Учебное пособие: Методические указания к выполнению практических работ по курсу "Резание материалов" для студентов специальности 120100 всех форм обучения

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ СВЁРЛ

Методические указания

к выполнению практических работ по курсу

"Резание материалов"

для студентов специальности 120100

всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Балаково 2008

Цель работы заключается в изучении основных ти­пов сверл, зенкеров разверток и практическом освоении методики контроля их основных геометрических и конструктивных па­раметров,

Содержание РАБОТЫ

1.Изучить основные типы сверл, кон­структивные элементы и геометрические параметры сверл.

2. Освоить контрольно-измерительные приборы.

3. Измерить конструктивные элементы и геометрические пара­метры инструментов.

4. Начертить эскизы изучаемых инструментов.

5. Занести полученные данные в протокол отчета.

Быстрорежущие спиральные сверла

Назначение и типы. Сверло представляет собой режущий ин­струмент для обработки отверстий в сплошном материале либо для рассверливания отверстий при двух одновременно происхо­дящих движениях — вращении детали или сверла вокруг его оси и поступательном движении подачи вдоль оси.

В промышленности применяются следующие основные типы сверл: спиральные, перовые, специальные для глубоких отвер­стий, головки для кольцевого сверления, центровочные.

Наиболее широкое распространение получило спиральное (вин­товое) сверло для сверления отверстий: а) не требующих дополни­тельной обработки; б) под зенкерование или растачивание; в) под развертывание; г) под нарезание резьбы метчиком.

Спиральные сверла позволяют обеспечить обработку отвер­стий квалитетов точности 11-12 с шероховатостью поверхности Rz = 20...80 мкм. Сверла изготавливаются из быстрорежущих сталей, твердых сплавов и сверхтвердых инструментальных ма­териалов. Основные типы и размеры спиральных сверл стандар­тизованы. В ГОСТ 885-77 приведены рекомендации по выбору диаметров сверл в зависимости от назначения.

Конструктивные элементы. Сверло состоит из рабочей части, шейки и хвостовика (рис. 5.1). Конический или цилиндрический хвостовик служит для закрепления сверла в шпинделе станка, удлинителе или патроне. Для сверл диаметром свыше 6 мм хво­стовик чаще всего имеет коническую форму и заканчивается лап­кой. Лапка предназначена для выбивания сверла из конического отверстия.

Шейка — промежуточная часть между хвостовиком и рабо­чей частью сверла. Она имеет несколько меньший диаметр, чем рабочая часть.

Рабочая часть состоит из режущей и направляющей частей. Условия работы сверла определяются главным образом конструкцией его режущей части. Она имеет два лезвия, которые со­единены между собой сердцевиной, расположенной вдоль оси сверла. Размер сердцевины соответствует диаметру окружности, касательной к поверхности канавок, и может увеличиваться по направлению к хвостовику для большей прочности и жесткости сверла. Главные задние поверхности лезвий образуются при затачивании сверла по конической, винтовой или плоской поверх­ности. Передние поверхности лезвий сверла имеют винтовую форму, по ним стружка транспортируется из зоны резания. Пере­сечения передних поверхностей (винтовых канавок) с главными задними поверхностями образуют главные режущие кромки, ко­торые должны быть расположены симметрично относительно оси сверла. При пересечении двух задних поверхностей на сердце­вине образуется поперечная кромка, или перемычка.

Рис. 1. Конструктивные 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 — задняя поверхность; 11 — режущая кромка; 12 — ленточка; 13 — кромка ленточки; 14 — передняя поверхность; 15 — спинка зуба; 16 —

сердцевина

Направляющая часть обеспечивает ориентацию сверла в кон­дукторной втулке или обрабатываемом отверстии и служит ре­зервом для образования режущей части при переточках сверла. Направляющая часть сверла для уменьшения трения соприка­сается с отверстием только по шлифованным винтовым ленточ­ кам, которые расположены по краю винтовой канавки. Ленточки шлифуются по окружности с очень малой конусностью по направ­лению к хвостовику. Они являются вспомогательными задними поверхностями лезвий сверла. Пересечения передних поверхно­стей (винтовых канавок) со вспомогательными задними поверхно­стями (ленточками) образуют вспомогательные режущие кромки.

Геометрические параметры. Углы в плане сверла, как и для всех инструментов, рассматриваются в основной плоскости. Глав­ ным углом в плане φ называется угол между плоскостью реза­ния и рабочей плоскостью. От угла φ зависит ширина и толщина срезаемого слоя, условия теплоотвода, прочность режущей час­ти сверла.

Для упрощения измерения углов на сверлах указывается не φ а 2φ . Величину угла 2φ (рис. 5.2) назначают в зависимости от свойств обрабатываемого материала (табл. 5.1).

