Рис. 1 Части сверла

Основные части сверла. Режущая часть (рис.1). Калибрующая (направляющая, транспортирующая) часть. Эти две части образуют рабочую часть сверла. Соединительная часть (шейка). Хвостовая часть.

Рабочая часть совместно с режущей и калибрующей частями образует две винтовые канавки и два зуба (пера), обеспечивающих процесс резания.

Калибрующая часть сверла, предназначенная для удаления стружки из зоны резания. Калибрующая часть по всей своей длине имеет ленточку и совместно с ней служит для направления сверла в отверстии.

Шейка у сверл служит для выхода шлифовального круга, а также для маркировки сверл.

Хвостовая часть бывает цилиндрической или конической с конусом Морзе. На конце хвостовой части имеется поводок или лапка.

Конструктивные элементы сверла

Сверло имеет сложную конструкцию и характеризуется диаметром и длиной сверла, шириной и высотой ленточки, диаметром спинки, центральным углом канавки, шириной зуба (пера) и диаметром (толщиной) сердцевины.

Диаметр сверла (d) . Выбор диаметра сверла зависит от технологического процесса получения данного отверстия.

Ленточка сверла. Обеспечивает направление сверла в процессе резания, уменьшает трение об поверхность отверстия и уменьшает теплообразование.

Ширина ленточки бывает от0,2–2 мм в зависимости от диаметра сверла. Ширину ленточки выбирают:

при обработке легких сплавов равной

f =1,2+0,2682 ln { d -18+[(d -18) 2 +1] 1/2 } ;

при обработке других материалов

f =(0,1…0,5) d 1/3 .

Высота ленточки обычно составляет 0,025 d мм.

Для уменьшения трения при работе на ленточках делают утонение по направлению к хвостовику, т.е. обратную конусность по диаметру на каждые 100 мм длины. Для быстрорежущих сверл обратная конусность по диаметру составляет 0,03-0,12 мм. Для твердосплавных сверл – 0,1-0,12 мм.

Сердцевина сверла влияет на прочность и жесткость, характеризуется диаметром сердцевины –d о . Величина диаметра сердцевины выбирается в зависимости от диаметра сверла. Для повышения жесткости и прочности сверла его сердцевина утолщается к хвостовику на 1,4-1,8 мм на каждые 100 мм длины.

Перемычка сверла оказывает влияние на процесс резания.

Режущие элементы сверла. Рабочая часть сверла (см. рис.) имеет шестьлезвий (режущих кромок). Двеглавные режущие кромки (1-2, 1’-2’). Двевспомогательных кромки (1-3, 1’-3’) расположенных на калибрующей части и служащие для направления сверла в процессе работы. Двепоперечные кромки (0-2, 0-2’) образующие перемычку. Все эти лезвия расположены на двух зубьях и имеют непрерывную пространственную режущую кромку, состоящую из пяти разнонаправленных отрезков (3-1, 1-2, 2-2’, 2’-1’, 1’-3’).

Геометрические параметры сверла

Угол при вершине сверла - 2  . Для быстрорежущих сверл 118-120 о, для твердосплавных 130-140 о. Угол влияет на производительность и стойкость сверла, на силы резания, длину режущей кромки и элементы сечения стружки.

Угол наклона поперечного лезвия (перемычки)- ( =50-55 о ).

Угол наклона винтовых канавок сверла  оказывает влияние на прочность, жесткость сверла и стружкоотвод.

Рекомендуется для хрупких материалов  = 10-16 о, для обработки материалов средней прочности и вязкости - = 25-35 о, для обработки вязких материалов - = 35-45 о.

Угол наклона винтовой канавки в данном сечении  х определяется по формуле

где r – радиус сверла;

r х – радиус сверла в рассматриваемой точке.

Шаг винтовых канавок р .

где D – диаметр сверла.

Диаметр сердцевины сверла – d o или К принимают равнымК =(0,125…0,145) D .

Для упрочнения инструмента диаметр К увеличивается к хвостовику сверла на 1,4 – 1,8 мм на 100 мм длины.

Диаметр спинки зуба сверла q выбирают по зависимостиq = (0,99…0,98) D .

Профиль стружечных канавок.

Угол стружечной канавки θ при обработке легких сплавов равен 116 о, других материалов 90…93 о.

Радиусы дуг , образующих профиль винтовой канавки сверла принимаются равнымиR к =(0,75…0,9) D , r к =(0,22…0,28) D , а центры дуг лежат на прямой, проходящей через центр поперечного сечения сверла.

Ширина пера. Различают ширину пера в нормальном к оси сечениюВ о и в сечении, нормальном направлению стружечной канавкиВ , которую указывают на чертеже инструмента. Ширину пераВ о определяют в нормальном к оси сверла сечении по формуле:

Передний угол главных режущих кромок  . Угол является величиной переменной, наибольшее его значении на периферии сверла, а наименьшее – в центре. Угол может быть определен в нормальномN - N ( N ) сечении. Максимальное значение находится по формуле

Передние углы на поперечной режущей кромке имеют большие отрицательные значения (могут достигать -60 о). Меняются по длине кромки. Наибольшее значение в центре сверла.

Это приводит к следующему: режущая кромка не режет, а вдавливается в металл. На это тратится 65% осевой силы резания и 15% крутящего момента. Для уменьшения осевой силы уменьшают угол при вершине сверла, при этом крутящий момент возрастает и улучшаются его режущие свойства.

Задний угол главных режущих кромок -  образуется на режущей части сверла на главных и поперечных режущих кромках. Является переменным и измеряется в нормальном и цилиндрическом сечениях.

Минимальное значение принимает на периферии сверла, максимальное – в центре. Эпюра углов показана на рисунке. Для сверл из быстрорежущих сталей принимается  = 8-15 о. Для твердосплавных = 4-6 о.

Изменение передних и задних углов в процессе резания. В процессе резания передние и задние углы меняются и отличаются от углов заточки. Их называют кинематическими или действительными углами резания. Наибольшее значение при сверлении имеет кинематический задний угол.

