Сверло представляет собой режущий инструмент для обработки отверстий в сплошном материале, либо для рассверливания отверстий при двух одновременно происходящих движениях: вращении сверла вокруг его оси и поступательном движении подачи вдоль оси инструмента.
В промышленности применяются следующие основные типы сверл: спиральные, перовые, пушечные, ружейные, для кольцевого сверления, центровочные, специальные. Сверла изготовляются из быстрорежущей стали марок Р18, Р12, Р9, Р6МЗ, Р9К5 и др.
Режущая часть спирального сверла состоит из двух зубьев, которые в процессе сверления своими режущими кромками врезаются в материал заготовки и срезают его в виде стружки. Это основная часть сверла. Условия работы сверла определяются главным образом конструкцией режущей части сверла.
Направляющая часть сверла необходима для создания направления при работе инструмента. Поэтому она имеет две направляющие винтовые ленточки, которые при сверлении соприкасаются с рабочей поверхностью направляющей втулки и со стенками обработанного отверстия. Направляющая часть имеет вспомогательные режущие кромки - кромки ленточки, которые участвуют в оформлении (калибровании) поверхности обработанного отверстия. Кроме этого направляющая часть сверла служит запасом для переточек инструмента. Она обеспечивает также удаление стружки из зоны резания.
Хвостовик служит для закрепления сверла на станке. Он с помощью цилиндрической шейки соединяется с рабочей частью сверла. Наиболее часто рабочая часть сверла изготовляется из быстрорежущей стали, а хвостовик из стали 45. Рабочая часть и хвостовик соединяются сваркой. В промышленности используются также твердосплавные сверла. Режущая часть этих сверл оснащается пластинками твердого сплава либо твердосплавными коронками. У твердосплавных сверл малого диаметра полностью вся рабочая часть может изготовляться из твердого сплава.
Сверла предназначены для создания отверстий в материале – как сквозных, так и несквозных (углублений). Выпускаются сверла для самых различных материалов, которые используются в производстве и быту: для древесины и ее композитов, металла, бетона, пластика, камня и пр.
Сверление происходит в результате поступательного (вдоль оси) и вращательного движения сверла. Срез материала производится режущими кромками, которые могут иметь различную конфигурацию и углы заточки. К подвидам сверления относят засверливание (выполнение глухого отверстия) и рассверливание (расширение имеющегося отверстия до большего диаметра).
Существует множество видов сверл, различающихся назначением, конфигурацией рабочей поверхности, способом изготовления, видом материала, для которого они предназначены, и пр.
Виды сверл в зависимости от формы рабочей поверхности
Винтовое или спиральное. Самое востребованное сверло, используется для сверления самых различных материалов. Длина спирального сверла может достигать 28 см, диаметр – 80 мм.
Плоское или перьевое. Используется для сверления преимущественно глубоких, больших по диаметру отверстий. Рабочая часть имеет форму лопатки, в центре которой расположено выступающее острие для центровки. Лопатка может быть выполнена заодно с хвостовиком или быть сменной и крепиться к стержню с помощью державки или борштанги.
Сверло для глубокого сверления. Предназначено для выполнения отверстий, глубина которых, по меньшей мере, в 5 раз больше, чем диаметр. Сверло глубокого сверления имеет два винтовых канала, по которым в зону реза подается охлаждающая эмульсия. Каналы могут располагаться внутри сверла либо в припаянных трубках.
Сверло одностороннего реза. Применяется для сверления отверстий, к которым предъявляются повышенные требования в отношении точности. Сверла одностороннего резания имеют опорную плоскость и две режущие кромки, расположенные с одной стороны от центра.
Коронка или кольцевое сверло. По виду это полый цилиндр. Резание осуществляется стенкой цилиндра, на которой располагается режущая кромка. Сверление получается в виде кольца, внутри которого находится нетронутый материал (керн). После сверления он обычно остается в коронке, нужно только вытряхнуть его.
Центровочное сверло. С его помощью выполняется засверливание (наметка) центра.
Ступенчатое сверло. Относительно новый вид инструмента. Ими удобно сверлить листовой материал, особенно в тех случаях, когда нужно получить большое по диаметру отверстие – до 3,5 см и более.