Рис..2. Геометрия спирального сверла

В основной плоскости рассматриваются также вспомогатель­ные углы в плане φ₁ . Чтобы избежать защемления сверла в про­сверленном отверстии, диаметр рабочей части сверла уменьшают по направлению к хвостовику, т.е. выполняют обратную конус­ность в пределах 0,03...0,15 мм на 100 мм длины сверла.

Вспомогательным углом в плане φ₁ называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки (ленточки) на ос­новную плоскость сверла и рабочей плоскостью. Он обеспечива­ется за счет обратного конуса и его величина не превышает 10'. Угол φ₁ можно определить по следующей формуле:

где D , D ₁ — диаметр сверла соответственно в начале и в конце направляющей части; L — длина направляющей части.

Таблица 5.1

Значение угла 2ф при вершине сверла из быстрорежущей стали, град.

Углом наклона винтовой канавки ω называется угол между осью сверла и касательной к винтовой линии ленточки. Винто­вая поверхность канавки сверла состоит из семейства винтовых линий с одинаковым шагом Н различным углом наклона ω _x . Развернув на плоскость винтовые линии, которые берут начало в различных точках режущей кромки х (рис. 5.3), можно для указанных точек определить величину угла ω :

где πD, πD_x — развертки окружностей, на которых лежат точки режущей кромки.

В общем случае

Для всех винтовых линий канавки шаг одинаковый. Следова­тельно, чем меньше D , на котором расположена точка режущей кромки, тем меньше угол ω . Угол ω выбирают в зависимости от диаметра сверла D , свойств обрабатываемого материала, глуби­ны просверливаемого отверстия и других факторов. Сверла из­готавливаются с углами ω = 15...60°.

Рис. 3. Углы наклона винтовых линий ω в различных точках режущей кромки х спирального сверла

Наклон винтовой стружечной канавки — это наклон перед­ней поверхности сверла в продольном направлении. Следователь­но, это продольный передний угол сверла, т.е. ω = γ_пр . Но для ха­рактеристики процесса сверления необходимо знать передний угол в главной секущей плоскости, который определяет условия резания.

Главная секущая плоскость N - N перпендикулярна к главной режущей кромке (см. рис. 5.2).

Главным передним углом γ называется угол между касатель­ной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности резания. По­скольку угол наклона винтовой канавки, являющейся передней поверхностью сверла, уменьшается при приближении к оси свер­ла, то и передний угол для разных точек режущей кромки будет переменным. Он тем меньше, чем ближе рассматриваемая точка к оси сверла (см. рис. 5.3). Передний угол γ в плоскости N — N можно найти из упрощенной формулы:

Более точные значения угла γ_Nx в любой точке режущей кром­ки определяются по формуле, полученной П.Р.Родиным [17]:

где ( a_x — половина диаметра сердцевины, r_x — ра­диус окружности, на которой лежит точка х).

Пользуясь формулой Родина, можно определить передние углы в различных точках режущей кромки.

Переменный, резко изменяющийся передний угол является большим недостатком, присущим конструкции спирального свер­ла. Отрицательный передний угол у сердцевины (рис. 5.4) создает тяжелые условия резания поперечной кромкой, что приводит к сильному повышению усилия подачи. По экспериментальным данным, свыше 50 % общего усилия подачи приходится на ра­боту поперечной кромки. Это заставляет изыскивать способы улучшения конструкции режущей части путем специальных заточек.

Главным задним углом сверла α называется угол между ка­сательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режу­щей кромки и плоскостью резания (см. рис. 5.2).

Если сверло только вращается, траекторией каждой точки режущей кромки является окружность. Так как сверло имеет подачу вдоль оси, траекторией каждой точки режущей кромки будет пространственная винтовая линия с шагом, равным подаче на зуб. Действительное значение заднего угла α_д будет меньше статического на величину угла η .

Рис. 4. Изменения переднего и заднего углов спирального сверла вдоль главной режущей кромки

Угол η находят из следующей формулы:

Чем ближе точка режущей кромки расположена к оси свер­ла, тем меньше D_x воображаемой цилиндрической поверхности, по которой проходит траектория точки режущей кромки, и тем значительнее уменьшается задний угол сверла в процессе работы (см. рис. 5.4). Уменьшение действительного заднего угла или его отсутствие приводит к увеличению трения и изнашиванию или же делает работу сверла невозможной.

Таким образом, при заточке приходится обеспечивать такое значение заднего угла, которое необходимо для каждой точки режущей кромки, т.е. затачивают заднюю поверхность с пере­менным углом. Наибольшее значение задний угол должен иметь у оси сверла, наименьшее — на периферии. При этом обеспечи­вается примерное равенство углов заострения вдоль режущей кромки сверла. На чертежах задний угол сверла задают для пе­риферийной точки режущей кромки, так как в этой точке его легче измерить.

