14. Сверление, зенкерование и развертывание

14.1. Сверление

Сверление – это один из наиболее распространенных способов получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в сплошном материале.

Процесс сверления совершается при двух совместных движениях (рис. 14.1): вращения сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение D_r со ско­ростью V) и поступательном движении сверла вдоль оси (движение подачи D_s со скоростью V_s). При работе на сверлильном станке сверло совершает оба движения – вращательное вокруг своей оси и поступательное вдоль оси; заго­товка закрепляется неподвижно на столе станка. При работе на токарных и ре­вольверных станках, а также на токарных автоматах вращается обрабатываемая заготовка, а сверло совершает перемещение вдоль оси.

Рис. 14.1. Элементы движений в процессе резания

при сверлении: 1 – направление скорости результирующего движения реза­ния; 2 – направление скорости главного

движения резания; 3 – рабочая плоскость ;

4 – рассматривае­мая точка режущей кромки;

5 – направление скорости дви­жения подачи

Сверление обеспечивает точность обработки в пределах 11…12 квалитетов и шероховатость обработанной поверхности R_a = 5…10 мкм.

Зенкерование – процесс увеличения зенкером предварительно подготовлен­ного отверстия (литого, штампованного, просверленного) с целью придания его стенкам более правильной геометрической формы и меньшей шероховатости. Эта операция может быть окончательной (при получении отверстия с точно­стью в пределах 8…9-го квалитетов и с шероховатостью R_a 3,2…6,4 мкм) или предварительной (получистовой) – перед развертыванием. Средние значе­ния припусков под зенкерование (после сверления) 0,5…3 мм на сторону.

Развертывание – процесс окончательной обработки отверстия разверткой для получения более точных размеров (до 5…7-го квалитетов) и шероховато­стью обработанной поверхности в пределах R_a = 0,5…1,6 мкм. Припуск под развертывание принимается небольшой – в среднем 0,15…0,5 мм на сторону для черновых разверток и 0,05…0,25 мм – для чистовых.

У спирального сверла различают следующие части (рис. 14.2):

Рис. 14.2. Конструктивные элементы сверла

Рабочая часть – часть сверла, снабженная двумя спиральными (точнее, винтовыми) канавками; рабочая часть включает в себя режущую и направляю­щую части сверла.

Режущая часть – часть сверла, заточенная на конус и несущая режущие кромки.

Направляющая часть – часть сверла, которая обеспечивает направление сверла в процессе резания.

Хвостовик – часть сверла, служащая для его закрепления и передачи кру­тя­щего момента от шпинделя.

Лапка (у сверл с коническим хвостовиком) служит упором при выбивании сверла из отверстия шпинделя.

Основные элементы спирального сверла (рис. 14.3):

Рис. 14.3. Поверхности лезвий сверла и его режущие кромки

Передняя поверхность – винтовая поверхность канавки, по которой сходит стружка.

Главная задняя поверхность – поверхность, обращенная к поверхности ре­зания.

Вспомогательная задняя поверхность (ленточка) – узкая полоска на цилин­дрической поверхности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки; обес­печивает сверлу направление при резании.

Главная режущая кромка – кромка, образуемая пересечением передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка – кромка, образу­емая пересечением пе­редней и вспомогательной задней поверхностей.

Поперечная кромка – образуется при пересечении двух главных задних по­верхностей.

Вершина лезвия – точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Спинка сверла – заниженная относительно ленточки поверхность, предна­значенная для уменьшения трения между сверлом и обработанной по­верхно­стью отверстия.

Две главные режущие кромки (рис. 14.2), расположенные на режущей части (заборном конусе), образуют угол при вершине 2φ, который у сверл из инстру­ментальных сталей при обработке конструкционных материалов обычно равен 116…118°; для разных материалов он должен быть различным: для более твер­дых – больше, для более мягких – меньше. Например, при обработке жаропрочных и нержавеющих материалов максимальной стойкостью обладают сверла с углом

2φ = 125…135° (для глухого отверстия) и 2φ = 140° (для сквоз­ных отверстий); при обработке эбонита, мрамора и других хрупких материалов угол 2φ = 80…90°; при сверлении титановых сплавов 2φ = 90…120°; при свер­лении алюминия и алюминиевых сплавов 2φ = 130…140°.

Угол наклона поперечной кромки ψ измеряется между проекциями попереч­ной и главных режущих кромок на плоскость, перпендику­лярную к оси сверла; при правильной заточке сверла угол ψ = 50…55 °.