Кинематический задний угол  к изменяется вдоль главной режущей кромки сверла. Зависит от подачи и радиуса рассматриваемой точки режущего лезвия. Для обеспечения достаточного значения заднего угла в процессе резания его делают переменным вдоль режущей кромки. На периферии 8-14 о, а у сердцевины 20-25 о в зависимости от диаметра сверла.

Формы задней поверхности сверл. Различают одноплоскостные и двухплоскостные формы задней поверхности.

Оформление зад­ней поверхности по плоскости. Это наи­более простой одноплоскостной способ заточки сверл, при нем необходи­мо иметь задние углы не менее 20 - 25°. При этом способе заточки значения зад­него угла  зависят от угла при вершине сверла2  и заднего угла на периферии .

Недостатком таких сверл является прямолинейная поперечная кромка, кото­рая при работебез кондуктора не обеспе­чивает правильного центрирования сверла.

К
двухплоскостной форме задней поверх­ности сверл относится коническая, цилиндрическая и винтовая форма задней поверхности.

Такая форма задней поверх­ности позволяет получить независимые значения заднего угла на периферии  , угла при вершине2  и угла наклона поперечной кромки .

Коническая форма задней поверхности сверла является участком конической по­верхности.

Для образования задних углов вершина конуса смещается относительно оси сверла на вели­чину Н , равную или больше радиуса пере­мычки, иось конуса наклонена к продоль­ной оси сверла под углом .

Ци­линдрическая форма задней поверхности сверла является участком цилиндрической поверхности. Этот метод применяют редко.

Винтовая форма задней поверхности сверла является развертывающейся винто­вой поверхностью. Она позволяет полу­чить рациональное распределение значений задних углов и более выпуклую поперечную кромку сверла, что улучшает самоцентрирование сверла при работе.

У таких сверл увеличиваются значения задних углов на поперечной режущей кромке, что приво­дит к уменьшению осевых нагрузок. Большим преимуществом винтовой заточки является возможность автоматизации процесса заточки.

Сверло состоит из рабочей части 1 , шейки 3 , хвостовика 4 илапки5 предназначенной для обеспечения удаления сверла из шпинделя (рис. 2.4). Конический или цилиндрический хвостовик 4 служит для закрепления сверла на станке. Шейка сверла – промежуточная часть между хвостовиком и рабочей частью сверла. В связи с особенностями технологии изготовления сверла, шейка имеет меньший диаметр, чем рабочая часть. Последняя состоит из режущей 2 и направляющей части 16 и имеет две винтовые стружечные канавки 9 , по которым транспортируется стружка из обрабатываемого отверстия.

Рис. 2.4. Части и элементы спирального сверла:

1 – рабочая часть; 2 – режущая часть; 3 – шейка; 4 – хвостовик; 5 – лапка; 6 – зуб; 7 – поперечная кромка; 8 – поводок; 9 – стружечная канавка; 10 – главная задняя поверхность; 11 – главные режущие кромки; 12 – ленточка (вспомогательная задняя поверхность); 13 – кромка ленточки (вспомогательная режущая кромка); 14 – передняя поверхность; 15 – спинка зуба; 16 – направляющая часть.

Винтовые стружечные канавки 9 разделяют рабочую часть сверла на два зуба (пера). Так как перья сверла должны быть соединены, то между ними вдоль оси сверла имеется сердцевина. Ее размер соответствует окружности, касательной к поверхности канавок. Направляющая часть обеспечивает движение сверла в обрабатываемом отверстии и служит резервом для образования режущей части при переточках сверла. Направляющая часть сверла для уменьшения трения соприкасается с отверстием только по отшлифованным винтовым ленточкам 12 , которые расположены по краю винтовой стружечной канавки. Остальная часть зуба сверла имеет меньший диаметр и с обработанным отверстием не соприкасается. Ленточка шлифуется по окружности.

На поверхности винтовых стружечных канавок образуется и транспортируется стружка, т.е. они являются передними поверхностями 14 сверла.

Торец сверла на режущей части затачивают, образуя главные задние поверхности 10 , обращенные в процессе обработки к поверхности резания. Задние поверхности могут быть оформлены частью конической, линейчатой, эвольвентой, винтовой, плоской и другими поверхностями. Вспомогательными задними поверхностями являются наружные поверхности круглошлифованных ленточек 12 . Это часть конической поверхности с очень малой конусностью, ось которой совпадает с осью сверла. Передние поверхности 14 винтовых канавок, пересекаясь с главными задними поверхностями 10 , образуют главные режущие кромки 11 , а пересекаясь со вспомогательными задними поверхностями (ленточками 12 ) – вспомогательные режущие кромки 13 . Так как в сверле имеется сердцевина, то при пересечении двух главных задних поверхностей 10 образуется поперечная кромка или перемычка 7 (рис. 2.4).

Одним из главных конструктивных элементов сверла является наружный диаметр D - δ , имеющий минусовой допуск, что связано с разбивкой при сверлении отверстия. Допуск δ= -0,015…-0,074 принимается в зависимости от диаметра сверла D =1…80мм.

Назначение и основные типы сверл | | Конструктивные особенности твердосплавных сверл

ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

Конструктивные элементы спиральных сверл

Сверло - двухзубый режущий инструмент. Зуб сверла представляет собой тело клиновидной формы, ограниченное передней и задней поверхностью.

У спиральных сверл передняя поверхность, по которой сходит стружка при обработке, является винтовой поверхностью канавки (рис. 45).

Углом наклона винтовой канавки ОМЕГА называется угол, образуемый осью сверла и касательной к винтовой линии пересечения передней поверхности сверла с цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью сверла и диаметр которой равен диаметру сверла.

Поверхность зуба сверла, обращенная к поверхности резания (поверхности, по которой происходит отделение стружки от заготовки), называется задней поверхностью. Задние поверхности воспроизводятся при заточке сверла и их формы определяются принятым методом заточки. Задние поверхности на спиральных сверлах наиболее часто затачиваются по коническим, винтовым и плоским поверхностям. Линии пересечения передних и задних поверхностей сверла образуют режущую кромку. У обычных спиральных сверл прямолинейные режущие кромки и ось сверла являются скрещивающимися прямыми. Расстояние от оси сверла до режущей кромки равно половине диаметра сердцевины сверла. Угол 2ФИ между режущими кромками, которые располагаются симметрично относительно оси сверла, называют углом при вершине.

