6.5. Сверление

6.5.1. Особенности сверления. Элементы режима резания и срезаемого слоя

Сверление применяют для получения отверстий в сплошном ма­териале, а также для рассверливания уже имеющихся отверстий. Сверлением обеспечивается 11... 12-й квалитеты точности и шерохо­ватость обработанной поверхности R_z = 20...80 мкм. В качестве РИ используют сверла различных конструкций. Процесс резания при сверлении протекает принципиально также, как и при точении. Так, в зависимости от свойств обрабатываемого материала стружка полу­чается сливной или надлома; имеет место усадка стружки; при свер­лении вязких металлов образуется нарост. Однако, несмотря на ука­занное сходство процессов точения и сверления, между ними имеют­ся следующие различия [78]:

1. наличие очень малых передних углов в центральной части сверла и отрицательных на перемычке повышает деформацию срезаемой стружки, увеличивает силы трения, а следовательно, и тепловыделение в зоне резания;

2. наблюдается повышенное трение в процессе сверления из-за отсутствия вспомогательных задних углов на ленточках;

3. сверло в процессе резания находится в постоянном длительном контакте со стружкой и обработанной поверхностью; ухудшены условия отвода стружки; выходящая из отверстия стружка затрудняет проникновение СОЖ в зону резания и отвод теплоты;

4. различие скоростей резания для точек главных режущих кромок в процессе сверления усложняет процесс деформации стружки и ее схода по передней поверхности РИ.

Главное движение при сверлении осуществляется из-за вращения сверла и реже — детали, а движение подачи — перемещением сверла или детали вдоль оси РИ (рис. 6.29). Скорость резания при сверлении

157

(6.25)

где D — диаметр сверла; п — частота враще­ния сверла..

Подача — величина перемещения свер­ла вдоль оси за один его оборот (S_о, мм/об). Поскольку у сверла две главные режущие кромки, на каждую из них приходится по­дача (мм/зуб)

(6.26)

Рис. 6.29. Элементы ре­жима резания и срезаемого слоя при сверлении

В свою очередь минутная подача (мм/мин)

(6.27) Глубина резания (мм) при сверлении определяется диаметром

сверла, т. е.

(6.28)

а при рассверливании предварительно полученного отверстия диа­метром d

(6.29)

Толщину и ширину среза (мм) при сверлении определяют без уче­та перемычки по формулам:

(6.30) (6.31)

Толщина среза измеряется в направлении, перпендикулярном главной режущей кромке, а ширина — вдоль нее.

Площадь поперечного сечения среза (мм²), приходящаяся на одну режущую кромку,

6.5.2. Конструктивные элементы и геометрия спирального сверла

С пиральное сверло состоит из рабочей части l₁, шейки l₃ и хвосто­вика l₄, имеющего на конце лапку l₅ (рис. 6.30). Рабочая часть в свою очередь разделяется на режущую l₂ и калиб­рующую l₂^- . Рабочая часть включает следую­щие элементы: шлифованные ленточки (вспомогательные режущие кромки) 1, по­перечную режущую кромку 2, канавки 3, две главные режущие кромки 4, передние 7 и задние 5 поверхности, два зуба (пера) 6 сверла.

Хвостовик сверла может быть как кони­ческим, так и цилиндрическим с поводком. В первом случае крутящий момент переда­ется из-за сил трения между коническими поверхностями хвостовика сверла и поса­дочного отверстия шпинделя, а во втором — посредством поводка. Лапка необходима для выбивания сверла из шпинделя станка и передачи крутящего момента в начале реза­ния, когда еще отсутствует осевая сила и силы трения малы. Шейка предназначена для выхода шлифовального круга при изго­товлении сверла. Калибрующая часть обес­печивает направление сверла в просверли­ваемом отверстии и является резервом для образования режущей части при его пере­точках.

з

Режущие свойства сверла определяются геометрическими параметрами и материа­лом его рабочей части. Угол наклона винто­вой канавки ω — это угол, заключенный между осью сверла и развернутой винтовой линией стружечной канавки (рис. 6.31, б). Величина его непостоянна: чем ближе к оси сверла, тем меньше угол ω. Определяют его так:

tg ω =π D / H

158

(6.32)

Рис. 6.30. Конструктивные (6.33) элементы спирального свер­ла

159

Рис. 6.31. Геометрические параметры спирального сверла

Угол наклона поперечной режущей кромки (перемычки) ψ за­ключен между проекциями поперечной и одной из главных режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла. Обычно ψ = 50...55° (рис. 6.31, а). Угол резания у перемычки больше 90°, по­этому металл не режется, а скоблится.