Наклон винтовой канавки, по которой сходит стружка, определяется углом ω, заключенным между осью сверла и касательной к винтовой линии по на­руж­ному диаметру сверла. Этот угол ω, называемый углом наклона винтовой канавки сверла, определяет величину переднего угла: с уве­личением угла ω увеличивается передний угол и тем самым облегчается про­цесс стружкообразо­вания. Наклон винтовой канавки у сверл берется от 18 до 30°. С увеличением угла ω уменьшается прочность сверла, вследствие чего у сверл малого диаметра он делается меньше, чем у сверл большого диаметра.

Геометрические параметры режущей части сверла. Углы режущих кро­мок сверла можно рассматривать двояко: в статическом состоянии и в процессе резания (в движении). Рассмотрим сверло как геометрическое тело в статиче­ской системе координат.

Статическая система координат – прямоуголь­ная система координат с нача­лом в рассматривае­мой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движе­ния резания (рис. 14.4).

Основная плоскость P_V – координатная плоскость, проведённая через рас­сматриваемую точку ре­жущей кромки перпенди­кулярно направлению ско­рости главного движения резания в этой точке.

Плоскость резания P_n – координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости Р_V.

Главная секущая плоскость P_τ – координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания.

Рабочая плоскость Р_s – плоскость, в которой расположены направления ско­ростей V и V_s главного движения резания D_r и движения подачи D_s.

Рис. 14.4. Координатные плоскости при сверлении

в статической системе координат:

PV – основная плоскость; Pn – плоскость резания;

Pτ – главная секущая плоскость;

Pн – нормальная секущая плоскость; Ps – рабочая плоскость

Рис. 14.5. Углы сверла в статической системе координат

На рис. 14.5 для периферийной точки режущей кромки показаны углы лез­вия сверла в главной P_τ – P_τ и нормальной

P_н – P_н секущих плоскостях, а на (рис. 14.6) – углы лезвия для периферийной и произвольной точек режущей кромки в главных секущих (P_τ – P_τ и P_τx – P_τx) и рабочих (Р_s – Р_s и Р_sx – Р_sx) плоскостях.

Рис. 14.6. Статические углы сверла в главной секущей

и рабочей плоскостях для различных точек режущей кромки

Главный передний угол γ – угол в главной секущей плоскости P_τ – P_τ между передней поверхностью A_γ лезвия и основной плоскостью Р_V – Р_V. Передний угол сверла в произвольно взятой точке x режущей кромки наглядно пред­ставлен на (рис. 14.7). Передние углы γ и γ_s в главной секущей плоскости P_τ – P_τ и рабочей плоскости Р_s – Р_s определяются следующим образом. На рис. 14.8 пред­ставлены развертки винтовых линий, лежащих на цилиндрах диаметром D, D₁, D₂. Из рис. 14.8 видно, что перед­ние углы в рабочей плос­кости для рассматри­вае­мых точек будут:

, ,

.

Рис. 14.7. Схема измерения переднего угла

Для произвольной точки режущей кромки, лежащей на диаметре D_x, будем иметь:

,

где H – шаг винтовой ка­навки сверла, мм.

Так как в любой точке X режущей кромки шаг вин­товой линии сверла Н оста­ётся постоянным, то можно написать

.

В главной секущей плоскости P_τ – P_τ передний угол определяется пересчётом по формуле:

.

Окончательная формула пе­ресчёта имеет вид:

Рис. 14.8. Изменение угла наклона винтовой канавки

Задний угол α – угол в главной секущей плоскости P_τ – P_τ между задней по­верхностью А_α лезвия сверла и плоскостью резания Р_n – Р_n. В отличие от резца при существующих средствах измерения заднего угла его удобнее задавать не в главной секущей плоскости P_τ – P_τ, а в рабо­чей плоскости Р_s – Р_s. Задним углом α_s (рис. 14.9) в этом случае будет угол между задней поверхностью А_α лезвия и плоско­стью, перпендику­лярной к оси сверла (в чер­тежах и нормалях на сверла обычно за­даётся именно этот угол). Пересчет вели­чины заднего угла из одной плоскости в другую произ­водится по формуле:

.

Рис. 14.9. Образование заднего угла на лезвии сверла

в произвольных точках А и В режущей кромки

Рис. 14.10. Изменение углов резания на лезвии сверла

Вдоль режущей кромки углы лезвия сверла являются переменными. На рис. 14.10 показаны примерные графики изменения углов резания на лезвии сверла 1 – 2. Задний угол в точках лезвия от периферии к перемычке увеличивается от 6…8° на периферии до 25…35° у перемычки.