Линия пересечения задних поверхностей обоих зубьев сверла образует поперечную режущую кромку, расположенную в центральной зоне сверла.

Угол наклона поперечной кромки находится между проекциями поперечной кромки и режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к оси сверла.

Задний угол АЛЬФА между задней поверхностью и поверхностью резания измеряется у сверл обычно в цилиндрическом сечении, концентричном оси сверла.

Угол при вершине сверла 2ФИ играет роль главного угла в плане. С увеличением угла при вершине сверла уменьшается активная длина режущей кромки и увеличивается толщина среза, что приводит к увеличению усилий, действующих на единицу длины режущих кромок, и способствует повышению интенсивности износа сверла.

Однако при увеличении угла 2ФИ сечение среза сохраняется неизменным и уменьшается степень деформации срезаемого слоя. При этом падает величина суммарной составляющей главного усилия резания, действующего по направлению скорости резания, и определяющего, величину крутящего моменту, что благоприятно воздействует на работу такого нежесткого инструмента, как спиральные сверла. Суммарное же осевое усилие подачи сверла при увеличении угла 2ФИ возрастает. Это объясняется изменением положения относительно оси сверла плоскости, нормальной к режущей кромке, в результате чего меньшая часть усилий, действующих на режущие кромки сверла, взаимно уравновешивается. Кроме того, передние углы на поперечной кромке с увеличением угла при вершине уменьшаются, это ухудшает внедрение этой кромки в материал заготовки и приводит к возрастанию осевых усилий при сверлении. В результате возрастает опасность появления продольного изгиба сверла и значительных его деформаций. Опыты показывают, что при уменьшении угла 2ФИ от 140 до 90° осевое усилие подачи снижается на 40-50%, а крутящий момент увеличивается на 25-30%.

С увеличением угла при вершине уменьшается угол между режущей кромкой и кромкой ленточки, что приводит к ухудшению теплоотвода от наиболее интенсивно изнашивающейся периферийной зоны сверла.

При сравнительно небольших подачах, используемых в процессе сверления, уменьшение угла при вершине 2ФИ может привести к чрезвычайно малым значениям толщин среза, соизмеримым с радиусом округления режущей кромки. Это приводит к неустойчивым результатам и чаще всего к понижению стойкости инструмента.

Угол при вершине 2ФИ спирального сверла влияет на величины передних углов и на изменение их на режущей части, а также на направление и условия отвода стружки по винтовым канавкам. Известно, что нормальная работа сверла может иметь место тогда, когда надежно обеспечивается вывод стружки по канавкам и не наблюдается ее защемление и пакетирование. Как показывают исследования, увеличение угла при вершине 2ФИ приводит к более плавному изменению передних углов вдоль режущей кромки, что благоприятно отражается на режущей способности сверл.

Таким образом, угол при вершине сверла 2ФИ весьма противоречиво воздействует на процесс сверления и его оптимальное значение, зависит от многих факторов, предопределяющих характер работы сверла. Поэтому в литературе можно встретить различные данные и рекомендации по выбору угла при вершине сверла.

Следует учитывать, что подобно резцам с различными углами в плане, можно применять для заданных условий работки сверла с различными углами при вершине 2ФИ и достигать при атом удовлетворительных результатов.

Базируясь на экспериментальные данные и производственный опыт, угол 2ФИ при вершине сверла ориентировочно можно выбирать в зависимости от обрабатываемого материала.

Угол ОМЕГА наклона винтовой канавки измеряется на наружном диаметре сверла. При известном шаге h винтовой канавки и диаметре сверла Д угол наклона ОМЕГА определяется по формуле:

Винтовые линии пересечения винтовой канавки сверла с цилиндрическими поверхностями, концентричными оси сверла, имеют переменный угол наклона (ОМЕГА х) определяемый по соотношению:

Где R - радиус сверла;

Rx-радиус рассматриваемого цилиндрического сечения, концентричного оси сверла или, иными словами, расстояние от рассматриваемой точки режущей кромки до оси сверла. Как видно, угол наклона винтовых линий, расположённых на передней поверхности канавки сверла, уменьшается при приближении к оси сверла. Величины углов ОМЕГА для различных точек режущих кромок сверла при изменении угла наклона винтовой канавки от 15 до 60° приведены в табл. 5.

Из таблицы видно, что изменение угла наклона винтовой канавки ОМЕГА сильно влияет на величины углов ОМЕГА х на периферии.

Таблица 5. Изменение угла ОМЕГА х, град, на режущей части сверла
У сердцевины же сверла изменение угла ОМЕГА вызывает небольшие изменения углов ОМЕГА х, т. е. за счет изменения угла ОМЕГА нельзя в большой степени влиять на изменения геометрии центральной зоны сверла. Угол наклона винтовой канавки предопределяет величины передних углов на режущей части, особенно на периферии сверла. С увеличением угла ОМЕГА передний угол в исследуемой точке кромки также возрастает. Это приводит к уменьшению усилий резания, способствует лучшему отводу стружки.

При построении известны шаг винтовой канавки, диаметр сердцевины, ширина канавки, форма и расположение режущей кромки сверла. На рис. 53 рассмотрено сверло с прямолинейной режущей кромкой, составляющей с осью угол ФИ. Построение выполняется в системе плоскостей проекций V/H. Плоскость H перпендикулярна оси сверла, а плоскость V параллельна режущей кромке АВ (ее проекции а"b" и ab). Через периферийную точку А режущей кромки проведено сечение I, перпендикулярное оси сверла, линия пересечения которого с винтовой поверхностью канавки будет искомым торцовым сечением канавки сверла. Чтобы отыскать произвольную точку торцового сечения канавки сверла, на его режущей кромке выберем произвольную точку С. Эта точка при винтовом движении режущей кромки АВ опишет в пространстве винтовую линию СС1, расположенную на поверхности канавки. Винтовая линия СС1 пересекает сечение / в точке С1, которая будет точкой торцового сечения сверла. Винтовое движение кромки АВ, а, следовательно, и рассматриваемой точки С, разложим на поступательное движение вдоль оси сверла и кинематически связанное с ним вращательное движение вокруг оси сверла. Если обозначить величину поступательного перемещения вдоль оси через х, то соответствующий этому перемещению угол поворота будет равен:

Где H - шаг винтовой канавки сверла.