По форме получающегося отверстия сверла подразделяются на конические, цилиндрические и ступенчатые.
Типы хвостовиков
В зависимости от формы и способа крепления в патроне или шпинделе хвостовики бывают:
- цилиндрические – наружная поверхность имеет форму цилиндра;
- конические – поверхность выполнена в виде конуса;
- граненые – на наружной поверхности имеются 3, 4 или 6 граней;
- типа SDS – хвостовик для крепления в патроне с особым фиксирующим механизмом.
Крепление самых распространенных в быту цилиндрических сверл производится в обычном патроне. Инструменты с коническим хвостовиком предназначены для использования на станках. Хвостовик типа SDS рассчитан на закрепление в перфораторе.
Технология изготовления сверл
Сверла относительно небольших диаметров (до 8-10 мм) обычно изготавливают из цельного прутка стали или сплава. Чаще всего используется быстрорежущая сталь марок Р9, Р9К15, Р18. Сверла больших диаметров изготавливают с помощью сварки; режущая часть выполняется из быстрорежущей стали, а хвостовик – из обычной углеродистой.
Для сверления твердых материалов – закаленной и легированной стали, камня, бетона – применяют сверла, которые на конце имеют припаянные твердосплавные пластины из победита или другого твердого сплава. Режущие кромки пластин могут иметь различную конфигурацию: винтовую, скошенную или прямую.
Виды покрытия
Сверла покрывают с разной целью: предохранения от коррозии, упрочнения поверхностного слоя, улучшения теплоотдачи, снижения трения. Самая распространенная и недорогая операция – оксидирование. Сверло покрывается оксидной пленкой черного цвета, которая защищает его от ржавчины и перегрева.
Покрытие нитридом титана (TiN) повышает срок службы сверла не менее чем в три раза. Однако такие сверла нельзя затачивать, поскольку при этом снимается упрочненный слой. Использующийся также для покрытия карбонитрид титана (TiCN) по своим свойствам близок к TiN.
Титано-алюминиевый нитрид (TiAlN) делает сверло еще более прочным. При его использовании инструмент может проработать в 5 раз дольше обычного.
Самым прочным покрытием считается алмазное напыление. Это и неудивительно. Алмаз занимает первое место по твердости среди прочих материалов. Сверла с алмазным напылением могут использоваться для сверления практически любых по твердости материалов, в том числе и каменных.
О чем говорит окраска сверла?
По цвету покрытия можно примерно определить характеристики сверла. Сверла обычного качества имеют характерную для стали серую краску.
Черный цвет говорит о том, что сверло подвергалось оксидированию. То есть, оно защищено от коррозии, и имеет улучшенные теплоотводящие свойства.
Легкий золотистый оттенок сообщает о том, что сверло прошла процедуру отпуска, во время которого снимаются внутренние напряжения.
Нитридное титановое покрытие проявляет себя ярким блеском позолоты. Сверла с ним имеют увеличенный срок службы и низкое трение при сверлении. Хотя они и стоят дороже, но с лихвой оправдывают свою цену длительной эксплуатацией.
Алмазное напыление можно узнать по желтому цвету и порошкообразной фактуре.
Сверла для металла
Для сверления металлов (стали, чугуна, цветных сплавов) обычно применяют спиральные сверла. Их продольные канавки хорошо справляются с отведением стружки, образующейся при сверлении.
Обрабатываемые материалы имеют различную твердость. Поэтому для их сверления должны использоваться сверла с разной твердостью рабочей части. Для обработки закаленных, легированных, жаропрочных сталей необходимо применять цельные твердосплавные сверла или те, которые имеют на кончике припаянные пластины из твердого сплава.
Сверла для древесины
Относительно небольшие отверстия до 12 мм в древесине или древесных композитах (ДСП, МДФ) можно сверлить обычным спиральным сверлом для металла. Но отверстия, к которым предъявляются повышенные требования по точности размеров и чистоте поверхности выполняют сверлами, специально предназначенными для древесины. Их изготавливают из инструментальной или углеродистой стали и для металла они не годятся.
Спиральные сверла. Предназначены для сверления малых и средних по диаметру отверстий. Как уже отмечалось, вместо них можно использовать спиральные сверла для металла, но отверстия после них получаются хуже качеством.