Вспомогательный задний угол сверла α₁ измеряется в плос­кости N₁ - N₁ , нормальной к вспомогательной режущей кромке (кромке ленточки). Так как ленточка шлифуется по окружно­сти, вспомогательные задние углы сверла α₁ равны нулю (см. рис. 5.2).

Углом наклона главной режущей кромки λ называется угол между режущей кромкой и прямой, проходящей через вершину режущей кромки параллельно основной плоскости (см. рис. 5.2). Если крайняя точка режущей кромки самая низкая, то угол λ считается положительным, если же самая высокая — отрица­тельным.

Углом наклона поперечной кромки ψ называется угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость,

перпендикулярную к оси сверла. Величина этого угла при пра­вильной заточке сверла равна 50...55°.

Форма задней поверхности сверла. Задние поверхности сверла образуются заточкой в процессе изготовления или переточкой его после затупления. От точности выполнения этой операции зависят эксплуатационные характеристики сверла.

Технологически наиболее простой является заточка сверла по плоскости (рис. 5.5, а). Чтобы гарантировать задний угол между задней поверхностью и поверхностью резания в процес­се сверления, следует обеспечивать угол заточки не менее α = 25...27°. Однако это создает опасность выкрашивания режу­щих кромок. Данный метод используется при заточке сверл диаметром менее 3 мм. Для его применения на сверлах больше­го диаметра при углах α = 8...12° необходимо удалять затылоч­ную часть пера сверла.

Рис. 5. Формы задней поверхности сверла

Чтобы на режущей части сверла получить независимые вели­чины заднего угла на периферии, угла при вершине и угла на­клона поперечной кромки, следует использовать заточку свер­ла по двум плоскостям (рис. 5.5,6). Поперечная кромка сверла при такой заточке состоит из двух наклонных прямых с высту­пающей центральной точкой, которая улучшает работу сверла в момент врезания в заготовку и повышает точность сверления. Задний угол для первой плоскости выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, а для второй — принимают в пределах 25...40°. Однако большой наклон второй плоскости

уменьшает жесткость пера сверла, ослабляет режущий клин и ухудшает теплоотвод.

При винтовой заточке (рис. 5.5, в) сверло совершает три фор­мообразующих движения: вращение вокруг своей оси, возвратно-поступательные движения затылования и осциллирования. Дви­жения в данном случае так кинематически взаимосвязаны, что на один оборот сверла приходится по два цикла возвратно-поступа­тельных движений. Таким образом, обеспечивается непрерывное деление и шлифование обоих перьев при каждом обороте сверла. Преимущества винтовой заточки — в универсальности ее приме­нения для различных стержневых инструментов, а также легкой автоматизации. Поперечная кромка имеет выпуклую форму, что улучшает самоцентрирование сверла.

При конической (рис. 5.5, г) или цилиндрической (рис. 5.5, д) заточке сверло покачивается вокруг оси 1—1 , скрещивающейся с осью сверла. Задний угол для этих видов заточки возрастает от периферии к центру сверла, причем наиболее интенсивно при заточке по конусу. Это создает более благоприятные условия ре­зания на участках, прилегающих к поперечной кромке сверла.

При эллиптической заточке требуемая форма задней поверх­ности создается путем разворота шлифовального круга, имеюще­го форму цилиндрической чашки. В заточке участвует внутренняя угловая кромка круга, которая при прямолинейном перемеще­нии сверла образует заднюю поверхность в виде эллиптического цилиндра. Такая заточка может производиться на универсально-заточном станке.

Для улучшения режущих свойств и выравнивания нагрузки по длине режущих кромок используют сверла с криволинейными режущими кромками, которые могут иметь полностью радиусный профиль либо радиусный профиль, сопряженный с прямолиней­ным. Радиус профиля ρ может приниматься в зависимости от диаметра сверла: ρ = (0,5...1,2) D . Такие сверла имеют период стойкости в несколько раз больший, чем сверла с обычной заточ­кой. Задняя поверхность каждого лезвия поочередно обрабатыва­ется шлифовальным кругом криволинейного профиля. Необходи­мый профиль наносится на периферию или торец шлифовального круга путем его правки.

Криволинейная режущая кромка сверла может быть замене­на ломаной линией, состоящей из двух участков при двойной заточке. Широкое распространение получила двойная заточка, при которой сверло затачивается с углом при вершине 2φ = = 116... 140° и на периферии сверла создается дополнительная режущая кромка длиной В = 0,2 D сверла с углом при вершине 2φ₀ = 70...90°.