Точка С за время перемещения на величину h вдоль оси сверла до сечения I повернется вокруг оси сверла на угол

Этот угол между радиусами, соединяющими горизонтальные проекции точек С1 и С с центром сверла в истинную величину изображается в проекции на плоскости H. Поэтому, повернув вокруг оси сверла точку С на угол ЭПСЕЛОН найдем искомую горизонтальную проекцию C1 точки торцового сечения канавки сверла.

Аналогично точке С, рассматривая последующие точки режущей кромки, определяются соответствующие им точки торцового сечения канавки, совокупность которых и будет профилем рабочего участка винтовой канавки сверла в сечении, перпендикулярном его оси.

Для облегчения построения на режущей кромке целесообразно выбирать ряд равноудаленных точек С, Е, К, отстоящих от сечения / на расстоянии h, 2h, 3h. Тогда углы поворота горизонтальных проекций этих точек вокруг оси сверла будут соответственно равны ЭПСЕЛОН h, 2ЭПСЕЛОН h, З ЭПСЕЛОН h. Повернув горизонтальные проекции точек с, е, к вокруг оси сверла на углы ЭПСЕЛОН h, 2ЭПСЕЛОН h, З ЭПСЕЛОН h получим искомые точки c1, e1, k1 торцового сечения канавки сверла. Полученную кривую можно заменить дугой окружности радиуса R1 с центром в точке О1.

Вспомогательная часть профиля канавки сверла выбирается таким образом, чтобы обеспечить получение заданной ширины канавки, т. е. угла ТАУ, плавного сопряжения кривых профиля. Это способствует предотвращению трещин при термообработке сверла. Построив угол ТАУ, найдем вторую крайнюю точку m расположенную на вспомогательной части профиля. Примем, что вспомогательная часть профиля очерчивается по дуге окружности радиуса R2. Чтобы эта окружность касалась сердцевины сверла и окружности R1 в точке их соприкосновения t ее центр O2 должен лежать на прямой ОО2. С другой стороны, чтобы окружность R2 проходила через точки t, т ее центр O2 должен лежать на перпендикуляре к отрезку mt, проведенному через его середину. Поэтому точка пересечения рассматриваемого перпендикуляра и прямой O1О будет центром O2 второй окружности профиля канавки, радиус которой R3 = О2t = О2m.

Рассмотрение найденного профиля торцового сечения сверла показывает, что вспомогательный участок профиля сверла заканчивается в точке т острым углом.

Некоторые исследователи, изучая прочность сверл, пришли к выводу, что материал сверла в рассматриваемых углах практически не включается в работу и их необходимо округлять, что способствует лучшему использованию материала сверла, снижает концентрацию напряжений и повышает сопротивление кручению.

Для уменьшения трения сверла о поверхность отверстия на его зубьях по всей длине срезается спинка с оставлением небольшой шлифованной ленточки. Ленточка служит для направления сверла в процессе работы. На величине приблизительно равной половине подачи кромка ленточки, примыкающая к главным режущим кромкам, выполняет роль вспомогательной кромки и формирует поверхность отверстия. На этом участке направляющая ленточка служит вспомогательной задней поверхностью с задними углами, равными нулю.

Ширина направляющей ленточки оказывает значительное влияние на работу сверла. С увеличением ширины ленточки улучшается направление сверла, что благоприятно сказывается на его работе. Однако в этом случае возрастает трение их о стенки отверстия, что увеличивает интенсивность износа сверл и понижает их стойкость.

Опыты показывают, что с повышением жесткости сверл, например за счет роста диаметра сердцевины, увеличение ширины ленточки существенно не влияет на виброустойчивость и направление сверла в отверстии. В этом случае можно выбирать небольшие значения ширины направляющей ленточки. Однако при чрезмерно малых величинах ширины ленточки, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов, прочность направляющих ленточек в зоне резания настолько снижается, что происходит их быстрое разрушение, увеличивается зона трения и стойкость инструмента снижается.

Стандартные сверла универсального назначения диаметром 0,25-0,5 мм имеют полностью шлифованную спинку, т. е. у них ширина ленточки равна ширине зуба. У сверл диаметром от 1 до 50 мм ширина ленточек колеблется от 0,2 /ш до 2 мм.

С целью увеличения точности обработки отверстий применяют сверла с четырьмя ленточками по две на каждом зубе. У таких сверл ширина дополнительной ленточки берется на 30-40% меньше ширины основной ленточки.

Для уменьшения трения ленточек о стенки отверстия диаметр сверла уменьшают по направлению к хвостовику, т. е. выполняют сверла с обратной конусностью. Опыты показывают, что с увеличением обратной конусности стойкость сверл первоначально возрастает, а затем, достигнув максимального значения, снижается. Это происходит в результате уменьшения трения сверла о стенки отверстия. Дальнейшее увеличение об¬ратной конусности не влияет на трепне сверла о стенки отверстия, а ослабляет режущие кромки на периферии сверла, что способствует возрастанию интенсивности износа. Обратная конусность вли¬яет на направление сверла, т. е. на жест¬кость и виброустойчивость системы, что особо важно для сверл малого диаметра. У них, как показывают опыты, целесообразно выбирать уменьшенные значения обратной конусности. Степень влияния обратной конусности зависит от величины других параметров, влияющих на жесткость сверла. Поэтому у сверл с утолщенной сердцевиной можно выбирать увеличенные величины обратной конусности.

Для стандартных сверл универсального назначения на 100 мм длины:

Указанные величины обратной конусности можно принимать и при проектировании специальных сверл.

Для сверления отверстий под штифты конусностью 1:50 применяют конические сверла (рис. 54).

