РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СВЕРЛА
2.1. Особенности износа сверл при сверлении
Сверла работают в более тяжелых условиях, чем резцы, фрезы и ряд других
инструментов. Это объясняется как неблагоприятной геометрией режущей части
сверла, так и неблагоприятными условиями, в которых происходит процесс
сверления (затрудненный отвод стружки и подвод СОЖ).
Сверло является многокромочным инструментом, и, при этом, практически все
кромки имеют неблагоприятные геометрические параметры. Так передние углы
основной режущей кромки в нормальном сечении стандартного спирального сверла с
2j=120°, w=30°, m=8°30ў изменяется от +30° на периферии сверла до -30° на
участке, примыкающем к поперечной режущей кромке [87]. В свою очередь, передний
угол на поперечной кромке имеет большое отрицательное значение (до -50°).
Вспомогательная режущая кромка, примыкающая к ленточке, имеет нулевой задний
угол и очень маленький вспомогательный угол в плане (обратная конусность
0,08...0,13 мм на 100 мм длины сверла). Такие неблагоприятные геометрические
параметры приводят к снижению работоспособности сверла в целом и его стойкости
в частности, по сравнению с другими инструментами.
Кроме этого, толщина среза увеличивается от центральной зоны к периферии сверла
(от 0,35S до 0,43S для стандартного сверла) [87]. Скорость резания также
изменяется по длине режущей кромки - равна нулю в оси сверла и на периферии
достигает максимального значения, что, также отрицательно сказывается на
загрузке режущей кромки. Это во многом обуславливает особенности износа сверл.
В общем случае сверла из быстрорежущей стали изнашиваются по задней
поверхности, по передней поверхности, по уголкам, по ленточкам и по поперечной
режущей кромке. Однако, в силу изложенных выше причин, износ сверл протекает
неравномерно. При небольших подачах (SЈ0,2мм\об) преобладает износ по задней
поверхности, по уголкам и по ленточке. При этом, на периферии сверла величина
износа достигает максимального значения. При подачах больше 0,2 мм\об к этому
добавляется более интенсивный износ по передней поверхности на участке основной
режущей кромки, где передний угол имеет отрицательное значение, и по поперечной
режущей кромке [1,17,31].
В нашей стране и за рубежом проведено множество исследований по определению
влияния различных факторов на стойкость сверл. Однако, практически все
исследователи отмечают в своих работах, что износ сверл протекает неравномерно
вдоль режущих кромок и достигает максимального значения на периферии сверла как
по задней поверхности, так и по уголкам и ленточке.
2.2. Особенности износа сверл при рассверливании
Операция рассверливания применяется в основном для получения отверстий
диаметром 30 мм и более.
При рассверливании в резании участвует только периферийная часть режущих
кромок, а уголок работает с наивысшей скоростью резания. Поэтому, в этом случае
преобладает износ по уголкам в месте перехода от режущих кромок к ленточкам.
Износ принимает форму округления уголков, так как стружка на этом участке
снимается как главной, так и вспомогательной режущими кромками (рис 2.1)
[1,17,51].
Анализ эмпирических зависимостей, приведенных в справочной литературе [74,75]
показал, что стойкость сверл при рассверливании, при прочих равных условиях,
зависит от глубины резания. При этом, чем больше глубина резания, тем меньше
стойкость сверла.
Рис. 2.1. Износ сверла из быстрорежущей стали [1].
Так, например, в ЭНИМС были проведены испытания по рассверливанию серого чугуна
сверлом диаметром 30 мм. Диаметры предварительно просверленных отверстий были
равны 26, 17,5 и 11,5 мм, то есть припуск на сторону был равен соответственно
2, 6,25 и 9,25 мм. Оказалось, что стойкость сверл при рассверливании с
припуском 2 мм была равна 29,5 мин., а при рассверливании тем же сверлом с
припуском 9,25 мм стойкость снизилась почти в три раза и была равна 10,4 мин.
Причем, работоспособность сверла во всех случаях лимитировалась износом
периферийной зоны.
2.3. Силовые характеристики при сверлении и рассверливании
Силовые характеристики процесса сверления зависят от множества факторов.
Рассмотрим, каким образом влияют на РОС и МКР геометрические параметры режущей
части сверла и некоторые конструктивные элементы.
Из результатов многочисленных исследований процесса сверления следует, что на
силовые характеристики процесса сверления большое влияние оказывают
геометрические параметры режущей части [1,17,23,47].
Так при исследовании влияния главного угла в плане на осевую силу и крутящий
момент было установлено, что с его увеличением осевая сила возрастает, а
крутящий момент уменьшается (рис.2.2) [1,17,31].
Рис. 2.2. Влияние угла в плане сверла на осевую силу и крутящий момент [1].
Исследованиями по влиянию угла наклона стружечной канавки w на силовые
характеристики при сверлении было установлено, что его увеличение до 25...30°
сопровождается значительным снижением, как осевой силы, так и крутящего
момента. Дальнейшее увеличение угла w не оказывает заметного влияния на силовые
характеристики (рис.2.3). Заметное снижение РОС и МКР с увеличением угла
наклона стружечной канавки до 30° объясняется соответствующим увеличением
переднего угла [1,16].
Рис. 2.3. Влияние угла наклона винтовой канавки сверла w? на крутящий момент и
на осевую силу [1].
Поперечная режущая кромка очень сильно влияет на значение осевой силы. Более
50% всей осевой силы приходится на поперечную кромку, которая имеет
неблагоприятные углы резания. Следовательно, чем больше длина поперечной
режущей кромки, тем больше осевая сила и крутящий момент
(рис.2.4)[1,17,4