Подточки сверл. Поперечную кромку сверла диаметром свы­ше 12 мм подтачивают главным образом для уменьшения ее длины до (0,1...0,12) D или полного устранения, что значитель­но снижает осевую силу при сверлении, увеличивает период стойкости сверла и точность просверленного отверстия. Наибо­лее целесообразна подточка, при которой с уменьшением длины поперечной кромки изменяется передний угол. Поперечную кромку подтачивают на универсально-заточном станке с ис­пользованием специальных приспособлений.

Существует несколько типов подточки поперечной кромки сверла:

а) канавка на передней поверхности сверла образуется кру­гом радиусной формы, причем канавка касается поперечной кромки только в крайней ее точке (рис. 5.6, а). Длина и геомет­рия поперечной кромки не изменяется. Такая подточка может использоваться для большинства встречающихся на практике условий сверления, так как не требует высокой точности испол­нения;

б) канавка проходит непосредственно через поперечную кром­ку и увеличивает передние углы (рис. 5.6, б)*;

в) применяется более простая форма круга. При этом увели­чиваются передние углы поперечной кромки и срезается затылочная часть зуба (рис. 5.6, в)*;

г) частично срезается поперечная кромка с образованием но­
вой режущей кромки (рис. 5.6, г ). Эта подточка широко распро­странена и рекомендуется для сверления отверстий на глубину
не более трех диаметров;

д) применяется в тех случаях, когда необходимо дополнительно притупить или заострить главные кромки (рис. 5.6, д);

е) является дальнейшим развитием предыдущих подточек
и приводит к полному срезанию поперечной кромки с образова­нием γ' = 3...5°; α = (0,05...0,10) D (рис. 5.6, е).

Наряду с подточкой поперечной кромки широко применяется подточка ленточек. Ленточки у сверл как вспомогательные ре­жущие кромки режут обрабатываемый материал, а также направ­ляют сверло по изготовляемому отверстию. При этом задние углы на них равны 0° и излишняя ширина ленточки приводит к уве­личению сил трения, температуры резания, а следовательно, к более интенсивному изнашиванию уголков сверла и самой ленточки. Подточка ленточек применяется при обработке вяз­ких и труднообрабатываемых материалов. Приведем наиболее распространенные варианты подточки ленточек:

а) подточка части ленточки длиной (0,06...0,1)D с образованием заднего угла α_Д = 6...8° и фаски 0,2...0,4 мм (рис. 5.7, а);

б) подточка ленточки по всей длине с образованием фаски
0,2...0,4 мм (рис. 5.7, б);

в) ленточка заточена доостра под углом ω_Д = 5...6° без оставления фаски (рис. 5.7, в);

Рис. 7. Формы подточки ленточек

Для подточек типа б и в требуется более высокая точность выполнения операции. Эти подточки применяются для сверл глубокого сверления.

г) ленточка снабжена неглубокими канавками, расположен­ными в шахматном порядке поперек ее (обычно используется для конических сверл) (рис. 5.7, г).

Рис. 8. Формы подточки передней поверхности

Подточка передней поверхности (рис. 5.8) в виде лунки или порожка используется для дробления стружки. Лунки могут рас­полагаться вдоль всей длины главной режущей кромки (рис. 5.8, а) или ее части (рис. 5.8, б) на расстоянии f₁ = 0,2...0,3 мм от режу­щей кромки. При этом на лунке обеспечивается передний угол γ_л = 20°. Порожки затачивают по всей длине режущих кромок под углом γ_п = 10° (рис. 5.8, в). Размеры лунки и порожка зави­сят от подачи и свойств обрабатываемого материала. Ломанию стружки может способствовать упрочняющая фаска вдоль глав­ных режущих кромок под углом γ_ф = 0°.

Сверла, оснащенные твердым сплавом

Для повышения скорости резания сверла оснащают тверды­ми сплавами. Монолитные твердосплавные сверла и сверла с твердосплавной рабочей частью по конструктивным пара­метрам похожи на спиральные быстрорежущие сверла. Однако все твердосплавные сверла имеют по сравнению с быстрорежу­щими сверлами ряд особенностей:

1) уменьшена на 30...40 % длина рабочей части l_р ; она опре­деляется из зависимости l_р = L₀ + 2D, где L₀ — глубина сверле­ния; D — диаметр сверла;

2) увеличен диаметр сердцевины d_c до 0,3 D (у быстрорежу­щих сверл обычно d_c = 0,2 D );

3) уменьшен угол наклона винтовых канавок ω у сверл с на­паянными пластинами: на пластине он равен 6°, а на корпусе ω_к = 15...20° (рис. 5.9, а);

Рис. 9. Сверла с твердосплавной рабочей частью: а — с напаянной пластиной; б, в — монолитные; г — монолитные с тремя стружечными канавками; D_п — минимальный диаметр твердосплавной пла­стины; D_ц — диаметр цилиндрической части корпуса

4) увеличена обратная конусность по корпусу до 0,15 мм на 100 мм длины и на пластине — 0,5 мм на 100 мм длины (для сверл из быстрорежущей стали обратная конусность несколько ниже — см. § 5.1).

