В материале любой плотности по силам каждому. А как быть, если необходимо квадратное отверстие? Многим покажется неправдоподобной возможность высверлить квадрат в мягкой податливой древесине или в детали из прочного металла. Справляется с этой непростой задачей сверло Уаттса.
Мастера и сегодня для получения квадратного отверстия просверливают круглую дырочку соответствующего диаметра и специальными инструментами продалбливают уголки. Гораздо быстрее и проще выполнить эту операцию можно «квадратным» сверлом Уаттса. Основой его конструкции является треугольник Рёло - фигура, образованная пересечением трёх одинаковых окружностей. Радиусы этих кругов равны стороне правильного треугольника, и его вершины являются центрами окружностей.
Фигура носит имя немецкого учёного Франца Рёло, так как он первым детально исследовал свойства полученного треугольника и применял их в своих изобретениях. Однако геометрия треугольника Рёло использовалась в форме окон при строительстве церкви Богоматери в Брюгге ещё в XIII веке. В начале XVI века Леонардо Да Винчи изобразил «карту мира» на четырёх треугольниках Рёло. Эта фигура встречается в его манускриптах и Мадридском кодексе. В XVIII веке треугольник из равных дуг трёх окружностей продемонстрировал известный математик Леонард Эйлер. В 1916 году английский работающий в США инженер Гарри Уаттс разработал и запатентовал фрезу для квадратных отверстий в «плавающем» патроне.
Уникальное изобретение позволяет получать отверстия почти правильной формы: углы квадрата скруглены небольшим радиусом. Необработанная площадь квадратного отверстия не превышает 2%. Отличительной чертой треугольного сверла Уаттса является то, что при вращении его центр описывает дугообразные эллипсоидные кривые, а не стоит на месте как у традиционного спирального сверла. Вершины треугольника при таком движении вычерчивают квадрат с параллельными идеально ровными сторонами. Патрон для такой фрезы имеет оригинальную, не препятствующую движению, конструкцию.
При образуется стружка, и фреза должна иметь канавки для ее отвода. Профиль рабочей части сверла Уаттса представляет собой треугольник Рёло с вырезанными из него тремя половинками эллипсов.
Такая конструкция с канавками для отвода стружек решает одновременно 3 задачи:
Обычно квадратные отверстия проделываются на токарных или фрезерных Сверло для квадратных отверстий фиксируется патроном станка специальным переходником. Для бытового использования квадратной фрезы производители предлагают накладные рамки, соединяющиеся с патроном карданной передачи и сообщающие режущему инструменту эксцентрические перемещения. Глубина отверстия соответствует толщине рамки.
Сегодня качественные свёрла, работающие быстро и долго, производятся из высоколегированных марок стали. В своём составе такие сплавы содержат более 10% легирующих добавок, таких как вольфрам, хром, ванадий и молибден. Различное процентное соотношение элементов и разнообразные методы закалки стали образуют сплавы, различающиеся по уровню твёрдости, вязкости, сопротивлению нагрузке при ударе, стоимости и другим характеристикам.
Свёрла по металлу - самый широко используемый расходный материал для электрооборудования по нескольким причинам:
В России и многих других странах наибольшим спросом пользуются свёрла из быстрорежущей стали марки Р6М5, имеющей в составе вольфрам и молибден. Существенно повышается прочность и цена изделий при добавлении в сплав кобальта или покрытием свёрл охлаждающим титан-нитридным напылением.
Свёрла по металлу используются для проделывания отверстий в изделиях из бронзы, чугуна, меди, стали разных марок, металлокерамики и прочих материалов. Для сверления вязкой труднообрабатываемой стали применяются высокопрочные изделия с добавлением кобальта. При работе стружка отводится по двум продольным канавкам. По форме хвостика такие инструменты делятся на три типа:
Сверло по металлу с коническим хвостовиком при использовании вставляется напрямую в станок. Для шестигранных и цилиндрических хвостовиков необходим специальный патрон.
Качество сверла по любому материалу определяется прежде всего по его цвету:
Рабочие размеры свёрл по металлу представлены современными производителями в широком диапазоне. ГОСТом предусматривается разделение таких изделий на типы в соответствии определённым размерам.