Кромка ленточки таких сверл имеет прямую конусность, соответствующую конусности просверленного отверстия, выполняет роль режущей кромки и формирует коническую поверхность отверстия. Поэтому у конических сверл, на ленточках по всей их длине затачивается задний угол величиной 8-18°, подтачивается поверхность винтовой канавки и создается передний угол. На ленточках в шахматном порядке выбираются стружкоразделительные канавки с шагом 8-12 мм.

Длина рабочей части сверла существенно влияет на его устойчивость в процессе сверления и стойкость. Исследования показывают, что с увеличением в определенных пределах длины сверла стойкость его уменьшается примерно по закону прямой, после чего наблюдается резкое падение стойкости. Влияние длины сверла на его стойкость особенно заметно на сверлах малого диаметра, у которых соотношение длины рабочей части к диаметру достигает величины 15- 20, а также при сверлении труднообрабатываемых материалов. При сверлении конструкционных сталей и чугунов стойкость при увеличении длины вылета сверла снижается в меньшей мере. Очевидно резкое уменьшение стойкости соответствует критическому значению допустимой нагрузки, возникающей в результате действия осевого усилия и крутящего момента на устойчивость сверла.

Известно, что величины усилий резания, действующих на сверло , зависят от принятых режимов резания. Поэтому необходимо при выборе режимов сверления учитывать длину вылета сверла и соответственно уменьшать скорость и подачу при возрастании длины вылета сверла. При сверлении труднообрабатываемых материалов усилия резания имеют увеличенные значения и соответственно этому уменьшаются возможные допустимые величины вылета сверла.

С точки зрения стойкости во всех случаях целесообразно применять сверла с минимально возможной длиной вылета. Следует учитывать, что при большом выходе из строя сверл за счет их поломок уменьшение длины вылета сверла повышает стойкость и работоспособность инструмента.

Для установки и закрепления в шпинделе станка спиральные сверла наиболее часто имеют цилиндрический или конический хвостовик. Цилиндрический хвостовик наиболее прост в изготовлении, сверла с цилиндрическим хвостовиком могут устанавливаться в шпиндель сверильного станка с помощью разрезной конической переходной втулки с цилиндрическим центральным отверстием. При установке такой втулки в шпиндель станка она сжимается и плотно охватывает хвостовик инструмента. Используются также специальные цанговые или кулачковые патроны.

Закрепление сверла и передача крутящего момента осуществляется в этом случае за счет трения цилиндрической поверхности хвостовика и соприкасающихся с ней элементов патрона. При повышенных скоростях резания, во избежание проворачивания сверла в патроне во время сверления, применяют сверла с поводком, выполненным в виде двух плоскостей (лысок). Из-за недостаточной силы зажима цилиндрический хвостовик применяется только для сверл диаметром до 20-25 мм.

Наибольшее распространение получили сверла с коническим хвостовиком, устанавливаемые в коническое отверстие шпинделя станка. Если размеры конического хвостовика меньше чем у отверстия шпинделя, используются переходные втулки. Конический хвостовик сверла заканчивается лапкой, которая предназначается только для облегчения выталкивания инструмента из шпинделя клином и не должна воспринимать усилия резания, возникающего при сверлении.

Сверла применяются при обработке отверстий в сплошном материале. По конструкции различаются спиральные, центровочные, перовые, ружейные с наружным или внутренним отводом стружки и кольцевые (трепанирующие головки) сверла. Сверла изготавливаются из быстрорежущей стали марок Р18, Р12, Р9, Р6АМ5, Р6АМ5ФЗ, Р6П5К5 и Р9М4К8. Возможно оснащение режущей части сверла пластинами твердого сплава марок ВК6, ВК6М, ВК8, ВК10М, ВК15М, что позволяет использовать их при обработке материалов на высоких скоростях резания, а также при обработке материалов высокой твердости, например легированных конструкционных сталей.

Виды сверл

Спиральные сверла (рис. 3.26) состоят из трех частей: рабочей части, хвостовика и шейки. Рабочая часть сверла образована двумя спиральными канавками и включает в себя режущую и цилиндрическую (направляющую) части с двумя ленточками, что уменьшает трение сверла о поверхность обрабатываемого отверстия. Режущей частью сверла является его вершина, образующая при заточке сверла два зуба с режущими кромками. Режущие кромки сверла выполняют основную работу резания.

Спиральные сверла выпускают с хвостовой частью (хвостовиком) двух типов — цилиндрические и конические. Цилиндрические хвостовики применяются для сверл диаметром до 20 мм, а конические — для сверл диаметром от 5 мм.

Конический хвостовик сверла имеет лапку, служащую для установки сверла в шпинделе станка или переходной втулке. Крутящий момент от шпинделя станка сверлу передается за счет сил трения между поверхностями конического хвостовика и втулки или отверстия шпинделя станка. Лапка на конце конического хвостовика облегчает удаление (выбивание) сверла из переходной втулки или шпинделя станка. Сверла с цилиндрическими хвостовиками закрепляются в станке или сверлильном приспособлении, механизированном инструменте при помощи специальных сверлильных патронов.

Конструктивные особенности и специфика работы сверла обусловливают непостоянство геометрических параметров заточки их рабочей части. Так, главный задний угол а у стандартного сверла возрастает по мере приближения к центру. На периферии сверла этот угол составляет 8… 14°, а около поперечной режущей кромки уже 26… 35°. На периферии передний угол у = 18… 33°, а около поперечной режущей кромки у = 0 0 или имеет отрицательное значение.

Угол при вершине сверла 2<р выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. У стандартных сверл величина этого угла колеблется в пределах 116… 118°. В зависимости от обрабатываемого материала величина угла при вершине выбирается в следующих пределах:

Для стали углеродистой конструкционной — 116… 120°;

Для коррозионно-стойкой стали — 125… 130°;

Для стали высокой прочности — 125… 130°;

Для жаропрочных сплавов — 125… 130°;

Для титановых сплавов — 140°;

Для чугуна средней твердости — 90… 100

Для чугуна твердого — 120… 125°;

Для твердой бронзы — 90… 100

Для латуни, алюминиевых сплавов, баббита — 130… 140°;

Для меди — 125°;

Для пластмасс - 80… 110°;

Для мрамора — 80… 90

Угол наклона поперечной режущей кромки |/ составляет 50… 55 а угол наклона винтовой канавки к оси отверстия со — 23… …27°.

