность заполняется демпфером. Для этого можно использовать обыкновенную вату, которая набивается в марлевый мешок, или синтепон. На нижнюю стенку нужно привернуть саморезами резиновые ножки. Как изготовить сабвуфер закрытого типа. После того, как выбор динамической головки сделан, нужно подготовить материал.

    Для низкочастотных акустических систем обычно используется многослойная хорошо проклеенная фанера или мелкодисперсная фракция (МДФ). Для домашней колонки можно так же использовать ДСП. В автомобильную акустику этот материал лучше не применять, так как от постоянной тряски и вибрации и повышенной влажности крепёжные элементы будут самопроизвольно выворачиваться, и колонка может разрушиться. При сборке мощной акустической системы фанеру, даже многослойную, использовать не рекомендуется. При сильной вибрации конструкции фанерный ящик будет резонировать, что создаст неприятные звуковые обертоны при прослушивании музыки.

    Как сделать мощный сабвуфер своими руками

    Чтобы собрать мощный сабвуфер своими руками можно воспользоваться конструкцией колонки с акустическим фазоинвертором. Принцип работы акустического фазоинвертора объясняет следующий пример. При подаче на динамик синусоидального сигнала звуковой частоты, на положительную полуволну происходит движение диффузора вперёд, а на отрицательную – назад. Поэтому излучаемые волны находятся в противофазе. Акустический фазоинвертор, благодаря своей конструкции,«переворачивает» отрицательную полуволну и отражает её на слушателя. Таким образом, человек воспринимает две фазированные полуволны. При этом громкость акустической системы возрастает.

    По сравнению с закрытым ящиком уровень громкости фазоинверторной конструкции будет больше в 1,5-2 раза.Это происходит за счёт высокого КПД. Добиться, в конструкции, идеального совпадения по фазе двух полуволн очень сложно. Поэтому при прослушивании музыки на акустической системе с фазоинвертором, бас будет не такой чёткий, как из закрытого ящика, а немного «размазанным». Конструкцию с акустическим фазоинвертором можно сделать самостоятельно.

    Делаем сабвуфер своими руками. Внутренний объём колонки с фазоинвертором, для одного типа громкоговорителя, примерно в два раза больше, чем для закрытого ящика. Для динамика диаметром 8 дюймов (20 см) объём колонки с фазоинвертором будет от 20 до 35 литров, а для громкоговорителя 12 дюймов (30 см) – 45-80 литров. Причём это «чистый» объём, исключающий место занятое динамической головкой. Акустический фазоинвертор (ФИ) может иметь форму щели. В этом случае его внутренняя часть образуется дополнительными плоскостями, которые образуют отражающие поверхности. Настройка акустического ФИ определяется резонансной частотой динамической головки, поэтому бесполезно начинать делать корпус, не имея громкоговорителя с известной резонансной частотой. Частота резонанса ФИ должна быть на 1/3 ниже частоты резонанса динамика.

    Для расчёта размеров плоскостей существуют специальные формулы. Щелевой инвертор фазы не допускает возможности точной настройки или перестройки по частоте. Поэтому, при изготовлении низкочастотной колонки по чертежу нужно строго соблюдать все указанные размеры. Для повторения конструкции лучше подойдет колонка с цилиндрическим фазоинвертором. Это два отрезка пластмассовой трубы, один из которых может перемещаться внутри другого. Такая конструкция позволяет выполнить настройку фазоинвертора, перемещая подвижную секцию, тем самым изменяя его площадь. Используя вариант колонки с цилиндрическим портом можно сделать сабвуфер для кинотеатра своими руками. Цилиндрические инверторы фазы разных размеров можно купить на радио рынке или в специализированных магазинах.

    Читайте также:
    Скинали: стеклянный фартук для интерьера современной кухни

    Из чего можно сделать сабвуфер

    Чтобы собрать правильный сабвуфер своими руками нужно не ошибиться в выборе материала. Для изготовления акустической системы можно использовать следующий продукт:

    • Многослойная (корабельная) фанера
    • Мелкодисперсная фракция (МДФ)
    • Древесно-стружечная плита (ДСП)

    Для изготовления корпуса мощной акустики подойдёт материал имеющий толщину не менее 18 мм. Найти качественную фанеру такой толщины сложно, поэтому лучше использовать МДФ. ДСП использовать можно, но это будет не самый лучший вариант. Этот материал более рыхлый, поэтому со временем, всё крепёжные элементы разболтаются. Кроме того ДСП не отличается хорошей влагоустойчивостью. Он поглощает атмосферную влагу, отчего быстро разрушается.