Свёрла по металлу разделяются на несколько категорий:
ГОСТы 4010-77, 886-77 и 10902-77 регламентируют классификацию свёрл по длине и диаметру.
Профессиональные мастера в своей коллекции имеют свёрла для каждого материала: кирпича и бетона, металла и пластика, алмазное сверло по стеклу и керамике. Стекло - крайне капризный материал и требует применения качественного и прочного сверла. Стеклянные и керамические поверхности поддаются обработке свёрлами с алмазным напылением на рабочем конце. Качество таких изделий определяется методом их изготовления. Самые тонкие и недорогие свёрла изготавливаются гальваническим методом. Более крепкие инструменты производятся порошковым способом. Их отличает долговечность и стабильность работы. Относительно недорогие высокопрочные свёрла с повышенной абразивностью производятся современным вакуумным методом.
Чтобы просверлить отверстие в стеклянной поверхности, необходимо иметь хорошие навыки. Этот долгий и кропотливый процесс проводится плавно и медленно на максимальных оборотах без нажима только алмазным сверлом, установленным строго вертикально. Отверстие необходимо постоянно смачивать водой для охлаждения. Это действие скорее похоже на выцарапывание дырочки алмазными крупицами.
Если иметь под рукой необходимые инструменты и свёрла нужного размера, любые ремонтные работы пройдут быстро и качественно.
Думаю каждый из вас делал корпус для своей электронной поделки. И при изготовлении корпуса часто возникает одна мерзкая проблема — проделать дырку формой отличной от окружности. Например, квадратную, под LED индикатор.
Я раньше долго мучался, высверливал по контуру, затем шлифовал эти зубчики, матерился по поводу того, что сошлифовал лишнее или запорол параллельность. В общем, на все что касается механообработки материала у меня руки из задницы. И с этим ничего не поделать. Но там где не могут руки должна работать голова. И придумалось простое и эффективное решение.
Итак. Надо профигачить в пластиковом корпусе квадратную дырку.
Для начала разметим отверстие. Делать это лучше по бумажному шаблону — надо как можно четче накернить углы. Делаем это на наружней, лицевой, стороне! Затем углы сверлятся насквозь тонким сверлышком. Тут важно взять сверло потоньше. Чем тоньше тем точнее будет наше отверстие.
Берем линейку и острый скальпель. Можно канцелярский нож или что под рукой. Главное требование — он должен быть очень острым, жестким и чтобы не болтался. Я делаю такие вещи с помощью резака .
По линейке от дырочки до дырочки, точно по размерам нашего отверстия (ни больше ни меньше, точно так!) делаем прорезы. Чем глубже тем лучше, но можно без фанатизма. Т.к. чем глубже режешь тем больше шанс что сорвется лезвие и мы покоцаем наружную поверхность, а это уже не то — некрасиво. Дырочки тут рулят еще тем, что в них заваливается острие скальпеля и край реза дальше дырки не идет. Разметка тут самый важный этап . От него зависит получится ли все с первого раза идеально или придется подравнивать.
Все, получили внутри четыре кусочка. Теперь надо подцепить их от центра и выломать внутрь !
Прорез который мы сделали даст нам слабую точку по которой пластик лопнет и выломается. А отверстия с краев не дадут трещине уйти дальше чем надо.
На проковыривание этой дырки у меня ушло не более 10 минут. Это с уборкой мусора и отвлеканием на фотографирование и поиск то скальпеля, то сверлышка.
О том, как просверлить отверстие круглой формы, знает практически каждый, а про сверло для квадратных отверстий известно далеко не всем. Между тем просверлить отверстие квадратной формы можно как в изделиях из мягкой древесины, так и в более твердых металлических деталях. Для решения такой задачи используются специальные инструменты и приспособления, принцип действия которых основан на свойствах простейших геометрических фигур.
Для того чтобы просверлить квадратное отверстие, обычно используют сверло Уаттса, в основу конструкции которого положена такая геометрическая фигура, как треугольник Рёло. Одна из важнейших особенностей такой фигуры, представляющей собой область пересечения трех равных кругов, состоит в следующем: если к такому треугольнику провести пару параллельных опорных прямых, то расстояние между ними будет всегда постоянным. Таким образом, если двигать центр треугольника Рёло по траектории, описываемой четырьмя эллипсоидными дугами, его вершины будут вычерчивать практически идеальный квадрат, у которого будут лишь несколько скруглены вершины.
Уникальные свойства треугольника Рёло позволили создать сверла для квадратных отверстий. Особенностью использования такого инструмента является то, что ось его вращения должна не оставаться на месте, а перемещаться по вышеописанной траектории. Естественно, этому перемещению не должен препятствовать патрон оборудования. При использовании такого сверла и соответствующей оснастки квадратное отверстие получается с идеально ровными и параллельными сторонами, но с немного скругленными углами. Площадь таких необработанных инструментом уголков составляет лишь 2% от площади всего квадрата.
Используя сверла Уаттса, работающие по принципу треугольника Рёло, можно выполнять сверление квадратных отверстий в металлических заготовках даже на обычном станке, не оснащенном специальными насадками. Для того же, чтобы создать квадратное отверстие в деревянной детали, можно использовать и обычную дрель, но для этого ее необходимо оснастить дополнительными приспособлениями.
Изготовить несложное устройство, позволяющее просверлить квадратные отверстия в деревянных заготовках, можно по следующим рекомендациям.
Собрав такое несложное устройство, надежно зафиксировав все элементы его конструкции и обрабатываемую заготовку, можно включать электрическую дрель и начинать процесс сверления.
Как уже говорилось выше, просверленное при помощи такого устройства квадратное отверстие будет иметь абсолютно ровные и параллельно расположенные стороны, но его угловые участки будут слегка закруглены. Решить проблему с закругленными углами несложно: можно доработать их при помощи обычного надфиля.
Следует иметь в виду, что используют вышеописанное приспособление, не отличающееся высокой жесткостью, для сверления отверстий квадратной формы в деревянных заготовках небольшой толщины.
Сверло Уаттса и сделанное с его помощью квадратное отверстие в металлической заготовке
Про-стей-шая фигу-ра по-сто-ян-ной ши-ри-ны - по-мо-жет нам в свер-ле-нии квад-рат-ных от-вер-стий. Ес-ли дви-гать центр это-го «тре-уголь-ни-ка» по некой тра-ек-то-рии , то его вер-ши-ны вы-чер-тят по-чти квад-рат, а сам он за-ме-тёт всю пло-щадь внут-ри по-лу-чен-ной фигу-ры.
Гра-ни-цы по-лу-чен-ной фигу-ры, за ис-клю-че-ни-ем неболь-ших ку-соч-ков по уг-лам, бу-дут стро-го пря-мы-ми ! И ес-ли про-дол-жить от-рез-ки, тем са-мым до-ба-вив уго-лоч-ки, то по-лу-чит-ся в точ-но-сти квад-рат .
Для то-го, чтобы по-лу-чи-лось опи-сан-ное вы-ше, центр тре-уголь-ни-ка Ре-ло нуж-но дви-гать по тра-ек-то-рии, яв-ля-ю-щей-ся склей-кой из че-ты-рех оди-на-ко-вых дуг эл-лип-сов . Цен-тры эл-лип-сов рас-по-ло-же-ны в вер-ши-нах квад-ра-та, а по-лу-оси, по-вёр-ну-тые на угол $45^\circ$ от-но-си-тель-но сто-рон квад-ра-та, рав-ны $k\cdot(1+1/\sqrt3)/2$ и $k\cdot(1-1/\sqrt3)/2$, где $k$ - дли-на сто-ро-ны вы-чер-чи-ва-е-мо-го квад-ра-та.
Кри-вые, скруг-ля-ю-щие уг-лы, так-же яв-ля-ют-ся ду-га-ми эл-лип-сов с цен-тра-ми в уг-лах квад-ра-та, их по-лу-оси по-вёр-ну-ты на угол $45^\circ$ от-но-си-тель-но сто-рон квад-ра-та и рав-ны $k\cdot(\sqrt3+1)/2$ и $k\cdot(1/\sqrt3-1)/2$.
Пло-щадь неза-ме-тён-ных уго-лоч-ков со-став-ля-ет все-го око-ло 2% от пло-ща-ди все-го квад-ра-та!
Те-перь, ес-ли сде-лать свер-ло в ви-де тре-уголь-ни-ка Ре-ло, то мож-но бу-дет свер-лить квад-рат-ные от-вер-стия с немно-го скруг-лен-ны-ми угол-ка-ми, но аб-со-лют-но пря-мы-ми сто-ро-на-ми!
Оста-лось сде-лать та-кое свер-ло… Вер-нее, са-мо-то свер-ло сде-лать неслож-но, нуж-но толь-ко чтобы оно на-по-ми-на-ло в се-че-нии тре-уголь-ник Ре-ло, а ре-жу-щие кром-ки сов-па-да-ли с его вер-ши-на-ми.
Труд-ность за-клю-ча-ет-ся в том, что, как уже бы-ло от-ме-че-но вы-ше, тра-ек-то-рия цен-тра свер-ла долж-на со-сто-ять из че-ты-рёх дуг эл-лип-сов. Ви-зу-аль-но эта кри-вая очень по-хо-жа на окруж-ность и да-же ма-те-ма-ти-че-ски близ-ка к ней, но всё же это не есть окруж-ность. А все экс-цен-три-ки (круг, по-са-жен-ный на круг дру-го-го ра-ди-у-са со сме-щён-ным цен-тром), ис-поль-зу-е-мые в тех-ни-ке, да-ют дви-же-ние стро-го по окруж-но-сти.
В 1914 го-ду ан-глий-ский ин-же-нер Гар-ри Джеймс Уаттс при-ду-мы-ва-ет, как устро-ить та-кое свер-ле-ние. На по-верх-ность он на-кла-ды-ва-ет на-прав-ля-ю-щий шаб-лон с про-ре-зью в ви-де квад-ра-та, в ко-то-ром хо-дит свер-ло, встав-лен-ное в па-трон со «сво-бод-но пла-ва-ю-щим в нём свер-лом». Па-тент на та-кой па-трон был вы-дан фир-ме, на-чав-ший из-го-тов-ле-ние свёрл Уатт-са в 1916 го-ду.
Дже-ро-ла-мо КАРДАНО (1501 - 1576). Ко-гда в 1541 го-ду им-пе-ра-тор Карл V три-ум-фаль-но во-шёл в за-во-ё-ван-ный Ми-лан, рек-тор кол-ле-гии вра-чей Кар-да-но шёл ря-дом с бал-да-хи-ном. В от-вет на ока-зан-ную честь он пред-ло-жил снаб-дить ко-ролев-ский эки-паж под-вес-кой из двух ва-лов, ка-че-ние ко-то-рых не вы-ве-дет ка-ре-ту из го-ри-зон-таль-но-го по-ло-же-ния […]. Спра-вед-ли-вость тре-бу-ет от-ме-тить, что идея та-кой си-сте-мы вос-хо-дит к ан-тич-но-сти и что по край-ней ме-ре в «Ат-лан-ти-че-ском ко-дек-се» Лео-нар-до да Вин-чи име-ет-ся ри-су-нок су-до-во-го ком-па-са с кар-дан-ным под-ве-сом. Та-кие ком-па-сы по-лу-чи-ли рас-про-стра-не-ние в пер-вой по-ло-вине XVI ве-ка, по-ви-ди-мо-му, без вли-я-ния Кар-да-но.
С. Г. Гин-ди-кин. Рас-ска-зы о физи-ках и ма-те-ма-ти-ках.
Мы же вос-поль-зу-ем-ся дру-гой из-вест-ной кон-струк-ци-ей. При-кре-пим свер-ло жёст-ко к тре-уголь-ни-ку Ре-ло, по-ме-щён-но-му в квад-рат-ную на-прав-ля-ю-щую рам-ку. Са-ма рам-ка фик-си-ру-ет-ся на дре-ли . Оста-лось те-перь пе-ре-дать вра-ще-ние па-тро-на дре-ли тре-уголь-ни-ку Ре-ло.