Передний угол γ при резании стали изменяется от 18…30° у периферии сверла до нуля и даже до отрицательных значений у перемычки сверла. Угол наклона лезвия λ изменяется от 5…10° у периферии сверла до 30…45° у пере­мычки.

На рис. 14.11 показана схема резания с обычно принятыми обозначениями.

Скорость резания V – окружная скорость наиболее удаленной от оси сверла точки режущей кромки, определяется по формуле:

,

где D – диаметр сверла (по ленточкам), мм;

n – частота вращения сверла, об/мин.

Скорость резания при сверлении является величиной переменной, изме­няющейся для разных точек режущих кромок от 0 до V (по мере приближения к периферии).

Подача s – величина перемещения сверла вдоль оси за один его оборот в мм/об. Подачу можно измерять также и в мм/мин, в этом случае:

мм/об.

Так как при сверлении обычно работают две режущие кромки, то подача в мм, приходящаяся на каждую из кромок:

.

Толщина срезаемого слоя а – минимальное расстояние между двумя после­довательными положениями режущей кромки за один оборот сверла. Измеря­ется она в направлении, перпендикулярном к режущей кромке. По отношению к одной кромке:

а) б)

Рис. 14.11. Элементы резания и срезаемого слоя при сверлении (а) и при рассверливании (б)

мм.

Ширина срезаемого слоя b измеряется вдоль режущей кромки сверла и равна ее длине:

мм.

Площадь поперечного сечения срезаемого слоя, приходящаяся на обе режу­щие кромки:

мм²;

на одну режущую кромку:

мм².

Основное (машинное) время при сверлении и рассверливании вычисляется по формуле:

мин, (14.1)

где L – длина прохода сверла в направлении движения подачи, мм (рис.14.12):

L = l + l₁ + l₂ мм,

l – глубина сверления, мм;

l₁— величина врезания, мм;

l₂ – величина перебега (1…2 мм);

s – подача, мм/об;

n — частота вращения сверла, об/мин.

а) б в)

Рис. 14.12. Элементы пути, проходимого сверлом:

а – при сквозном сверлении; б – при глухом сверлении;

в – при рассверливании

Процесс резания при сверлении во многом аналогичен точению, но имеет и ряд особенностей. Упруго-пластическому деформированию срезаемого слоя и здесь сопутствуют различные физические явления: усадка стружки и ее завива­ние, выделение тепла, наростообразование, упрочнение поверхностного слоя (наклеп), трение стружки о поверхность винтовой канавки, трение задней по­верхности о поверхность резания и др. Наряду с этим процесс резания при сверлении протекает в иных, более тяжелых условиях. Прежде всего, основную работу при сверлении выполняют две главные режущие кромки; поперечная кромка, или перемычка, имея угол резания более 90°, не режет, а мнет металл, нагружая сверло и вызывая значительные силы сопротивления на этом участке сверла.

По сравнению с точением выход стружки при сверлении более стеснен; подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания также затруднен. Кроме того, режущие кромки сверла на протяжении от периферии к центру имеют переменный передний угол; изменяется также и скорость резания по длине режущей кромки, что, в свою очередь, сказывается на изменении дефор­мации в смежных элементах по всей длине режущей кромки: деформация стружки к центру сверла увеличивается.

Поперечная кромка, имея угол резания больше 90°, работает в тяжелых ус­ловиях: она ещё значительнее деформирует металл, создает повышенные на­пряжения на этом участке режущего инструмента, что вызывает усиленный из­нос поперечной кромки сверла. К тому же часть режущих кромок, примыкаю­щих к перемычке, при более стесненных условиях выхода стружки имеет ско­рость резания, близкую к нулю. Направляющие фасочные ленточки, не имея заднего угла, создают при сверлении значительное трение о поверхность обра­батываемого отверстия; в результате чего сильно изнашиваются.

При сверлении пластичных металлов (сталей) получают, как и при точении, сливную стружку и реже – элементную; при сверлении хрупких металлов (чу­гуна и бронзы) получают стружку надлома. При сверлении также наблюдается явление усадки стружки, образование наростов и теплообразование. Принципи­ально роль тепла, наростов и условий их образования та же, что и при токарной обработке.

При сверлении в срезании стружки принимают участие два главных лезвия и перемычка. На каждом из главных лезвий действует сила резания, условно приложенная к точке режущей кромки, лежащей на радиусе D/4 (рис. 14.13).

Эту силу резания расклады­вают на:

P_z – касательная сила, касательная к ок­ружности, на которой лежит точка приложе­ния равнодействующей силы резания;

P_y – радиальная сила, проходящая через ось сверла;

P_x – осевая сила, параллельная оси сверла

Рис. 14.13. Силы, действующие на сверло

На другом главном лезвии действует ана­логичная система сил.

Силы резания, действующие на пере­мычке, представляют только осевой силой P_xп (две другие силы, лежащие в плоскости, пер­пендикулярной оси сверла, во внимание не принимают, так как их влияние на силовые харак­теристики при резании не велико).

На каждую ленточку (вспомогательную кромку) действуют сила P_zл, направленная по касательной к окружности диаметром D, и осевая P_xл, направленная вдоль оси сверла (обе эти силы по характеру своему – силы трения).

Сумма проекций сил, действующих вдоль оси сверла, на ось X будет равна:

.

Указанную сумму сил называют осевой силой при сверлении. По ней рас­считывают на прочность детали механизма подачи станка.

Силы сопротивления проникновению сверла 2P_x, возникающие на главных режущих кромках, составляют ~ 40 % осевой силы P₀; силы сопротивления, воз­никающие на поперечной кромке P_xп, составляют 57 % и силы трения 2P_xл – 3 % от силы P₀.

Сумма моментов действующих сил относительно оси X составит:

.

Указанную сумму моментов называют крутящим моментом сопротивления резанию (крутящим моментом резания).

Измерения показывают, что 80 % общего момента резания приходится на долю главных режущих кромок, 8 % – на поперечную кромку и 12 % – на трение стружки о сверло и ленточки об обработанную поверхность.

Для осуществления резания на конкретном станке необходимо, чтобы P₀ ≤ P_max, где P_max – наибольшая сила, допускаемая механизмом подачи станка, а крутящий момент резания М_кр должен быть меньше крутящего момента, развиваемого станком при определенном числе оборотов шпинделя, т.е. М_кр < М_ст.

Силы P_y, действующие на обоих главных лезвиях сверла и направленные навстречу друг другу, теоретически должны уравновешиваться. Однако вслед­ствие неточности заточки сверла (неодинаковой величины углов в плане и длин главных кромок) силы P_y не равны. Поэтому появляется равнодействую­щая сила ∆P_y, направленная в сторону большей силы. Под действием силы ∆P_y происходит ,,разбивание” отверстия, которое в свою очередь вызывает другую погрешность – увод сверла от геометрической оси отверстия, так как сверло пере­стает своими фасками центрироваться в отверстии. ,,Разбивание” и увод отвер­стия от геометрической оси всегда присущи сверлению отверстий двухлезвий­ными винтовыми сверлами.

По силе P₀ и моменту М_кр можно рассчитать потребную мощность электро­двигателя станка. Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение сверла и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

.

Мощность, затрачиваемая на вращение:

Вт,

где М_кр – крутящий момент при сверлении, Hм;

n – частота вращения сверла, об/мин.

Мощность, затрачиваемая на движение подачи сверла:

Вт,

где P₀ – осевая сила, H.

Расчеты показывают, что и, следовательно, ею можно пренебречь. Поэтому

Вт, (14.2)

или

Вт,

где М_кр – крутящий момент, Hм;

V – скорость резания, м/мин;

D – диаметр сверла, мм.

Необходимая мощность электродвигателя станка:

,

где η – кпд станка.

Влияние диаметра сверла D и подачи s на P₀ и М_кр. С увеличением D и s увеличивается площадь сечения среза, приходящаяся на главную режущую кромку, вследствие чего и P₀ и М_кр возрастают. Однако так же, как и при точе­нии, s и D влияют на P₀ и М_кр неодинаково. Поскольку , и при любых видах работ толщина срезаемого слоя на составляющие силы ре­зания влияет меньше, нежели ширина, то и s на P₀ и М_кр также влияет слабее, чем диаметр сверла. Если s влияет на P₀ и М_кр примерно одинаково, то диаметр сверла влияет на М_кр значительно больше, чем на осевую силу P₀; последнее объясняется тем, что при увеличении D одновременно с увеличением сил P_z увеличивается и плечо, на котором эти силы действуют.

Различное влияние s и D учитывается показателями степени в формулах для подсчета P₀ и М_кр:

и ,

где в зависимости от обрабатываемого материала:

x_p = 0,9…1,4; y_p = 0,7…0,9; x_м = 2,0; y_м = 0,8…0,9.

Влияние угла наклона винтовой канавки сверла ω на P₀ и М_кр.