    Панели из МДФ выпускаются разной толщины, они плохо поглощают влагу и надёжно удерживают крепёж. Можно приобрести панели МДФ с покрытием под дорогие породы дерева. Многие фирмы по продаже пиломатериалов бесплатно выполняют раскрой панелей по чертежам или указанным размерам. Передняя панель, где устанавливается динамическая головка нужно сделать двойной. Это позволит обеспечить конструкции большую жёсткость. Две части передней стенки нужно склеить между собой и зафиксировать саморезами. При сборке низкочастотной акустической колонки нельзя экономить на крепеже, поэтому саморезы вворачиваются через каждый 3-5 см. Для сборки корпуса нужно использовать специальные мебельные шурупы. Сначала в местах крепления насверливаются отверстия диметром меньше чем шуруп, затем туда заливается клей и вворачивается крепёж. Если в колонке установлен очень мощный динамик, то все внутренние углы ящика дополнительно укрепляются брусками треугольной формы. Если корпус будет оклеиваться тканью или отделываться другим способом деревянные поверхности нужно обработать лаком. Это повысит устойчивость конструкции к влаге.

    Как сделать маленький сабвуфер

    Простой компактный сабвуфер своими руками проще всего сделать в виде закрытого ящика, так как размер такой конструкции будет минимальным. При изготовлении басовой колонки учитывается диаметр громкоговорителя. Этот параметр является определяющим в выборе размера колонки. Чтобы сделать мини сабвуфер своими руками нужно использовать динамики небольшого диаметра. Для самодельной низкочастотной колонки подойдут головки 5 или 6 дюймов. Такие небольшие излучатели не способны выдать полноценный и насыщенный бас, поэтому компактные устройства применяются как дополнение к персональным компьютерам или ноутбукам.

    Сделать маленький сабвуфер своими руками можно из любого материала, так как мощность малогабаритных динамиков обычно небольшая и не обязательно использовать толстые панели из МДФ или многослойную фанеру. Для увеличения акустического объема внутреннее пространство корпуса заполняется волокнистым материалом. Маленький саб своими руками можно сделать даже из поликарбоната.

    Схема активного сабвуфера своими руками

    В конструкцию активной акустической колонки, кроме громкоговорителя входит усилитель низкой частоты. Это позволяет подать на устройство слабый сигнал с линейного выхода любого источника сигнала. Как собрать активный сабвуфер. Конструкция колонки может быть любой, но при вычислении объема корпуса нужно будет учесть не только место занимаемое динамиком, но и размеры усилителя.

    Самодельный активный сабвуфер можно использовать, как дома, так и в транспортном средстве. Элементная база интегрального исполнения позволяет собирать усилители низкой частоты без глубоких знаний радиотехники. Устройства имеют простую принципиальную схему, не требуют регулировки и после правильного монтажа сразу начинают работать. Небольшой сабвуфер своими руками можно собрать на микросхемеTDA1519A. Она содержит два усилителя низкой частоты. В данной схеме динамик включен мостом, что обеспечивает при питании от автомобильного аккумулятора 15 ватт на выходе. Сигналы с левого и правого каналов суммируются и подаются на регулятор уровня. Для обрезания высоких частот применяется пассивный LC — фильтр. Можно сделать низкочастотную колонку самостоятельно, а можно сделать сабвуфер активным, используя колонку с динамической головкой. Для этого достаточно установить в корпусе усилитель низкой частоты.

    Сабвуфер своими руками для дома

    Сабвуфер своими руками для дома — точнее будет сказать для домашнего кинотеатра. И хотя у меня не очень большой опыт в изготовлении таких конструкций, тем не менее я решил взяться за его сборку. Тем более, я уже давно планировал приобрести такую вещь, чтобы получать удовольствие от звуковой сцены во время просмотра фильмов.