Для сверления отверстий в печатных платах на станках с ЧПУ разработаны сверла повышенной жесткости и виброустойчиво­сти. Достигается это увеличением диаметра хвостовика до 3 мм с выполнением двух переходных конусов с углами 18° и 60°. Свер­ла имеют коническое утолщение сердцевины от вершины сверла к хвостовику на 0,1. ..0,15 мм на каждые 10 мм длины. Для луч­шего размещения стружки увеличена ширина стружечной ка­навки, ширина пера b = (0,45...0,5) D . Угол наклона спиральных канавок 28°, угол при вершине 125°. Заточка сверл двухплоскостная. Главный задний угол равен 15°, а вспомогательный — 30°.

Сверла с цельной твердосплавной рабочей частью (рис. 5.9, б, в) имеют увеличенную толщину сердцевины d_c = (0,33.. ,0,4)D и ши­рину пера b = (0,6...0,7) D . Угол наклона спиральных канавок равен 30...40°. Предусмотрены подточки перемычки сверла и ка­налы для подвода СОЖ под давлением в зону резания.

В последнее время получили распространение трехперые мо­нолитные спиральные сверла из твердого сплава (рис. 5.9, г). Они имеют значительно большую жесткость, чем сверла тради­ционных конструкций, и обеспечивают хорошее врезание сверла в заготовку благодаря ликвидации поперечной режущей кромки. Наличие внутри перьев сверла каналов для подвода СОЖ сущест­венно улучшает условия резания. Такие сверла используются для обработки отверстий со скоростями резания свыше 100 м/мин.

Все большее распространение получают сверла диаметром свыше 12 мм с многогранными неперетачиваемыми твердо­сплавными пластинами (рис. 5.10). Конструкция сверла пред­ставляет собой корпус 1 с двумя прямыми или винтовыми стру­жечными канавками, на переднем торце которого закреплены твердосплавные пластины 2 различной формы. Одна из пластин располагается у оси сверла, вторая — на периферии. Сверла диаметром 20...60 мм оснащаются двумя неперетачиваемыми твердосплавными пластинами, а большего диаметра — четырь­мя, устанавливаемыми непосредственно в корпусе сверла или в сменных кассетах. Для подачи СОЖ в зону резания в корпусе сверла предусмотрены специальные отверстия.

Снимаемый припуск делится по ширине между взаимно пе­рекрывающимися пластинами, которые располагаются в корпусе таким образом, что радиальная нагрузка с обеих сторон от оси сверла сбалансирована и отпадает необходимость в предваритель­но засверленном отверстии или кондукторной втулке в момент

Рис. 10. Сверла с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами

засверливания.

Обладая высокой жесткостью и надежной сис­темой подачи СОЖ в зону резания, эти сверла позволяют вести обработку с повышенными подачами и скоростями по сравне­нию со спиральными сверлами из быстрорежущей стали.

Перовые сверла

Перовые сверла применяются при обработке твердых мате­риалов, а также ступенчатых и фасонных отверстий. Они могут быть цельными, сварными и составными. Рабочая часть перо­вого сверла может быть получена ковкой или фрезерованием круглого или квадратного стержня. В составных перовых свер­лах она выполняется в виде пластины и вставляется в паз дер­жавки.

Перовые сверла имеют ряд недостатков:

• большие отрицательные передние углы (рис. 5.11, а);

• плохое направление в отверстии, затруднительные условия отвода стружки;

• допускают малое число переточек.

Для получения положительных передних углов и улучшения процесса резания передняя поверхность таких сверл снабжается лункой (рис. 5.11, б, в), но это приводит к снижению прочности режущей части. Для облегчения процесса резания у сверл боль­ших диаметров на режущих кромках делают стружкоразделительные канавки шириной 2...3 мм, которые должны распола­гаться несимметрично относительно оси сверла. Расстояние меж­ду канавками 8... 12 мм.

Угол при вершине 2φ выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала (см. табл. 5.1). Для уменьшения трения калибрующая часть выполняется с углом φ₁ = 5...8°. Зад­ний угол α выбирается в пределах 10...20°: большие значения принимают для вязких и мягких материалов, меньшие — для хрупких и твердых.

Сверла для глубокого сверления

Отверстия, глубина которых превышает диаметр в 5 раз и бо­лее, принято называть глубокими. Обработка таких отверстий производится сверлами для сплошного (D ≤ 80 мм) и кольцевого (D > 80 мм) сверления. При сверлении глубоких отверстий зна­чительно ухудшается подвод охлаждающей жидкости к режу­щим кромкам, затрудняется отвод теплоты и стружки из зоны резания, уменьшается жесткость инструмента, поэтому такие сверла имеют ряд особенностей.