Принята единая градация диаметров сверл, которая охватывает сверла диаметром до 80 мм. Сверла диаметром от 1 до 3 мм имеют градацию через каждые 0,05 мм; диаметром от 3 до 13,7 мм — через 0,1 мм; диаметром от 13,75 до 49,5 — через 0,5; 0,1; 0,15; 0,25; сверла диаметром 52… 80 мм имеют градацию через 1 мм.

Центровочные сверла (рис. 3.27) предназначены для выполнения центровых отверстий, их изготовляют из быстрорежущих инструментальных сталей марок Р9 и Р12. По конструкции различают центровые сверла без предохранительного конуса (рис. 3.27, а) и с предохранительным конусом (рис. 3.27, б).

Перовые сверла (рис. 3.28) имеют плоскую рабочую часть и прямые канавки для отвода стружки. Рабочую часть таких сверл (перо) часто выполняют так, чтобы ее можно было заменить. Отсутствие спиральной части упрощает изготовление перовых сверл и повышает их жесткость в осевом направлении, однако затрудняет отвод стружки из зоны резания. На режущей части перового сверла выполняются стружкоразделительные канавки. Угол при вершине, задний угол, ширину калибрующей ленточки и некоторые другие параметры перовых сверл выбираются в зависимости от условий обработки отверстий по аналогии с параметрами спиральных сверл.

Ружейные сверла (рис. 3.29) применяются для сверления глубоких и сверхглубоких отверстий. Основная конструктивная особенность этих сверл состоит в том, что главные режущие кромки и вершина сверла расположены не симметрично относительно его оси на 0,2… 0,25 мм диаметра, что требует обязательного направления сверла по кондукторной втулке, по предварительно просверленному цилиндрическому, либо центровому отверстию. Ружейное сверло типовой конструкции с наружным отводом стружки состоит из колоска, который оснащен одной режущей, двумя направляющими пластинами и имеет отверстие для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ). Ружейные сверла с наружным отводом стружки используются для обработки отверстий диаметром от 3 до 30 мм.

Надежное ориентирование сверла в обрабатываемом отверстии, комбинированное резание (выглаживание в процессе обработки), подача СОЖ в зону резания под давлением, стабильное удаление стружки из зоны резания, отсутствие поперечной режущей кромки, а также возможность достаточно простого оснащения сверла пластинами из твердого сплава позволяет обеспечить за один проход ружейного сверла высокую производительность и малые отклонения размера, формы и расположения оси при малых параметрах шероховатости обработанной поверхности.

Кольцевые сверла (рис. 3.30) применяются для уменьшения сил резания и потребляемой мощности оборудования, повышения производительности обработки сплошных отверстий диаметром более 50 мм, а также уменьшения объема стружки и последующего использования образующегося вдоль оси обрабатываемого отверстия центрального стержня. Кольцевые сверла изготовляются из быстрорежущей стали, ими выполняются отверстия на различных металлорежущих станках (сверлильных, токарных, расточных). Выпускаются сборные кольцевые сверла, корпус которых выполнен из легированной стали 12ХНЗА, а вставные резцы оснащаются пластинами из твердого сплава группы ВК.

В зависимости от требуемого размера отверстий используются различные конструкции кольцевых сверл:

Для образования глубоких отверстий диаметром 110… 180 мм применяются двурезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, а), состоящие из корпуса 1, в котором установлены два сменных резца 2 и 3 и три направляющие пластины 4, 5 и 6;

Для образования глубоких отверстий диаметром 180…250 мм применяют трехрезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, б), отличающиеся от двурезцовых только габаритными размерами и числом резцов;

Для образования отверстий диаметром 50… 100 мм на глубину до 400 мм используются многорезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, в), у которых вставные резцы 1 установлены в корпусе 2 сверла. На наружной поверхности корпуса выполнены винтовые канавки для отвода стружки. Для лучшего направления сверла в его корпус встроены подпружиненные шариковые опоры.

В наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Сверление, зенкерование и развертывание являются основными технологическими способами обработки резанием круглых отверстий различной степени точности и с различной шероховатостью обработанной поверхности. Все перечисленные способы относятся к осевой обработке, т.е. к лезвийной обработке с вращательным главным движением резания при постоянном радиусе его траектории и движении подачи только вдоль оси главного движения резания.

Сверление - основной способ обработки отверстий в сплошном материале заготовок. Просверленные отверстия, как правило, не имеют абсолютно правильной цилиндрической формы. Их поперечное сечение имеет форму овала, а продольное - небольшую конусность.

Диаметры просверленных отверстий всегда больше диаметра сверла, которым они обработаны. Разность диаметров сверла и просверленного им отверстия называют разбивкой отверстия. Для стандартных сверл диаметром 10...20 мм разбивка составляет 0,15...0,25 мм. Причиной разбивки отверстий являются недостаточная точность заточки сверл и несоосность сверла и шпинделя сверлильного станка.

Сверление отверстий без дальнейшей их обработки проводят тогда, когда необходимая точность размеров лежит в пределах 12... 14-го квалитетов. Наиболее часто сверлением обрабатывают отверстия для болтовых соединений, а также отверстия для нарезания в них внутренней крепежной резьбы (например, метчиком).

Зенкерование - это обработка предварительно просверленных отверстий или отверстий, изготовленных литьем и штамповкой, с целью получения более точных по форме и диаметру, чем при сверлении. Точность обработки цилиндрического отверстия после зенкерования - 10... 11-й квалитеты.

Развертывание - это завершающая обработка просверленных и зенкерованных отверстий для получения точных по форме и диаметру цилиндрических отверстий (6...9-й квалитеты) с малой шероховатостью Ra 0,32... 1,25 мкм.

