6.5.3. Силы резания и крутящий момент при сверлении

Допустим, равнодействующая сил, действующих на режущую кромку сверла, приложена в точке А. Разложим ее в трех взаимно пер­пендикулярных направлениях (рис. 6.32) и получим три составляю­щие силы, действующие на каждую режущую кромку. Силы P_z созда­ют крутящий момент М_кр, который преодо­левается шпинделем станка. Силы Р_у дейст­вуют по радиусам и взаимно уничтожаются. Силы Р_х вместе с силой Р_п, действующей на перемычке, образуют осевую силу или силу подачи, которая преодолевается механиз­мом подачи станка; Р_т — силы трения лен­точек о поверхность отверстия. В итоге на сверло действуют М_кр и осевая сила, или си­ла подачи Р_ос.

Теоретически получена зависимость

(6.41)

Рис. 6.32. Схема сил, дей­ствующих на сверло

163

Эксперименты, проведенные с исполь­зованием двухкомпонентных динамомет­ров при сверлении материалов сверлами разных диаметров и с различной подачей, позволили получить эмпирические форму­лы, которые хорошо согласуются с теоре­тическими и используются для подсчета М_кр (Н • м) и Р_ос (Н). Они имеют следующий вид [78]:

(6.42) (6.43)

где С_м и С_р — коэффициенты, характеризующие условия сверления и свойства материала, принятого за эталон; К_м и К_р — общие поправоч­ные коэффициенты на измененные условия работы (берутся из спра­вочников [36, 64]).

Например, при сверлении стали сверлом из быстрорежущей стали М_кр= 0,345 D² S⁰³ (H м); при сверлении чугуна P_OC=57 D S^0,8 (Н).

Зная величины крутящего момента и осевой силы, можно опреде­лить мощность (кВт), потребную на сверление, используя соотноше­ние

где N_BР, N_ПОД — соответственно мощности, потребные на вращение сверла и подачу.

Поскольку то

(6,46)

С учетом КПД станка η_ст и коэффициента допускаемой перегруз­ки, равного 1,3,

(6.47)

Резание при сверлении осуществляется пятью элементами сверла: двумя главными режущими кромками, перемычкой и двумя направ­ляющими ленточками. На каждый из этих элементов приходится оп­ределенная доля в общей величине крутящего момента М_кр и осевой силы Р_ос. По данным экспериментов между этими составляющими существуют примерно следующие соотношения:

1) по величине М_кр на режущие кромки приходится 80 %, пере­мычку — 8 % и на трение ленточек об обработанную поверхность и трение стружки о канавки сверла — 12 % от общего крутящего мо­мента;

Рис. 6.33. Зависимости Р_ж и М_кр при сверлении от угла наклона винтовой ка­навки (а), угла при вершине (6) и диаметра сердцевины (в)

2) по величине Р_ос на режущие кромки — 40 %, перемычку — 57 %, на трение ленточек об обработанную поверхность и стружки о канав­ки сверла — 3 % от осевой силы.

Геометрические параметры сверла оказывают существенное влияние на величины Мкр и Рoс в частности, с возрастанием угла на­клона винтовой канавки (рис. 6.33, а) увеличивается передний угол, следовательно, облегчается процесс стружкообразования и уменьша­ются М_кр и Рос. Такое снижение М_кр и Р_ос особенно заметно при уве­личении ω до 30°. Дальнейшее изменение ω не оказывает существен­ного влияния на величины крутящего момента и осевой силы [78].

В зависимости от угла 2φ Р_ос и М_кр изменяются, поскольку изме­няются ширина и толщина среза (аналогично точению). С увеличе­нием 2φ М_кр уменьшается, а Р_ос возрастает (рис. 6.33, б) [78].

Диаметр сердцевины d оказывает большее влияние на величину Р_ос, чем на Мкр (рис. 6.33, в). Для уменьшения величины Р_ос делают двойной угол при вершине (рис. 6.34, а), специальные подточки кон­структивных элементов, вводят стружкоделительные канавки (рис. 6.34, б...е).

Влияние свойств обрабатываемого материала учитывают, как и для точения, эмпирическими зависимостями:

165

Рис. 6.34. Формы подточки сверл:

а — двойной угол при вершине; б— подточка перемычки; в — подточка передних поверхностей перьев сверл; г — подточка ленточек; д — стружкоделительные канавки; е — подточка перемычки

и ленточки

(6.48) (6.49)

Значения постоянных коэффициентов и показателей степеней приведены в справочной литературе [36, 64].