Из выве­денной ранее формулы следует, что при φ = const γ_x и ω величины пропорциональные. Таким образом, с увеличением ω соответственно возрастает и γ, что ведет к снижению работы деформации и, следовательно, к снижению P₀ и М_кр (рис. 14.14). Эксперимен­тально установлено, что увеличение ω более чем до 25…35° существенного влияния на силы резания не оказывает.

а) б)

Рис. 14.14. Влияние угла ω на крутящий момент М_кр (а)

и на осевую силу Р₀ (б) при сверлении

Влияние угла при вершине 2φ на P₀ и М_кр. Влияние 2φ на P₀ и М_кр при сверлении аналогично влиянию угла φ на силы P_x и P_z при точении. При увели­чении угла 2φ отношение уменьшается (рис. 14.15). Это уменьшает силу P_z на главной режущей кромке и, как следствие, величину М_кр (рис. 14.16). Так же, как и при точении, увеличение угла 2φ приводит к увеличению угла между главной режущей кромкой и направлением движения подачи, что увеличивает осевую составляющую P_x на режущей кромке и, следовательно, осевую силу P₀.

Влияние длины перемычки l_п и угла ее наклона на P₀ и М_кр. Поперечная режущая кромка имеет отрицательное значение угла γ, следовательно, с ее уве­личением осевая сила будет расти, поскольку при этом увеличивается сопро­тивление врезанию.

Рис. 14.15. Влияние угла в плане на изменение толщины

и ширины сре­заемого слоя при сверлении

На М_кр этот фактор существенного влияния не оказывает, так как длина попе­речной режущей кромки крайне мала по сравнению с длиной главных режущих кромок.

Угол ψ на P₀ и М_кр влияет наиболее сложно (рис. 14.17). С одной стороны, увеличение угла ψ вызывает уменьшение l_п, что должно несколько уменьшить М_кр и более значительно P₀. С другой стороны, при увеличении угла ψ увеличивается длина главных режущих кромок и их участков с малой величиной γ. Последнее должно привести к увеличению как М_кр, так и P₀. Такое противоречивое влияние угла ψ приводит к тому, что при его увеличении P₀ непрерывно растет, а М_кр вначале уменьшается, а затем возрастает. Минимум крутящего момента соот­ветствует ψ = 50…55°.

Рис. 14.16. Влияние угла в плане 2φ на крутящий момент и осевую силу	Рис. 14.17. Влияние угла ψ на крутящий мо­мент и осевую силу

Для уменьшения М_кр и особенно P₀ применяют различные методы под­точки перемычки.

Влияние смазочно-охлаждающей жидкости. Исследованиями установ­лено положительное влияние жидкости на величину силы подачи и момента. Применение при сверлении жидкостей, и особенно поверхностно-активных, способствует уменьшению силы подачи и момента: на 10…35 % при обработке пластичных металлов (сталей); на 10…18 % при обработке чугуна; на 30…40 % при сверлении алюминиевых сплавов по сравнению с обработкой всухую.

Влияние качества обрабатываемого металла. С изменением механиче­ских и физико-химических свойств обраба­тываемых металлов изменяется и их сопротивление сверлению.

Характеристиками качества обрабатываемого металла, от кото­рых зависит величина силы резания при сверлении, являются: а) при обработке стали – предел прочности σ_b; б) при обработке чугуна и бронзы – твердость HB.

На основе проведенных исследований установлены соответствующие попра­вочные коэффициенты, приведенные в табл. 14.1.

Окончательный подсчет крутящего момента и осевой силы при сверлении ведут по формулам:

Нм;

Н,

где С_м и С_р – коэффициенты, зависящие от свойств обрабатываемого мате­риала, геометрии сверла и других условий обработки;

D – диаметр сверла в мм;

s – подача в мм/об;

x_м, у_м, x_р и y_р – показатели степеней.

Значения коэффициентов и показателей степеней приводятся в соответст­вующих справочниках. Например, для конструкционной углеродистой стали с σ_в = 750 Н/мм²

Нм;

H.

Таблица 14.1

_{Значения поправочных коэффициентов Ком}

Сталь
Предел прочности σb в Н/мм^2	300…400		400…500	500…600	600…700	700…800	800…900	900…1000	1000…1100	1100…1200
Поправочный коэффициент	0,57		0,67	0,79	0,89	1,0	1,1	1,1	1,28	1,36
Серый чугун
Твердость НВ		100…120	120…140	140…160	160…180	180…200	200…220	220…240	240…260	260…280
Поправочный ко­эффициент		0,72	0,8	0,87	0,94	1,0	1,06	1,13	1,18	1,21

Износ сверл. В процессе сверления режущая часть сверла с течением вре­мени изнашивается. Сверла изнашиваются в результате трения задних поверх­ностей о поверхность резания, стружки, о переднюю поверхность, направляю­щих ленточек об обработанную поверхность и смятия поперечной кромки. На рис. 14.18 показаны типичные виды износа сверла из быстрорежущей стали: износ по задней и передней поверхностям, износ по уголкам и по направляю­щим ленточкам.