Для лучшего удаления стружки из зоны резания применяют спиральные сверла с отверстиями для подвода СОЖ (рис. 5.12).

Рис. 12. Сверла спиральные с канавками в теле сверла (а) и с трубками, впаянными в спинки (б)

Для получения мелкой стружки, легко удаляемой из отверстия потоком СОЖ, на передних поверхностях сверла вдоль винтовых канавок или на задних поверхностях зубьев в шахматном поряд­ке делают стружкоразделительные канавки. Сверла с отверстия­ми имеют стойкость в 5...8 раз большую, чем стандартные спи­ральные сверла.

При сверлении глубоких отверстий небольших диаметров (3...30 мм) и невысокой точности хорошо зарекомендовали себя шнековые сверла (рис. 5.13). Они отличаются увеличенным диа­метром сердцевины по всей длине (до 0,5 диаметра сверла) и уг­лом ω = 45... 60°. Стружечные канавки шнековых сверл имеют в осевом сечении треугольный профиль с закруглением во впа­дине. В конструкции сверл выделяют режущую и транспорти­рующую части. Первая часть отделяет и формирует стружку, вторая — отводит ее из зоны резания.

Рис. 13. Шнековое сверло

Режущая часть сверла имеет специальную заточку, задние поверхности затачиваются по плоскости. Для дробления стружки на передней поверхности затачивается порожек трапециевидной формы Это позволяет получать оптимальные геометрические параметры исходя из фи­зико-механических свойств обрабатываемого материала и усло­вий обработки независимо от угла наклона винтовой канавки ω.

Значения угла 2φ назначают в зависимости от свойств обрабатываемого материала (табл. 5.2).

Таблица 5.2 Значение угла при вершине 2φ шнекового сверла, град.

Задние уuлы выбирают в пределах 12...15°, передние — 12...18°, угол τ = 5...7°.

Для сверления отверстий глубиной до 10 диаметров на уни­версальном оборудовании разработано спиральное сверло НПИЛ (рис. 5.14) с усиленной сердцевиной k = (0,3...0,5)D. Профиль стружечной канавки сверла получается при обработке инстру­ментом простой конфигурации. Угол наклона винтовой канавки ω = 45°.

Рис. 14. Сверло НПИЛ

Режущие лезвия сверла НПИЛ затачиваются по передней по­верхности. Стружколомающий желобок имеет радиусную форму, заточен под углом |Х к главной режущей кромке и обеспечивает формирование стружки в виде конических завитков небольшого размера. Заточка сверла по передней поверхности дает возмож­ность назначать рациональные передние углы в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемых материалов.

Созданное в Белорусском политехническом институте (ныне Белорусский национальный технический университет) сверло БПИ (рис. 5.15) для обработки отверстий диаметром 3...30 мм

на глубину до 30...35 диаметров отличается от предыдущих кон­струкций специальным профилем стружечных канавок и нали­чием двух ленточек на каждом пере. Стружечные канавки выпол­нены под углом ω = 53...55°, диаметр сердцевины равен 0,5 D . Подвод охлаждающей жидкости к режущим лезвиям осуществ­ляется по каналам, выполненным в спинке сверла. Для эффек­тивного охлаждения режущей части достаточно подавать СОЖ с расходом не более 2...3 л/мин под давлением 0,05 МПа.

Надежное дробление стружки обеспечивается специальной заточкой передней поверхности сверла. Задняя поверхность затачивается по плоскости. Выбор геометрических параметров и состава СОЖ зависит от обрабатываемого материала.

Высокая эффективность процесса сверления достигается за счет непрерывного транспортирования стружки из отверстия, подачи СОЖ непосредственно к режущим лезвиям сверла, уве­личения в 2 раза его жесткости. Это позволяет увеличить ми­нутную подачу в 2...3 раза и до 5 раз сократить время обработки глубоких отверстий по сравнению со стандартными спиральны­ми сверлами.

Для сверления отверстий повышенной точности с малым уво­дом оси используют сверла одностороннего резания (ружейные, пушечные и др.). Эти сверла делят на сверла с внутренним под­водом СОЖ и наружным отводом стружки диаметром 3...30 мм и на сверла с наружным подводом СОЖ и внутренним отводом стружки диаметром 16...65 мм. Сверла первого типа изготавли­вают из быстрорежущей стали или оснащают пластинами или коронками из твердого сплава.

Ружейное сверло с наружным отводом стружки (рис. 5.16) состоит из режущей части и стебля. Стебель выполняется из угле­родистой стали в виде трубки с провальцованной по длине стру­жечной канавкой с углом профиля ψ = 110...140° и полостью для подачи СОЖ в зону резания. При этом обеспечивается доста­точная жесткость сверла и создается необходимое пространство для отвода стружки. На шлифованной цилиндрической поверх­ности расположены направляющие.

Рис. 16. Ружейное сверло с наружным отводом стружки

Сверло имеет одну режущую кромку, состоящую из двух час­тей — наружной и внутренней. Вершина сверла для лучшего на­правления при работе смещена относительно оси на некоторую величину, равную примерно 0,2D. В процессе работы сверла на детали образуется конус, обеспечивающий сверлу дополнитель­ное направление.

На различных отрезках режущей кромки име­ют место различия в действующих на них радиальных силах. В результате сверло прижимается направляющей частью к об­работанной поверхности отверстия. Это предохраняет сверло от увода, отверстие — от разбивки, а также повышает период стой­кости сверла. Для уменьшения трения при работе калибрующая часть имеет обратную конусность в пределах 0,1...0,3 мм на дли­не 100 мм. Вдоль вспомогательной режущей кромки на калиб­рующей части оставляется ленточка шириной 0,2...0,6 мм

Конструкции сверл с внутренним отводом стружки и рас­положенными в шахматном порядке пластинами из твердого сплава приведены на рис. 5.17. Сверла диаметром 65...180 мм целесообразно оснащать многогранными неперетачиваемыми пластинами.

Рис. 17. Сверла с внутренним отводом стружки

Эжекторные сверла (рис. 5.18) изготавливаются диаметром 20...65 мм. Их особенностью является эффект подсоса СОЖ, ухо­дящей вместе со стружкой в результате разрежения и перепада давлений, создаваемых внутри корпуса сверла. Прямой поток жидкости подается под давлением 2...3 МПа по каналу Л между внутренним и наружным стеблями. Не доходя до рабочей части, он разделяется. Примерно 70 % жидкости направляется в зону резания через выполненные в корпусе сверла отверстия, а 30 % жидкости отводится обратно через щелевые сопла Б , сделанные на внутреннем стебле. Между потоком жидкости, которая отво­дится вместе со стружкой из рабочей зоны, и потоком, уходя­щим через сопла Б по стеблю 1 , создается разрежение и перепад давлений. В результате основной поток жидкости со стружкой, отходящий из зоны резания, как бы засасывается жидкостью,

уходящей через сопла Б, и движется с большей скоростью. Сверла обеспечивают точность обработки отверстий по квалитетам 9-11 и шероховатость поверхности Ra = 2,5...0,63 мкм [9].

Головки для кольцевого сверления

Головки для кольцевого сверления бывают цельными из быстрорежущей стали (диаметром 30...60), оснащенными напа­янными или неперетачиваемыми твердосплавными пластинами (рис. 5.19).

Рис. 19. Головки для кольцевого сверления

В зависимости от диаметра головки число зубьев выбирается в пределах 4... 12. На зубьях делается направляющая ленточка шириной 0,8...1,5 мм с обратной конусностью 30...45'. Зубья и канавки на головке наклонены к оси под углом 5° и затачива­ются по задней поверхности с углами 6...8°. На передней поверх­ности зубьев затачивают стружколомающую канавку. В резуль­тате такой заточки обеспечивается получение мелкой дробленой стружки, которая легко удаляется из зоны резания с помощью СОЖ. Последняя подается в зону резания через зазор между стержнем и внутренней поверхностью корпуса. СОЖ вместе со стружкой удаляется через зазор между поверхностью отверстия и наружной поверхностью корпуса сверла. Для облегчения отво­да стружки на наружной поверхности головки и оправки делают канавки. Ширина стружечной канавки равна ширине зуба. Оп­равки для крепления головки имеют форму трубы. Головки кре­пят на ней многозаходной прямоугольной резьбой. Кольцевое сверление обеспечивает обработку отверстий квалитетов точно­сти 11-12 и шероховатость поверхности Ra = 5...10 мкм.

На детали при сверлении образуются кольцевая канавка и сер­дечник, который выходит из отверстия по окончании сверления

Центровочные сверла

Для изготовления центровых отверстий применяются цен­тровочные сверла (рис. 5.20) трех типов: простые, комбиниро­ванные, комбинированные с предохранительным конусом [22].

Рис. 20. Центровочные сверла

Простые сверла по конструкции не отличаются от спираль­ных. Комбинированные сверла изготавливаются двухсторонни­ми для лучшего использования материала. Канавки делаются или прямыми, или наклонными с углом наклона ω= 5...8° . Угол при вершине режущей части φ = 50...60° , угол наклона попереч­ной кромки ψ = 50...55° . Толщина сердцевины к = (0,25...0,17) D и увеличивается по направлению к хвостовику под углом 3°. Пе­редний угол γ= 5...6°. Заточка комбинированного сверла произ­водится так же, как и спирального. Задний угол α на периферии режущей части равен 8° .

