Сверло

 

 

 

Таблица 3. Температура критических точек материала Р9К5

Ac1 = 815 ,       Ar1 = 725

 

Твердость   Р9К5   после отжига ,             ГОСТ 19265-73

HB 10 -1 = 269   МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Геометрия режущего инструмента

1.2.1. Схема углов и  плоскостей

Углы и формы заточки спирального сверла показаны на рисунках 3 и 4. Формы заточек сверл выбирают в зависимости от свойств обрабатываемых материалов и диаметра сверла.

Для повышения стойкости сверла и производительности обработки производят двойную заточку сверла под углами 2φ = 116...118° и 2φ0 = 70...90° (рис. 4, б). Подточка поперечной кромки (рисунок 4, в) и ленточки сверла (рис. 4, г) облегчает процесс сверления отверстий. Подточка поперечной кромки снижает осевую силу, а подточка ленточки уменьшает трение ленточек о стенки отверстия и повышает стойкость сверл.

При подточке длина поперечной кромки уменьшается до 50 %. Обычно производится подточка сверл диаметром более 12 мм, а также после каждой переточки сверла.

Рисунок 3. Углы спирального сверла:

α - задний угол; γ - передний угол; Ψ - угол наклона поперечной режущей кромки; ω - угол наклона винтовой канавки; 2φ - угол при вершине; 1 - задняя поверхность; 2 - передняя поверхность; 3 - режущая кромка

Рисунок 4. Формы заточки спиральных сверл:

а - обыкновенная; б - двойная: 1 - главная режущая кромка; 2 - поперечная режущая кромка; 3 - вспомогательная режущая кромка; 2φ - главный угол при вершине сверла; 2φ0 - вспомогательный угол при вершине сверла; Z0 - ширина зоны второй заточки; в  подточка поперечного лезвия и ленточки; г - подточка ленточки: f - ширина ленточки.

 

1.2.2. Определение углов.

В зависимости от обрабатываемого материала углы при вершине сверл выбирают по таблице 4, а задние и передние углы — по таблице 5.

 

Таблица 4. Углы при вершине сверла

Таблица 5. Задние и передние углы сверла

Примечания:

1. Задние углы даны  для точек режущей кромки, расположенных на наибольшем диаметре сверла dmax. 
2. При расчете угла γ принимают dr= dmax.

Если угол j образуется автоматически и его значение определяется винтовой поверхностью канавки, то угол a формируется заточкой и его вынуждены делать переменным по длине режущей кромки.

Угол наклона винтовой стружечной канавки w влияет на прочность, жесткость сверла и отвод стружки. С увеличением угла w, увеличивается угол g, при этом облегчается процесс резания и улучшается отвод стружки, повышается жесткость сверла на кручение. Но с величиной w>35° сила резания практически не уменьшается, но происходит ослабление режущего клина.

Таблица 6. Значения углов w и 2j при резании некоторых материалов

Материал	Угол 2j	Угол w
Сталь	116...120°	25...35°
Чугун, бронза, латунь	90...100°	10...16°
Вязкие материалы (алюминий, медь и т.п.)	130...140°	35...45°

 

 

Угол j влияет на составляющую силы резания, длину режущей кромки, и элементы сечения стружки. При увеличении j уменьшается крутящий момент, но увеличивается осевая сила и улучшается отвод стружки. При уменьшении угла j сверло легко проникает в металл, но удлиняется режущая кромка, при этом улучшается отвод тепла и увеличивается прочность уголка.

На перемычку приходится до 60% осевой силы и до 15% крутящего момента. Задний угол на ленточке равен нулю. Задний угол является величиной переменной и образуется на рабочей части сверла, на главной и поперечной режущих кромках.

Задний угол образуется на режущей части сверла, на главной и поперечной режущих кромках. И находится между касательной к задней поверхности в данной точке режущей кромки и касательной к той же точке и траектории ее вращения вокруг оси сверла.

Задние углы измеряют в плоскости N-N - нормальной к режущей кромке a N или в плоскости О-О параллельной оси сверла. Кинематический задний угол akx в некоторой точке главного режущего лезвия x определяется, как угол между винтовой траекторией результирующего движения резания и касательной проведенной в точке x к линии x-x” пересечения задней поверхности сверла с цилиндром радиуса Rx. Величина угла a имеет свои определенные значения для сверла.

Таблица 7. Диаметр сверла и соответствующий минимальный задний угол.

Диаметр сверла, d мм	Минимальный задний угол, amin
1...15	14...11°
15...30	12...9°

 

В зависимости от вида сверления задний угол может достигать в сердцевине 25 градусов, а на периферии он равен 8...14°.

Задняя поверхность у сверла может выполняться в виде: плоскости, конуса, цилиндра или иметь форму винтовой поверхности.

Одноплоскостная заточка. Задняя поверхность сверла формируется в виде плоскости. Недостаток: поперечная режущая кромка прямолинейна и не обеспечивается центрирование сверла без кондукторной втулки.

Двухплоскостная заточка сверла, то есть задняя поверхность формируется в виде двух плоскостей: главной и дополнительной, линия пересечения которых проходит через ось сверла.

Коническая заточка сверла. Задняя поверхность сверла — конус. При заточке сверло поворачивается относительно оси конуса. s — угол скрещивания оси конуса и оси сверла.

Цилиндрическая заточка сверла. Задняя поверхность сверла — цилиндр. Применяется очень редко.

Винтовая заточка сверла. Задняя поверхность образуется прямой совершающей вращательное движение вокруг оси сверла при одновременном перемещении вдоль оси.

Последние четыре вида заточки обеспечивают независимость значения заднего угла на периферии, а также угла при вершине и угла наклона главной режущей кромки. Наиболее перспективные — винтовая и двухплоскостная заточка, так как они легко поддаются автоматизации.

1.2.3 Методы улучшения геометрии рабочей части сверла.

Для снижения неравномерности нагружения на рабочей части сверла применяют сверла с криволинейной режущей кромкой. В виду сложности заточки криволинейную режущую кромку заменяют ломаной из двух участков. С углом 2j=120° и дополнительной режущей кромкой на периферии с углом 2j=70...75°.

 

 

 

Глава 2. Проектирование режущего инструмента.

2.1 Исходные данные

Решение двух первых задач - выравнивания передних и задних углов на главных режущих кромках - связано с выбором системы отсчета. На чертеже сверла принято указывать значения углов б и г в цилиндрическом сечении, как наиболее удобном для их контроля.

В соответствии с принципом преемственности и единства формы режущей части инструментов при проектировании должны рассматриваться задние и передние углы, определенные относительно плоскости резания в секущей плоскости перпендикулярной плоскости резания и направленной: для определения переднего угла - по направлению схода стружки; для заднего - по направлению вектора скорости резания. Применительно к сверлу этим условиям удовлетворяет секущая плоскость, перпендикулярная к режущей кромке, с практически допустимой точностью.

2.2 Расчет конструкции.

Определенные таким путём углы в обозначении получают индексы бнр и гнр (задний, передний углы в нормальном сечении при резании). Для того, чтобы выполнить эти углы на инструменте и осуществить контроль, их необходимо пересчитать в другие координатные системы:

1 - промежуточную в нормальном сечении относительно плоскости, проходящей через режущую кромку, параллельно оси сверла (рис. 5).

Углы режущей кромки имеют обозначения бн и гн. Согласно рисунку можно написать уравнения в структурной форме:

 

бн = бнр + V + и,                                        (1)

гн = гнр - V - и,                                        (2)

 

или относительно бнр и гнр , при заданных бн и гн

бнh = бн - V - и,                                        (3)

гнр = гн + V + и,                                      (4)

где V - составляющая, зависящая от смещения режущей кромки б;

и - кинематическая составляющая, зависящая от осевой подачи сверла;

2 - от промежуточной координатной системы перейти к развертке цилиндрического сечения на плоскость, т.е. к конструкторским угловым размерам (рисунок 6).

 

Рисунок 5. Углы режущей кромки:

1 - след задней поверхности  сверла;2 - след передней поверхности; 3 - след поверхности резания; 4 - касательная к следу задней поверхности; 5 - касательная к поверхности резания; 6 - касательная к поверхности вращения; 7 - перпендикуляр к плоскости чертежа, восстановленный из точки М на режущей кромке; 8 - проекция оси сверла на плоскость сечения Н-Н; 9 - перпендикуляр к линии 7; 10 - касательная к следу передней поверхности;11 - нормаль к поверхности вращения; 12 - нормаль к поверхности резания.

Рисунок 6. Задние углы в плоскостях нормальной к режущей кромке - бн и касательной к секущему цилиндру б; М - точка на режущей кромке; МС - след сечения задней поверхности секущей плоскостью (секущим цилиндром, вид А); ВM - касательная к следу сечения; dr - дифференциал касательного вектора

Из рисунка 6 (вид А) следует:

,                                                  (5)

где б - задний угол, проставляемый на чертеже сверла.

Уравнения (1, 2) в структурной и дифференциальной форме приводятся к виду вычислительных формул на основе применения положений дифференциальной геометрии.

При конструировании бнр и гнр численно заданы исходными данными или выбираются из справочных таблиц дня уже исследованных инструментов, например, резцов согласно марке и свойств обрабатываемого материала, согласно принципу общности законов резания, преемственности и единства формы режущей части инструментов.

Составляющие углы х и и вычисляются по формулам:

 

,                                            (6)

где k=a/r; a - смещение режущей кромки, мм; ц - угол при вершине, град;

r - радиус секущего цилиндра, мм.

 

,           (7)

где d - диаметр секущего цилиндра, мм; а - смещение режущей  кромки, мм;

S - осевая подача сверла, мм/об; ц - угол при вершине, град.

Уравнение (5) для определения угла б приводится к виду, удобному для вычислений на основе применения метода последовательного преобразования координат от системы координат сверла к системе координат, связанной с элементарным формообразующим движением образующей винтовой поверхности затылка [1, 2, 3]:

                                     (8)

где бн  - вычисляется согласно (1).

Формулу (8) можно переписать относительно  бн:

                                    (9)

где знак при втором слагаемом числителя следует принимать отрицательным для положительного смещения (+а) и положительным для (-а).

Вывод аналогичных формул преобразования передних углов возможен на основании равенства tgд = ctgг = ctgщ  и  tgдн = ctgгн, где д, дн - углы резания, град. Соответствующая замена дает:

 

,                                 (10)

,                             (11)

где правила знаков остаются теми же, что и для (8, 9), соответственно.

Постановка (11, 6) в (4) после преобразований приводит к уравнению:

,         (12)

где р = H/2р - параметр винта; Н - шаг винтовой стружечной канавки, мм;

dМi - расчетный диаметр секущего цилиндра, мм.

Положения двух крайних точек М1 и М2 на режущей кромке определяются диаметрами окружностей dМ1, dМ2. Составляются система из двух уравнений с двумя неизвестными а и р и решается путей исключения членов, содержащих р. Полученное уравнение с одним неизвестным а принимается за функцию:

     (13)

Решение уравнения возможно приближенным методом. При этом строится график функции, определяются пределы, в которых следует искать корень и приближённым методом, например, деления отрезка пополам находится корень уравнения с заданной точностью.

Найденное таким путём смещение режущей кромки а представляет основу решения задачи выравнивания передних углов.

Выравнивание задних углов сверла, согласно второй задаче проектирования, достигается путём применения в качестве задней поверхности винтовой линейчатой поверхности прямого геликоида. За ось этой поверхности принимается главная режущая кромка. Особенностью такой винтовой заточки является выполнение рационального для резания распределения заднего угла и других условий, например, равенства углов в крайних точках режущей кромки. Винтовое движение сверла при заточке осуществляется за счёт винтового  копира (рис. 8).