    Для начала я выяснил какая мощность меня наиболее устроит — решил что, учитывая площадь помещения, мне 100 Вт мощности вполне хватит. Затем начал искать подходящие чертежи и необходимый, подходящий мне по всем параметрам динамический излучатель низкой частоты. Тем временем, пока излучатель и фазоинвертор ехал ко мне через почтовые службы, я начал готовить все необходимые для изготовления саба материалы. Если все получится удачно, тогда возьмусь за построение автомобильного саба или буду делать выбор сабвуфера в машину уже готового.

    Сабвуфер своими руками для дома — подробная инструкция

    Сабвуфер своими руками для дома — начало сборки

    В строительном магазине купил вот такую плиту, толщиной 30мм. Кстати, там же в магазине, за небольшую плату мне ее порезали по размерам. Имеющиеся у меня чертежи предполагали использование МДФ толщиной 19мм, то пришлось немного подкорректировать размеры, для сохранения оригинального внутреннего объема короба.

    На этом этапе фиксируем конструкцию несколькими саморезами, для определения неточностей после распиливания, но прошло все нормально, заготовки соответствуют заданным размерам

    Теперь нужно разметить точки под фрезеровку установочных мест для динамика и фазоинвертора

    Фрезеровка

    Подготавливаем фрезер ручного типа, а это фрезы, которые у меня имеются в наличии. Все операции производятся сугубо в домашней мастерской

    Чтобы выполнить качественную по фрезеровке, как известно нужен циркуль, которого под рукой не оказалось, поэтому изготовил его самостоятельно из имеющихся в распоряжении материалов

    В результате образовалась вот такая конструкция. Именно при помощи этого циркульного приспособления я смогу выполнять вырезание круга диаметром от 55 мм и более

    Во время фрезерования, обязательно подключите пылесос

    Вот, что получилось на данном этапе

    Подгонка динамика

    Как раз к этому моменту я получил динамик и фазоинвертор, сделал примерку

    Фрезерные работы под установку терминала

    Читайте также:
    Отзывы о фундаменте на винтовых сваях

    После этого сделал фаску по всему периметру, чтобы не было острых углов

    На этом шаге все боковины корпуса посадил на полиэфирную смолу, которая чем то похожа на эпоксидную, но высыхает за полчаса, а затем закрепил длинными саморезами.

    Шпатлевание и грунтовка

    После этого занялся шпатлеванием ящика, можно конечно было бы замазать только места, где выкручены саморезы, но подумал, что качественнее будет выглядеть, когда весь корпус будет обработан шпатлевкой. Поэтому, большим шпателем прошелся по всем боковинам, в итоге все плоскости стали идеальными. После высыхания, обработал наждачной бумагой, дополнительно прошел еще более мелким составом шпатлевки уже по пластику.

    Когда все это хорошо высохло, опять зашкурил. После шлифовки слоя шпатлевки, чтобы выявить какие-то изъяны, можно применить проявочную пудру. Настает момент грунтовки с последующей сушкой не менее суток, затем снова шлифовка мелкой наждачной бумагой. После этого на корпус нанес слой металика и опять все высушил, когда высохло — покрыл автомобильным лаком. В конечном результате имеем такой вот шикарный корпус, хотя я делал сабвуфер своими руками для дома.

    Вот еще пара ракурсов корпуса

    Здесь совсем близко

    Примерил динамик в отверстии, все идеально

    Демпфирование корпуса

    Этот этап заключается в обработке внутренней части ящика антирезонансным материалом, вот, таким как на снимке. В его основу входит фольга обработанная битумным компонентом

    Для создания качественного акустического демпфирования, внутри ящика приклеил вот такие пласты — очень плотные

    Здесь саб после демпфирования

    Монтируем все комплектующие на корпус

    Далее нужно было определится какие нужны шипы устанавливать. Однако с такими опорами передвигать сабвуфер не очень удобно, так как можно повредить напольное покрытие. Выход нашелся сам по себе — в мебельном салоне приобрел вот такую металлическую гарнитуру, скорее всего это ручки для чего-то

    Смотрится довольно неплохо!

