ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ СВЕРЛ. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ

При сверлении скорости резания и ну ги трения переменны но длине режущих кромок. Стружки срезаются широкие и тонкие, поэтому спиральные сверла изнашиваются в основном по задним поверхностям главных режущих кромок. При этом износ имеет вид фаски, переменной но длине режущих кромок ширины /г,п, величина которой примерно пропорциональна радиусу сверла. При сверлении хрупких материалов износ сверла происходит по уголкам hy. При сверлении на высоких скоростях вязких материалов износ происходит по передним поверхностям в виде лунки износа и по ленточкам в виде фаски износа hn (рис. 8.18).

Виды износа на различных участках передних и задних поверхностей спирального сверла

Рис. 8.18. Виды износа на различных участках передних и задних поверхностей спирального сверла

Наиболее опасным является износ по уголкам и ленточкам сверла, так как в этом случае при большом износе в процессе переточки приходится стачивать значительный объем инструментального материала. Поэтому при сверлении нельзя допускать катастрофического износа сверл в виде оплавления уголков и затирания ленточек.

Поперечная режущая кромка из-за малых скоростей трения в центре сверла изнашивается значительно медленнее. Большой износ этой кромки вызывает резкий рост осевой силы резания, а износ по ленточкам - значительное увеличение кру тящего момента. Интенсивный износ поперечной режущей кромки свидетельствует о том, что в процессе изготовления сверла был нарушен режим термической обработки инструментального материала.

Влияние различных факторов на износ сверл по задним поверхностям при обработке конструкционной стали может быть выражено следующей эмпирической формулой [34]:

Из этой формулы следует, что наибольшее влияние на износ сверла оказывает скорость резания и значительно меньшее влияние - подача. Поэтому с точки зрения износа сверла предпочтительнее работать с большей подачей и меньшей скоростью резания, что при заданной стойкости Т обеспечивает большую производительность процесса сверления.

Между скоростью резания и стойкостью сверла имеется такая же зависимость, как и при точении:

Показатель относительной стойкости для быстрорежущих спиральных сверл - m = 0,125...0,2, а экономическая стойкость инструмента при одноинструментной наладке обычно Т &d, мин, где d - диаметр сверла.

Допустимая величина фаски износа спиральных сверл на уголках назначается в зависимости от обрабатываемого материала и приводится в нормативах по режимам сверления. Так, например, при сверлении конструкционных сталей величина этой фаски /?"“ = 0,3...0,8 мм. При этом большее значение ширины фаски износа относится к сверлам больших диаметров. На практике об окончательном затуплении сверла обычно судят по появлению вибраций, сопровождающихся характерным скрежетом, а также синей или желтой стружки.

Скорость резания при сверлении рассчитывают по уравнению

где С - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала [для конструкционной стали (С > 0,6 % ) и ав = 750 МПа Cv = 8,9 - для подачи s < 0,2 мм/об; Cv = 12,4 - для подачи 5 > 0,2 мм/об; для чугуна твердостью 190 НВ Cv = 17,6 - для подачи

s < 0,2 мм/об; Cv = 20,6 - для подачи s > 0,2 мм/об];

т - показатель степени для конструкционной стали и чугуна соответственно 0,2 и 0,125; xv - соответственно 0,4 и 0,25; yv - соответственно 0,6 и 0,5 [3];

Kv - коэффициент, учитывающий влияние СОЖ, глубины сверления, способы заточки и др., Kv = КС0ЖК/К.а[.

Обычно нормативы разрабатывают для случая сверления на вертикально-сверлильных станках отверстий глубиной до 3d с подачей СОЖ в виде водной эмульсии поливом сверху. Большим недостатком этого способа охлаждения являются затрудненные условия попадания СОЖ в зону резания, вызванные сходящей стружкой и формой рабочей части сверла, действующей как винтовой насос, откачивающий СОЖ из отверстия. Кроме того, при соприкосновении СОЖ с нагретыми участками сверла при испарении образуется паровая «рубашка», ухудшающая теплоотвод. Поэтому лучшие результаты дает внутренний подвод СОЖ под давлением через отверстия в сверле, улучшающий к тому же отвод стружки из отверстия. При этом независимо от расположения оси сверла (вертикальное, горизонтальное) и глубины сверления обеспечивается высокое охлаждающее и смазывающее действия СОЖ. Стойкость сверл становится тем больше, чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала. Так, например, при сверлении высоколегированных сталей (1Х18Н9Т, 45Г17ЮЗ и др.), имеющих в 4 раза меньшую теплопроводность, чем сталь 40, достигнуто повышение стойкости сверл в 40 раз по сравнению с подачей СОЖ поливом, в то время как при сверлении стали 40 - только в 4 раза.