Рис. 14.18. Износ сверла из быстрорежущей стали

Износ сверла по задней поверх­ности происходит неравномерно: у поперечной кромки износ меньше, чем у периферии. Наиболее опасным видом износа у сверл является износ по уголкам, образуемым главными режущими кромками и ленточками. Эти места являются наиболее на­пряженными, так как скорость реза­ния в этих местах сверла наиболь­шая, наибольшее здесь и выделение тепла и, соответственно, наблюда­ется и самый интенсивный износ. Например, при обработке сталей в качестве критерия затупления для сверл из быстрорежущей стали принят износ по задней поверхности у периферии h_з = 1…1,2 мм; при сверлении чугунных заготовок сверлами, оснащенными твер­дым сплавом, за критерий затупления принимается износ по уголкам δ = 0,5 …1,2 мм. Износ сверл, оснащенных твердым сплавом, при сверлении трудно­обрабатываемых материалов (жаропрочных и титановых сплавов, а также туго­плавких металлов, например, вольфрама, молибдена и др.) обычно происходит по задним поверхностям. Допустимая величина износа лежит в пределах h_з = 0,35…0,5 мм, что и необходимо принимать за критерий затупления.

Стойкость сверла. Под стойкостью сверла понимается время работы сверла до затупления – от переточки до переточки. Стойкость сверла нераз­рывно связана с его износом и зависит от тех же факторов, что и износ: от свойств обрабатываемого материала, материала режущей части сверла, его гео­метрии, диаметра сверла, скорости резания, подачи и глубины просверливае­мого отверстия. Если зависимость Т = f(V) построить в двойной логарифмиче­ской сетке, то приближенно, как и при точении, в определенном диапазоне из­менения скорости резания, зависимость Т – V может быть выражена степенной функцией:

или

,

где А – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, материала и геометрии сверла и условий обработки;

m – показатель относительной стойко­сти, зависящий от тех же факторов, что и коэффициент А.

Для расчетов при ра­боте быстрорежущими сверлами принимают в среднем m = 0,15…0,2.

Зависимость стойкости сверла от скорости резания, диаметра сверла и подачи является весьма сложной и может быть выражена следующей форму­лой:

или .

Значения C_V, m, x_V и y_V приведены в справочниках по режимам резания.

В практике эксплуатации сверл при всех прочих равных условиях норма стойкости сверл увеличивается с увеличением их диаметра. В табл. 14.2 при­водятся средние значения стойкости для сверл, изготовленных из быстрорежу­щей стали, при обработке стали и чугуна.

Влияние диаметра сверла. Сверла больших диаметров допускают более вы­сокие нормы стойкости, а при одной и той же стойкости – более высокие ско­рости резания, чем сверла меньших диаметров. Объясняется это тем, что при увеличении диаметра увеличивается масса сверла, отводящая тепло от поверх­ностей трения; увеличивается также объем стружечных канавок, вследствие чего облегчается подвод смазочно-охлаждающей жидкости к режущим кром­кам, уменьшается износ сверл.

Таблица 14.2

Средние значения стойкости сверл

Обрабатываемый материал	Стойкость в мин сверл диаметром в мм
	2…5	6…14	15…19	20…24	25…29	30…34	35…39	40…44	45…49
Сталь Чугун	6 12	10 18	12 24	18 30	25 36	30 42	35 55	45 60	55 70

Влияние подачи на стойкость и скорость резания при сверлении такое же, как и при точении: с увеличением подачи для сохранения одинаковой стойко­сти сверла следует соответственно снижать скорость резания. При сверлении жаропрочных материалов изменение подачи значительно сильнее сказывается на изменении стойкости сверл, чем при обработке конструкционных материа­лов.

Влияние глубины просверливаемого отверстия. С увеличением глубины просверливаемого отверстия стойкость сверла понижается, что вызывается главным образом ухудшением условий его работы: ухудшается отвод тепла, повышается трение стружки о стенки канавок, затрудняется подвод смазочно-охлаждающей жидкости к режущим кромкам и др. Все это приводит к тому, что при глубине отверстия l > 3D (при соблюдении одной и той же стойкости) скорость резания, допускаемая сверлом, уменьшается.