    Вообще говоря, изготовление корпуса сабвуфера я практически закончил. Теперь настала время браться за установку усилителя мощности. Сначала я хотел сделать вариант саба активным, то есть скомпоновать все комплектующие внутри ящика, но потом мне эта затея не понравилась. Поэтому принял решение, что усилитель для него будет отдельным блоком

    Сборка усилителя

    Потому как я имею опыт в сборке усилителей, то решил собрать усик на TDA7294, с включением их по мостовой схеме. Но потом повнимательнее посмотрел характеристику этой микросхемы и почитав отзывы об усилителе собранном на таких чипах и обнаружил, что усилок рассчитан на работу только с восьмиомной нагрузкой

    Тогда начал искать более подходящую схему на биполярных транзисторах — остановил свой выбор на усилителе «Ланзар» с выходной мощностью на нагрузке 4 Ом 200Вт, но можно выжать и больше. Принципиальная схема приведена ниже

    Для тех, кто намерен повторить этот усилитель, вначале нужно подготовить печатную плату методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Немного получилось не так как бы хотелось, но все изъяны можно поправить лаком

    Устанавливаем все компоненты на плату, здесь нужно быть особенно внимательным, чтобы не сделать ошибки

    Фазоинвертор

    Учитывая, что сабвуфер работает на низких частотах, то в обязательном порядке нужно установить фильтр низких частот (ФНЧ). В случае наличия на звуковой карте выходного разъема для подключения сабвуфера, тогда ФНЧ можно и не устанавливать. Но я используя приведенную ниже схему фильтра, собрал ее на операционных усилителях. Данная схема предусматривает регулятор уровня громкости звука, регулятор среза, также есть возможность плавной регулировки фазы

    Печатная плата ФНЧ

    ФНЧ в собранном виде

    Для корректной работы фильтра, ему требуется стабилизированное напряжение питания, поэтому собираем стабилизатор по приведенной ниже схеме

    Стабилизатор напряжения в собранном виде

    Тест усилителя

    На этом этапе тестируем работу, на усилителе устанавливаем ток покоя выходного каскада. Ланзар прекрасно работает, хорошее звучание

    Проверка ФНЧ показала, что все функционирует в нормальном режиме

    Вначале я тестировал усилитель на имеющимся у меня слабеньком трансформаторе ТП-100 с напряжением вторичной обмотки 20v, но этого явно маловато для Ланзара. Поэтому пришлось искать источник питания по мощнее. У знакомого теле-мастера как раз оказался такой — ТС-180, от старого лампового телевизора. Мне оставалось только снять старую вторичную обмотку и намотать свою, из расчета на переменное напряжение 27v

    Сделал все без каких либо проблем

    Корпус усилителя

    Теперь настала очередь изготовления корпуса для усилителя, шасси сделал из небольших алюминиевых уголков

    прикинул как станет радиатор

    Обшивать каркас будем фанерой, так как дефицитный алюминий я весь использовал на изготовление прежнего усилителя,

    Торцы фанеры обрабатываем фрезой

    Вид с тыльной стороны

    Дальше все уже по знакомой технологии — шпатлевка, шлифовка наждачной бумагой, грунтовка, в общем все так, как и с основным коробом. И в конце корпус покрываем лаком

    Здесь показан итоговый результат

    Вид с другого ракурса

    Смотрим как будет выглядеть со стороны этот комплекс — на мой взгляд, очень даже хорошо!

    Монтаж деталей усилителя

    Монтируем все в корпусе усилителя и надежно фиксируем

    На фильтре низких частот немного подкорректировал регуляторы, то-есть увеличил расстояние между ними, а то было слишком близко относительно друг друга

    На днище корпуса усилителя крепим опорные ножки из полиуретана

    Упустил из виду пояснить, что в процессе монтажа, установил модуль защиты акустической системы, а индикаторные светодиоды разместил на фронтальной панели. Красный светодиод начинает светиться в случае появления в нагрузке постоянного напряжения, зеленый светодиод светится в течении трех секунд, это обусловлено системой плавного включения усилителя

    Заключение

    Подводя итог, можно констатировать, что мощности сабвуфера для домашнего кинотеатра вполне хватает, даже слишком! Отличные басы, чувствуется отчетливая напористость и упругость звучания. Абсолютно нет никакого хрипа, и прочих искажений даже близко.

    Процесс изготовления сабвуфера своими руками

  • Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: