Без сверла и метчика. Режущие инструменты

          БЛАГОЕ ПОЖЕЛАНИЕ 

Предвижу, что когда-нибудь на заводах  с той же скоростью, с какой курица клюёт зёрна, будут в одно касание выполнять отверстия,  даже сразу резьбовые, не только гладкие.  А их в машиностроении – многие триллионы.
При этом обойдутся  и без метчика, и без сверла.
 
Вспомнилась по аналогии назидательная история освоения шариковой ручки, поначалу, казалось, ни на что не годной, потому что она была пока просто еще недостаточно качественной.

Когда-то пришла кому-то в голову простенькая мысль:  писать микроскопическим шариком, а не пером. Лишь через многие десятилетия эту мечту удалось осуществить удовлетворительно,  -  да так, что перьевые авторучки сегодня всеми почти забыты.

Почти такая же история, надеюсь, будет с упомянутым выше благим пожеланием.  О метчике и сверле вряд ли забудут на заводах через пол века, но обходиться без них будут всё чаще.
 
Сегодня уже начали фрезеровать отверстия, а не сверлить.  Предназначенная для этого однозубая фреза из быстрорежущей стали пока еще внешне похожа на спиральное сверло.
 
Уже всё шире начинают применять цельные твёрдосплавные резцы для этой же цели. Они больше похожи на токарные резцы.  Их геометрия будет изменяться по мере всё лучшего освоения концепции «трещина перед лезвием».
 
В идеале, резец такого типа  почти не вызывает сил сопротивления материала внедрению этого режущего инструмента в него. На высочайших скоростях резания он как бы всего лишь только вытряхивает из выполняемого  отверстия удаляемый так материал: очень мелкую стружку с периферии отверстия и крупицы из его сердцевины.
 
Работа обычного спирального сверла заключается в том, что оно
1. сначала трением  перемычки между лезвиями разогревает до пластичного состояния материал,  пока ещё находящийся в  будущем отверстии
2. расплющивает ставший текучим этот достаточно разогретый материал
3. выгребает его своими зубьями из образовывающийся так полости.

Сердцевина жаростойкого материала, из которого выполнено сверло должна оставаться всё ещё в достаточно твёрдом состоянии тогда, когда сердцевина материала, удаляемого из выполняемого отверстия уже разогрета до пластичного, мягкого состояния.

Необходимы такие обороты, при которых это условие выполняется.

Эти условия не требуются для фрезы. Она не расплющивает и не расплавляет серёдку удаляемого материала из выполняемого отверстия.

Обычная фреза СОСКАБЛИВАЕТ слой удаляемого металла.

Фреза, которая подобно топору плотника создаёт ТРЕЩИНУ перед своим лезвием, отделяет этой трещиной удаляемый слой металла, в принципе, так же легко, как отрезают кусок оконного стекла, проведя по этому листу вершиной алмаза, чтобы образовалась трещина в стекле.
 
Главная задача – организовать такие условия, чтобы возникла именно требуемая трещина.

Предположим, фреза для выполнения гладкого отверстия у нас имеется. Эта фреза очень быстро вращается вокруг своей оси, её скорости резания высоки исключительно,  в сравнении со скоростями резания при работе обычных фрез.

Лучше, если ось нашей фрезы при этом ещё и совершает не очень быстрое движение по окружности, - хотя бы очень малого радиуса, - чтобы центр отверстия тоже подрезался, а не сминался.


Теперь мы ставим себе более сложный вопрос:  нельзя ли выполнять таким инструментом В ОДНО КАСАНИЕ не только гладкие, но и резьбовые отверстия?
КАК? А вот как.

Резец наш имеет геометрический профиль, предназначенный для выполнения резьбы.
 
Этим резцом, пока он углубляется в обрабатываемый материал по оси отверстия, выфрезеровывается сначала гладкое отверстия, а когда резец выдвигается из того отверстия, он выфрезеровывает в нём резьбу.

Наш резец во время выполнения резьбового отверстия  (лишь одним своим касанием обрабатываемого материала),  меняет свою позицию, занимая попеременно одно их двух возможных для себя положений.

Когда резец, углубляясь в обрабатываемый материал, выполняет в нём лишь, так сказать, гладкое отверстие под резьбу, вершина резца занимает соответствующее положение.

Когда резец, продолжая вращение на тех же оборотах и в том же направлении, уже выходя из отверстия, нарезает в нём резьбу, то вершина резца чуть подана в радиальном направлении от оси вращения шпинделя на высоту профиля фрезеруемой резьбы.
 
Для этого в державке резца, вставляемой в шпиндель станка, предусматривается нечто вроде шарнира, перпендикулярного оси шпинделя. Этим как бы шарниром обеспечивается положение резца в одном из двух его положений. 

Конструкция эта должна быть очень простой, компактной и дешёвой, поскольку этих изделий потребуется бесконечно много.

За один оборот оси быстро вращающегося инструмента относительно оси отверстия нарезается один виток резьбы.

Пожалуй, - ради упрощения устройства, - с такой же подачей по оси такой резец до этого врезается в материал, выполняя отверстие под резьбу.

Фаску на резьбовом отверстии снимет  какой-нибудь дополнительный мелкий резец, который закреплён на корпусе нашего столь несложного инструмента, в удобном для этого месте.

Резьбовых, да и гладких отверстий в технике – многие триллионы. 

Осуществить бы высказанное здесь благое пожелание – игра, стоящая свеч.

Забава эта, казалось бы, детская.
Но с учётом масштабов  это – весьма серьёзная постановка технической задачи.

Фрезерование резьбы в отверстии, даже очень малом, осуществляют и сегодня.
Но лишь иногда.
Например, тогда, когда недопустим риск поломки метчика, хотя бы ничтожной стоимости, если недопустим риск забраковать из-за этого слишком дорого стоящую деталь.

Благое пожелание мне видится в освоении общей перспективы. Имеется в виду именно технология, инструменты и оснастка для фрезерования отверстий и резьбы в них.

Надо освоить эту перспективу настолько, чтоб этот приём стал типичным, широко применяемым, - уже на новым уровне технологической культуры.
 
Для осуществления сего благого пожелания, такого простого, во всём мировом машиностроении потребуется обеспечить ещё бесконечно много технической культуры.
 
Может когда-нибудь станет кое-где привычным, как писание шариковой ручкой,  мгновенное выполнение отверстий - и резьбовых, и гладких – фрезерованием в одно касание, на высочайших оборотах.
 
Триллионы резьбовых дырок в машиностроении будут делаться легко, как в масле, и так же быстро, как куры клюют своё просо.