Угол при вершине 2φ (рис. 6.31, а) заключен между проекциями главных режущих кромок на плоскость, проходящую через ось сверла (основную плоскость). Величина этого угла зависит от свойств обра­батываемого материала и лежит в пределах 80... 140°. Для сверления пластичных материалов принимают большие значения угла 2φ, чем для хрупких. Например, для обработки стали и чугуна 2φ= 116... 120°, для алюминия 2φ = 80, для труднообрабатываемых материалов 2φ = 140°.

Вспомогательный угол в плане φ₁ образуется из-за выполнения ра­бочей части сверла с обратной конусностью. Величина его составляет 1...2⁰. Вспомогательные задние углы α₁ на ленточках равны нулю.

Угол наклона главной режущей кромки λ, определяется также, как и для резцов общего назначения.

где Н — шаг винтовой канавки сверла; Н = const. Разделив одно уравнение на другое, получают

Передним углом γ называется угол между касательной к передней поверхности сверла в рассматриваемой точке и нормалью в той же точке к поверхности вращения, образованной при вращении режу­щей кромки вокруг оси сверла (рис. 6.31, а). В каждой точке режущей кромки в плоскости NNyron у имеет различную величину, а в плоско­сти ОО, параллельной оси сверла, он равен углу наклона винтовой ка­навки, т. е. γ_o = ω. Из рис. 6.31, б видно, что

(6.34)

где D — диаметр сверла на периферии; D_x — диаметр сверла, соответ­ствующий текущей точке X; ω — угол наклона винтовой канавки, из­меренный в сечении, параллельном оси сверла; для сверл диаметрами 0,25...80 мм из быстрорежущей стали угол ω назначается в зависимо­сти от их диаметра в пределах от 17 до 34° (для меньших диаметров угол меньше).

160

(6.35)

Для сравнения формулы для определения действительного перед­него угла в нормальном сечении N—N: 1) для резца tg у_п = tg у • sin cp; 2) для сверла tg у_пр — tg у • sin ср. В связи с тем что у_пр = уо = со, имеем tg со = tg у • sin ф. Отсюда

161

(6.36)

I1-2719

Аналогично, для текущей точки X

Совместное решение уравнений (6.35) и (6.37) дает

(6.37)

(6.38)

Анализ последней формулы показывает, что наибольшее значе­ние передний угол имеет у периферии сверла. Поскольку в осевом се­чении углы у и со равны между собой, для точек режущей кромки, ле­жащих ближе к центру, передний угол уо меньший, чем для перифе­рийных.

Задний угол α — это угол, заключенный между касательной к зад­ней поверхности пера в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной к окружности ее вращения вокруг оси сверла (рис. 6.31, а). Измеряется он в плоскости 00, параллельной оси сверла и каса­тельной к цилиндрической поверхности, на которой лежит данная точка режущей кромки. В статическом состоянии (по аналогии со значением переднего угла) задний угол а, измеренный в нормальной плоскости,

(6.39)

В процессе резания значение заднего угла уменьшается, так как действительной траекторией точки, лежащей на главной режущей кромке, будет не окружность, а винтовая линия с шагом, равным ве­личине подачи. Поверхность же резания представляет собой винто­вую поверхность. Поэтому действительный задний угол <х_д определя­ется между касательными к этой винтовой и задней поверхностям в рассматриваемой точке. По своей величине он будет меньше значе­ния а на величину угла \х (рис. 6.31, а):

(6.40)

С приближением к оси сверла задний угол <х_д уменьшается, при­чем для точек режущей кромки, лежащих ближе к оси сверла, напри­мер для точки X, уменьшение главного заднего угла будет более ин­тенсивным, чем для периферийной. Чтобы обеспечить достаточную

неличину заднего угла в процессе резания у точек режущей кромки, расположенных ближе к оси сверла, задняя поверхность затачивается так, что на периферии угол а имеет минимальное значение, а по мере приближения к сердцевине он увеличивается. Такая заточка обеспе­чивается конструкцией и кинематикой заточных станков.

Поскольку у периферии сверла передний угол у сверла больший, а задний меньший, а у центра наоборот, угол заострения остается для всех точек режущего лезвия примерно одинаковым. Фактический пе­редний угол изменяется от 30° до нуля и даже отрицательного значе­ния его у перемычки. Задний угол у периферии 6...8°, а у перемычки 25...35°.