Сверла предназначаются для сверления сквозных или глухих отверстий в деталях, обрабатываемых на сверлильных, токарно-револьверных и некоторых других станках. В зависимости от конструкции и назначения различают следующие сверла:

Рис. 2.22. Спиральные сверла:
а и б - элементы спирального сверла соответственно с коническим и цилиндрическим хвостовиками; в - кромки и поверхности спирального сверла; 1 - рабочая часть; 2 - шейка; 3 - хвостовик; 4 - лапка; 5 - режущая часть; 6 - поводок; 7 - зуб; 8 - винтовая канавка; 9 - поперечная кромка; 10 - кромка ленточки; 11 - спинка зуба

Рис. 2.23. 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

Рис. 2.24. 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; 2φ 0 - вспомогательный угол при вершине сверла; Z 0 - ширина зоны второй заточки; в - подточка поперечного лезвия и ленточки; г - подточка ленточки: f - ширина ленточки

• спиральные с цилиндрическим и коническим хвостовиками, предназначенные для сверления стали, чугуна и других конструкционных материалов;
• оснащенные пластинками из твердых сплавов, предназначенные для обработки деталей из чугуна (особенно с литейной коркой) и очень твердой и закаленной стали;
• глубокого сверления (одно- и двустороннего резания), используемые при сверлении отверстий, длина которых превышает диаметр в пять раз и более;
• центровочный инструмент (центровочные сверла и зенковки), предназначенный для обработки центровых отверстий обрабатываемых деталей.

Спиральное сверло и элементы его рабочей части приведены на рис. 2.22.

Углы и формы заточки спирального сверла показаны на рис. 2.23 и 2.24. 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 2φ 0 = 70...90° (рис. 2.24, б).Подточка поперечной кромки (рис. 2.24, в) и ленточки сверла (рис. 2.24, 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.

В зависимости от обрабатываемого материала углы при вершине сверл выбирают по табл. 2.10, а задние и передние углы - по табл. 2.11.

Для сверления заготовок из чугуна и цветных металлов применяют твердосплавные сверла. Эти сверла из-за нестабильности работы редко применяют при сверлении заготовок из сталей.

Сверла диаметром от 5 до 30 мм оснащают пластинами или коронками из твердого сплава. Недостатками конструкции сверл с припаиваемой пластиной из твердого сплава являются ослабление корпуса инструмента и расположение места, где припаивается пластина, в зоне резания, т. е. в зоне высоких температур. Сверла с припаянными встык коронками из твердого сплава лишены этих недостатков.

Таблица 2.10. Углы при вершине сверла

Таблица 2.11. Задние и передние углы сверла

Примечания. 1. Задние углы даны для точек режущей кромки, расположенных на наибольшем диаметре сверла d max .
2. При расчете угла γ принимают d r = d max .

Для успешной работы твердосплавных сверл необходимо обеспечить их повышенную прочность и жесткость по сравнению со сверлами из быстрорежущей стали, это достигается увеличением сердцевины до 0,25 диаметра сверла.

Зенкеры предназначены для обработки литых, штампованных и предварительно просверленных цилиндрических отверстий с целью улучшения чистоты поверхности и повышения их точности или для подготовки их к дальнейшему развертыванию.

Зенкеры применяют для окончательной обработки отверстий с допуском по 11... 12-му квалитетам и обеспечивают параметр шероховатости Rz 20...40 мкм.

Конструктивно зенкеры выполняют хвостовыми цельными, хвостовыми сборными с вставными ножами, насадными цельными и насадными сборными. Зенкеры изготовляют из быстрорежущей стали или с пластинами твердого сплава, напаиваемыми на корпус зенкера или корпус ножей у сборных конструкций. Хвостовые зенкеры (подобно сверлам) крепят с помощью цилиндрических или конических хвостовиков, насадные зенкеры имеют коническое посадочное отверстие (конусность 1:30) и торцовую шпонку для предохранения от провертывания при работе.

Зенкер (рис. 2.25, а) состоит из рабочей части l, шейки l 3 , хвостовика l 4 и лапки е. Рабочая часть зенкера имеет режущую l 1 и калибрующую l 2 части.

Зенкеры имеют три, четыре, а иногда шесть режущих зубьев, что способствует лучшему по сравнению со сверлами направлению их в обрабатываемом отверстии и повышает точность обработки.

Рис. 2.25. Зенкер:
а - элементы зенкера: l - рабочая часть; l 1 - режущая часть; l 2 - калибрующая часть; l 3 - шейка; l 4 - хвостовик; е - лапка; б - режущая часть зенкера: α - задний угол; γ - передний угол; φ - угол главной режущей кромки; ω - угол наклона канавки зенкера; t - глубина резания; b - режущая кромка: φ 1 - угол вспомогательной режущей кромки

Зенкеры из быстрорежущей стали изготовляют хвостовыми цельными диаметром 10...40 мм, хвостовыми сборными с вставными ножами диаметром 32...80 мм или насадными сборными диаметром 40... 120 мм.

Зенкеры, оснащенные твердосплавными пластинами, могут быть составными и сборными. Составные хвостовые зенкеры имеют диаметры 14...50 мм, насадные - 32...80 мм, насадные сборные - 40... 120 мм.

Таблица 2.12. Передние углы зенкеров

Угол наклона винтовой канавки (рис. 2.25, б) зенкеров общего назначения ω = 10...30°. Для обработки твердых металлов берут меньшие, а для мягких - большие значения углов. Для чугуна угол ω= 0°. Для отверстий с прерывистыми стенками независимо от свойств обрабатываемого металла ω= 20...30°. Передний угол зенкеров у выбирают по табл. 2.12. Задний угол α зенкера на периферии равен 8... 10°. Угол при вершине φ выбирают по табл. 2.13.

Таблица 2.13. Угол режущей части (заборного конуса) зенкера

Угол наклона винтовой канавки ω зенкера при обработке деталей из стали, чугуна и бронзы равен 0°. Для усиления режущей кромки на зенкерах с пластинками из твердых сплавов со выбирают положительным и равным 12... 15°.