КОНТРОЛЬ СВЕРЛ

Методы к средства контроля размеров и геометрических пара­метров сверл указаны в табл.. Контроль диаметра D рабочей части сверла производят при помощи микрометра по цилиндрической поверхности ленточек (рис,5). За диаметр рабочей части принимают размер, измеренный у заборного конуса сверла. Величину конусности К подсчитывают по формуле:

где D- - диаметр, измеренный у заборного конуса сверла

D - диаметр, измеренный на расстояний от заборного конуса сверла.

Контроль диаметра сверла по спинке выполняют микрометром. Для сверл диаметром свыше 8 мм это измерение производят штангенциркулем. Контроль диаметра сердцевины осуществляют резьбовым микрометром с коническими или сферическими вставками. За диаметр сердцевины принимают размер, измеренный у заборного конуса сверла. Контроль величины и симметричности угла 2φ при вершине про­веряют при помощи универсального угломера (рис.21) и штангенцир­куля с ценой делений 0,1 мм.

Рис. 21.

Контроль угла наклона поперечной кромки ψ выполняют универ­сальным угломером. Для этого неподвижную линейку прибора накла­дывают на переднюю поверхность сверла вдоль режущей кройки, а подвижную линейку поворачивают до положения, когда она встанет параллельно поперечной кромке (рис. 22).

Контроль заднего угла осуществляет о помощью универсально­го угломера, а сверл с коническим хвостовиком - на специаль­ном приборе (рис. 22) индикатор в этом случае устанавливают па­раллельно оси сверла. Величину угла определяют по формуле

где К - показание индикатора в мм при повороте сверла на угол β (β-в радианах),

расстояние от оси сверла до точки касания сверла с на­конечником индикатора,

Задний угол в плоскости, перпендикулярной режущей кромке

d_N может быть вычислен по формуле

Контроль наклона стружечных канавок осуществляют с по­
мощью масштабной линейки по величине осевого шага, связанного
с углом наклона формулой

где Т - осевой шаг винтовой кромки, мм;

D – наружный диаметр сверла

При измерении масштабную линейку накладывают на контроли­руемое сверло вдоль оси так, чтобы нулевое деление совпало с началом винтовой линии, образуемой пересечением канавок с цилиндрической ленточкой сверла на одном из перьев. Затем находят вторую точку пересечения этой винтовой линии с линейкой и определяют деление линейки, соответствующее этой точке. Величина отсчета по линейке для второй точки равняется величине шага Т .

Форма отчета

Студент (____________) Работу принял (_______________)

(подпись) (подпись преподавателя)

“_____”________________________ г.

Литература

1. Семенченко И.И. и др. Проектирование металлорежущих инструментов. М., Машгиз, 1963,, с. 936.,
2. Р о д и н П.Р. Металлорежущие инструменты, Киев, Выс­шая школа, 1974.
3. Егоров С. В., Червяков А. Г. Резание конст­рукционных материалов и режущий инструмент. М., Высшая школа, 1975, с. 188.
4. Барсегянц Р.А. и др. Лабораторные работы. М., Высшая школа, 1964, с. 111.
5. Павлов Л.Е. Современные приборы для контроля режущего инструмента. М., Трудрезервиздат, 1963.
6. ВНИИ Технология изготовления металлорежущего инструмен­та. Вып., VI. И., Машгиз, 1960, с. 172.
7. ГОСТ 885-64, ГОСТ 2034-64, ГОСТ 5756-64, ГОСТ 1677-67, ГОСТ 12509-67, ГОСТ 1523-65, ГОСТ 5735-65.

Содержание

1. Содержание работы 2

2. Быстрорежущие спиральные сверла 2

3. Сверла, оснащенные твердым сплавом 12

4. Перовые сверла 14

5. Сверла для глубокого сверления 15

6. Головки для кольцевого сверления 20

7. Центровочные сверла 21

8. Контроль сверл 21

9. Литература 25

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ СВЁРЛ

Методические указания

к выполнению практических работ по курсу

"Резание материалов"

для студентов специальности 120100

всех форм обучения

Составил: Докукин Георгий Иванович

Ивлюшина Ирина Михайловна

Рецензент В. Н. Евсюков

Редактор Л. В. Максимова

Корректор Н. Т. Мальчикова

Подписано в печать Формат 60x84 1/16

Бумага тип. Усл. печ. л. 1 Уч.- изд. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, г. Саратов, ул. Политехническая,77

Копипринтер БИТТиУ, 413840, г. Балаково, ул. Чапаева, 140