Винтовые сверла. Имеют острую режущую кромку и шнекоподобную форму. Благодаря последней из отверстия легко удаляется стружка. Это качественные сверла, которые применяют, если требуется получить глубокое отверстие с гладкой стенкой.
Перьевые сверла. Используются для получения отверстий относительно больших диаметров – от 10 до 25 мм и более. Это самые простые и недорогие сверла, их можно даже изготовить самому из подходящей пластины и круглого стержня. Но качество отверстий после них получается невысоким – шершавые стенки, не очень точные размеры.
Коронка. Термин «коронка» говорит о том, что этот инструмент выполнен в виде полого цилиндра, на кромках которого располагаются зубья. Сверление получается в виде кольца, из которого затем удаляется внутренняя часть. Коронка – незаменимый инструмент, если требуется получить большое отверстие – до 100 мм и более. В магазинах ее предлагают в виде набора, в котором имеется оправка, центровочное сверло с хвостовиком и несколько коронок разных диаметров.
Сверло Форснера. Это инструмент для выполнения точных отверстий в древесине (особенно мягкой), ДСП, ламинате и пр. У него имеется центровочное острие и подрезатель с острой кромкой. Благодаря последнему отверстие получается точным и гладким. Если нужно получить глухое отверстие с гладкими стенками и точными размерами, сверло Форснера справится с этой работой наилучшим образом.
Сверла для каменных материалов
Для сверления кирпича, бетона, натурального или искусственного камня обычные сверла по металлу не годятся. Они мгновенно тупятся. Сверло или бур для каменных материалов должны иметь наконечник из твердых сплавов.
Сама операция сверления бетона, кирпича или камня также имеет особенности. Кроме вращательного движения, сверло или бур, вставленные в перфоратор, осуществляют еще и ударно-поступательное. Т. е. камень, по сути, не режется, а дробится.
Бур или сверло для перфоратора может иметь обычный цилиндрический, или особый стандартизированный хвостовик типа SDS (SDS-top, SDS-max или SDS-plus). Его преимущество состоит в том, что вставка и извлечение бура из патрона осуществляется без ключа и очень быстро, одним движением.
Небольшие и средние по диаметру отверстия в кирпиче и бетоне сверлят буром или сверлом с твердосплавным наконечником. Инструмент имеет форму шнека.
Если требуется просверлить большое отверстие, то применяют коронку с твердосплавными зубьями или алмазным напылением. Бурение может быть влажным (с подачей воды для охлаждения) и сухим. По окончании сверления внутри коронки остается керн – цилиндрический кусок вырезанного материала.
Твердосплавные пластины, припаянные к сверлу или буру, имеют разную твердость. Для сверления гранита применяются буры с пластинами из победита высокой твердости. Для работы с бетоном или кирпичом годятся средние или мягкие по твердости марки победита.
Сверла для керамики и стекла
Керамическую плитку или стекло сверлят коронкой или специальным копьевидным инструментом. Его наконечник изготовлен либо из победита, либо из карбида вольфрама. Если специализированный инструмент для стекла или плитки отсутствует, можно использовать сверло для бетона. Только обязательно острое, и работать им нужно осторожно, поскольку его форма не совсем подходит для такой работы.
Копьевидное сверло для плитки из керамики и коронка с алмазным напылением.
Коронка для стекла и кафеля почти не отличается от коронки для камня. Только на ее режущей кромке вместо зубьев имеется алмазное напыление.
Для сверления в кафеле больших отверстий используют инструмент, называемый балериной. Он напоминает обычный циркуль. Сверление производится с изнаночной стороны плитки. Обороты дрели устанавливают на минимум.
Универсальные сверла
Кроме вышеперечисленных специализированных сверл, есть еще универсальные. Ими можно обрабатывать практически любые материалы – кирпич с бетоном, плитку, дерево, пластик, алюминий, сталь. Универсальные сверла имеют хитроумную заточку, которая способна резать любой материал. Это очень удобно в тех случаях, когда приходится работать одновременно с разными материалами. Например, при ремонте квартиры.
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.
Назначение и основные типы сверл | | Конструктивные особенности твердосплавных сверлИНСТРУМЕНТЫ 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.
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.