Ленточки вдоль края винтовой канавки на калибрующей части служат для направления зенкера. Ширина ленточки f= 0,8... 2,0 мм. Для повышения стойкости зенкера длину ленточки подтачивают на 1,5...2 мм (так же, как у сверла).

Развертка - осевой режущий инструмент - предназначена для предварительной и окончательной обработки отверстий с точностью, соответствующей 6... 11-му квалитетам, и шероховатостью поверхности Ra 2,5 ...0,32 мкм.

Основные элементы развертки даны на рис. 2.26, а. Развертки подразделяются:

• по типу обрабатываемых поверхностей - на цилиндрические и конические;
• способу применения - на ручные и машинные;
• методу крепления на станке - на хвостовые и насадные;
• инструментальному материалу режущей части - на быстрорежущие и оснащенные твердым сплавом;
• конструктивным признакам - на цельные, изготовленные из одного инструментального материала; составные неразъемные со сварными хвостовиками; составные неразъемные с припаянными пластинками из твердого сплава и составные разъемные с вставными ножами.

Конструкция регулируемых разверток позволяет восстанавливать их диаметр при переточках, что увеличивает срок работы инструмента.

Стандартные развертки имеют прямые канавки, т.е. угол наклона канавок ω = 0°. Для уменьшения шероховатости обработанной поверхности, а также для развертывания отверстий с пазами применяют развертки с винтовыми канавками, имеющими наклон, обратный направлению рабочего вращения. Для разверток с винтовыми канавками угол ω приведен в табл 2.14.

Таблица 2.14. Угол наклона ω для разверток с винтовыми канавками

Угол конуса заборной части φ развертки (рис. 2.26, б) выбирают по табл. 2.15.

Таблица 2.15. Угол конуса заборной части разверток

Задний угол α (рис. 2.26, в) берется равным 15°, большие величины а принимают для разверток малых размеров. Задний угол на калибрующей части равен 0°.

Рис. 2.26. Развертка:
а - элементы развертки: t 1 - рабочая часть; t 2 - режущая часть; t 3 - калибрующая часть; t 4 - шейка; t 5 - хвостовик; е - квадрат; 1 - направляющий конус; 2 - цилиндрическая часть; 2φ - угол заборного конуса; б - элементы режущей части развертки: 1 - 2 - поверхность направляющего конуса; 2 - 3 - режущая часть; φ - угол главной режущей кромки; в - зубья развертки в поперечном сечении: 1 - режущая часть; 2 - калибрующая часть; 3 - ленточка; 4 - угол спинки; α - задний угол; γ - передний угол; г - элементы резания разверткой и обозначение поверхностей на обрабатываемой детали: t - глубина резания; а - толщина стружки; b - ширина стружки; S 0 - подача на оборот; d - диаметр развернутой поверхности; 1 - развернутая поверхность; 2 - поверхность резания; 3 - развертываемая поверхность

Для чистовых разверток при резании хрупких металлов передний угол γ равен 0° (см. рис. 2.26, в), для черновых - γ = 8°, у котельных разверток γ= 12... 15°, у разверток с пластинами из твердых сплавов γ берется от 0 до -5°.

Метчики предназначены для образования резьбы в отверстиях. Рассмотрим метчики, образующие профиль резьбы путем снятия стружки и установленные на сверлильных, токарно-револьверных и других станках. Конструктивные элементы и профиль резьбы метчика показаны на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Конструктивные элементы и профиль резьбы метчика:
а - основные части: l 1 - режущая часть; l 2 - направляющая часть; l - рабочая часть; 1 - центровые отверстия; 2 - канавки; 3 - сердцевина; 4 - зуб; 2φ - угол конуса режущей части; φ - угол конуса; б - профиль резьбы: 1 - вершина резьбы; 2 - профиль резьбы; 3 - основание резьбы; Р - шаг резьбы; ψ - угол резьбы; t - глубина резьбы; d 1 - внутренний диаметр; d ср - средний диаметр; d 0 - наружный диаметр; d 2 - диаметр сердцевины; φ - угол конуса

Стружечные канавки, пересекая резьбовые витки, образуют зубья метчика; каждый зуб представляет собой многониточный резьбовой резец. Резцы режущей части имеют главные кромки, которые располагаются на конусе, и вспомогательные кромки, которые являются частью резьбового профиля.

Число резцов z 1 режущей части определяется по формуле

где l 1 - длина режущей части, мм; z - число зубьев метчика; Р - шаг резьбы, мм.

Направляющая часть l 2 в резании не участвует, а служит для самоподачи (ввинчивания) метчика и является резервом при переточках.

Для уменьшения трения и устранения защемления резьбовых витков на направляющей части метчика резьбу выполняют с обратной конусностью, т.е. диаметры d, d ср и d 1 измеренные у хвостовика, на 0,02...0,005 мм меньше одноименных диаметров на режущей части (рис. 2.27, б). Для облегчения входа метчика в отверстие под резьбу диаметр d 2 переднего торца метчика на 0,1... 0,3 мм меньше внутреннего диаметра резьбы d 1

Величину угла в плане φ рассчитывают по формуле

tgφ = (d - d 1)/(2l 1).

Углы зубьев режущей l 1 и направляющей l 2 частей метчика (см. рис. 2.27, а) показаны на рис. 2.28. По способу получения задних поверхностей метчики относятся к затылованному инструменту.

Рис. 2.28. Углы зубьев режущей и направляющей частей метчика:
1 - направляющая часть; 2 - режущая часть; γ - передний угол; η - задний угол; α - задний угол; К - величина падения затылка

Задний угол а режущей части измеряют в плоскости, перпендикулярной оси вращения метчика, между касательными к окружности и задней поверхности.

Метчики из быстрорежущей стали изготовляют со шлифованным профилем резьбы, метчики из углеродистой стали делают без шлифования профиля резьбы.

Передние углы режущей и направляющей частей измеряют в плоскости, перпендикулярной оси вращения метчика между касательной к передней поверхности и прямой, проходящей через ось вращения и рассматриваемую точку кромки метчика.

Б.И. Черпаков, Т.А. Альперович. "Металлорежущие станки".