Влияние формы заточки сверла. Изменяя форму заточки нормальных спи­ральных сверл, можно в значительной мере устранить свойственные им недос­татки и тем самым повысить стойкость сверл и допускаемую ими скорость ре­зания. К таким мероприятиям относятся двойная заточка сверл, подточка попе­речной кромки (перемычки), подточка цилиндрической ленточки и создание бесперемычных сверл.

Заборная часть сверла с двойной заточкой (рис.14.21) имеет две пары лома­ных режущих кромок: коротких (В = 0,2D) – под углом 2φ = 70° и удлиненных – под углом 2φ = 116…118°. Такие сверла отличаются от нормальных спираль­ных сверл повышенной стойкостью (в 2…3 раза большей при сверлении стали и в 3...6 раз – при сверлении чугуна). Это дает возможность повысить скорость ре­зания при той же стойкости сверла на 15…20 % по сравнению с одинарной за­точкой. Повышение скорости резания, допускаемой такими сверлами, объясня­ется тем, что при двойной заточке уголки у ленточек получаются более массив­ными, режущие кромки у сверл удлиняются и улучшается отвод тепла.

Повышению стойкости сверла способствует также подточка поперечной кромки. Подточка увеличивает перед­ний угол на участках вблизи поперечной кромки, одновре­менно уменьшает ее длину (размер А, рис. 14.19) и увели­чивает активную длину режу­щей кромки. Все это в сово­купности облегчает процесс деформации и благоприятно влияет на стойкость сверла, которая повышается в 1,5…2 раза.

Цилиндрические ленточки сверла, предназначенные для направления сверла в процессе резания, не имеют заднего угла и создают зна­чительное трение. Опыты показывают, что для уменьшения трения и облегче­ния процесса сверления целесообразно для образования заднего угла подтачи­вать цилиндрическую ленточку на длине l₁ = 1,5…4 мм (рис. 14.19), оставляя ее шириной f = 0,2…0,4 мм. Задний угол на этом участке ленточки α₁ = 6…8°. Та­кая подточка (затылование) цилиндрической ленточки снижает трение, повы­шая тем самым стойкость сверл и допускаемую им скорость резания на 10…15 %. Подточка ленточки целесообразна для обработки заготовок с предва­рительно снятой коркой.

Рис. 14.19. Элементы двойной заточки сверла,

подточки перемычки и ленточки

Влияние смазочно-охлаждающей жидкости. Применение жидкости для от­вода тепла, образующегося при сверлении, не менее важно, чем при точении. Особенно важно применение охлаждения при сверлении пластичных металлов. Сверление с охлаждением дает повышение допустимой скорости резания в 1,4…1,5 раза. В качестве охлаждающей жидкости рекомендуют: при сверлении ста­лей 10…15%-й раствор эмульсии в количестве ~ 0,0834 л/с; для легирован­ных сталей – компаундированные масла; для сверления серого чугуна – эмуль­сии (или всухую); для сверления алюминиевых сплавов – эмульсии, керосин, а если нет охлаждения, рекомендуется смазывать инструмент смесью машинного масла с керосином.

Особенно эффективно охлаждение при обработке материалов, отличаю­щихся низкой теплопроводностью, к таким материалам относятся жаропрочные и титановые сплавы. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости при сверле­нии жаропрочных и титановых сплавов рекомендуется применять 5…10%-й водный раствор эмульсола Р3–СОЖ8, олеиновую кислоту и ее смеси (с транс­форматорным маслом, сульфофрезолом).

Итак, скорость резания, допускаемая режущими свойствами сверла, зависит от многих факторов (T, s, D, l, ОМ, ИМ, СОЖ и др.). Окончательно эта ско­рость подсчитывается при сверлении по обобщенной формуле:

, (14.3)

где С_V – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, мате­риала сверла, формы сверла, геометрии его режущей части и условий обра­ботки (охлаждения, глубины сверления и пр.);

Т – стойкость сверла, мин;

m – показатель относительной стойкости;

x_V – показатель степени, определяющий влияние на скорость резания диаметра сверла;

y_V – показатель степени, опреде­ляющий влияние на скорость резания подачи;

K_V – общий поправочный коэф­фициент, учитывающий конкретные условия обработки, отличающиеся от тех, которые учитываются коэффициентом С_V.

Значения С_V, m, x_V, y_V, а также поправочные коэффициенты на измененные условия обработки приведены в справочниках по режимам резания.

Последовательность расчета режимов резания при сверлении та же, что и при точении.

Глубина резания при сверлении как технологический параметр не исполь­зуется, так как , где D – диаметр сверла.

Подача. Из формулы основного времени (14.1) следует, что назначение элементов режима резания при сверлении, как и при точении, сводится к вы­бору такой комбинации sn, при которой процесс сверления будет наиболее про­изводительным. Для получения наибольшей производительности при сверле­нии выгодно работать с максимально возможной подачей, величина которой определяется прочностью сверла и механизмов станка (механизма подачи и ме­ханизма главного движения) и жесткостью системы СПИД.

Расчет подачи с учетом прочности сверла. В процессе резания сверло ис­пытывает напряжения от кручения и продольного изгиба и поэтому допускает по прочности увеличение подачи лишь до определенного предела, выше кото­рого происходит разрушение сверла. Максимальная подача при сверлении не должна превышать такой величины, при которой возникающие в сверле внут­ренние напряжения выходят за пределы допустимых. Наибольшая подача, до­пускаемая прочностью сверла, определяется следующим образом. Напряжения, возникающие в сверле от кручения:

,

где М_кр – крутящий момент при сверлении;

W – момент сопротивления; для сверла на основании опытов W = 0,02D³.

Максимальное напряжение в сверле с учетом крутящего момента и осевой силы:

;

это напряжение не должно превышать допустимого

,

где К – коэффициент безопасности, учитывающий увеличение напряжений в сверле при его затуплении.

На практике принимают К = 2,5 при сверлении стали и К = 4 при сверлении чугуна.

Подставив значение τ_mах, получим:

,

откуда наибольшая подача, допускаемая прочностью сверла,

.

Обозначая через C_s, а через x_s, получим оконча­тельно

.

Рекомендуется

мм/об.

Значения C_s для сверл из быстрорежущей стали приводятся в табл. 14.3.

Таблица 14.3

_{Значения коэффициента С}s

Обрабатываемый материал	Характеристика материала	Коэффициент Cs
Конструкционная сталь	σв = 900 Н/мм² σв = 900…1100 Н/мм² σв > 1100 Н/мм²	0,064 0,050 0,038
Чугун	HB < 170 HB > 170	0,125 0,075
Цветные металлы	——	0,125

Расчет подачи с учетом прочности механизмов сверлильного станка. Мак­симальная подача, допускаемая механизмом главного движения сверлильного станка, определяется из условия, что максимальный крутящий момент, допус­каемый данным механизмом (приводится в паспорте станка), должен быть больше крутящего момента на сверле, т. е.

> ,

или

.

Следовательно, максимальная подача, допускаемая механизмом главного движения:

мм/об.

Точно таким же образом можно определить наибольшую подачу, допускае­мую прочностью реечного колеса механизма подачи. Если обозначим наи­большую силу, допускаемую прочностью механизма подачи Р_рейки (приводится в паспорте станка), то наибольшую подачу, допускаемую прочностью рейки, можно определить исходя из следующего условия:

> ,

где – осевая сила,

или

> ,

откуда наибольшая подача, допускаемая прочностью реечного колеса:

мм/об.

Следовательно, подачу при сверлении необходимо подсчитывать исходя из прочности сверла, а также из значений s₁ и s₂, допускаемых прочностью меха­низмов станка.

Выбор элементов режима резания при сверлении следует производить в следующей последовательности: 1) определить максимальную допустимую по­дачу; 2) подсчитать скорость резания, допускаемую режущими свойствами сверла, с учетом наивыгоднейшего периода стойкости и максимальной допус­тимой подачи, руководствуясь формулой (14.3); 3) подсчитать мощность, за­трачиваемую на сверление, по формуле (14.3); 4) проверить соответствие по­лезной мощности станка и мощности, потребной на сверление ( ); 5) подсчитать машинное время.

Стойкость сверла обычно принимается равной диаметру сверла Т = D или по табл. 14.2.

Скорость резания подсчитывается по формуле

,

откуда расчетное число оборотов шпинделя станка:

об/мин.

Число оборотов n корректируется по паспорту станка, принимается бли­жайшее меньшее значение n_д.

Тогда действительная скорость резания:

м/мин.

Крутящий момент при сверлении:

.

Подсчитанный М_кр сравнивают с крутящим моментом станка М_ст на дан­ной ступени чисел оборотов (n_д). Должно быть:

< .

Мощность, необходимая на резание:

кВт.

Потребная мощность главного электродвигателя станка должна быть:

.

Должно соблюдаться условие:

<