Увеличение глубины отверстий при сверлении с подачей СОЖ поливом затрудняет условия ее поступления в зону резания и снижает эффективность охлаждения. Поэтому при использовании таких сверл при расчетах рекомендуется снижать режимы резания путем введения поправочного коэффициента К,, величина которого зависит от отношения l/d (табл. 8.1) [31].

8.1. Значение поправочного коэффициента Kt в зависимости от относительной глубины отверстия IUI

Ud

3

4

5

6

8

10

к,

0,9

0,8

0,7

0,65

0,56

0,5

К основным недостаткам спиральных сверл, снижающих их стойкость, относятся:

  • 1) большие положительные передние углы на периферии;
  • 2) неблагоприятная геометрия поперечной режущей кромки;
  • 3) отсутствие задних углов на вспомогательных режущих кромках, расположенных на ленточках сверла.

Для исправления этих недостатков спиральных сверл рекомендуются следующие мероприятия.

  • 1. Двойная заточка (рис. 8.19). Применяют для уменьшения интенсивности изнашивания уголков на внешних участках главных режущих кромок. Для этого на уголках сверла затачивают фаски длиной / = (0,2...0,25)с/ с двойными углами при вершине 2ф0=70° и 2ф=116...120°. Такая заточка при сверлении сталей сверлами диаметром d > 10 мм увеличивает стойкость сверл в
  • 2...4 раза за счет уменьшения толщины срезаемой стружки, улучшения теплоотвода и небольшого снижения передних углов на уголках сверла.
Двойная заточка спирального сверла

Рис. 8.19. Двойная заточка спирального сверла

2. Подточка перемычки. Применяют для снижения осевой силы Ра и повышения подачи. Наиболее часто применяемые способы подточки сверл показаны на рис. 8.20. Например, на обеих полукромках путем выборки металла с передних поверхностей и оставления перемычки длиной /п создают нулевые передние углы вместо отрицательных углов (рис. 8.20, а) или уменьшают длину перемычки до величины 1'П = 1,5 мм у сверл диаметром d = 12...15 мм или /' = 4 мм у сверл диаметром d = 40...50 мм (рис. 8.20, б). Последний способ за счет сокращения длины перемычки и улучшения условий отвода стружки позволяет снизить осевую силу. Однако он не обеспечивает значительного уменьшения отрицательных углов на иодто-

Подточка поперечной режущей кромки спирального сверла с целью

Рис. 8.20. Подточка поперечной режущей кромки спирального сверла с целью:

а - создания нулевых передних углов; б - укорочения поперечной режущей кромки ченной части. Подточка поперечной режущей кромки не уменьшает жесткость сверла, но снижает осевую силу и способствует повышению стойкости сверл в 1,5... 1,7 раза.

3. Создание задних углов на ленточках сверла (а, =6...8°) (рис. 8.21) обеспечивает снижение сил трения между сверлом и стенками обработанного отверстия. Это достигается за счет подточки ленточки на небольшом участке длиной /ф = 1,5...3 мм с оставлением участка ленточки шириной /0 =0,2...0,4 мм во избежание ухудшения условий центрирования и направления сверла в отверстии. При сверлении сталей такая подточка обеспечивает повышение стойкости сверл в 1,5 раза за счет снижения трения и предотвращения налипания мелкой стружки, увеличивающей интенсивность износа сверл. Подточка ленточек не рекомендуется при сверлении заготовок с литейной или штамповочной корками, а также при сверлении материалов повышенной твердости из-за быстрого износа калибрующих ленточек сверл.

Мероприятия по дополнительной заточке и подточке сверл учитывают в уравнении (8.11) путем введения поправочного коэффициента К.ш.

Подточка калибрующей ленточки спирального сверла

Рис. 8.21. Подточка калибрующей ленточки спирального сверла

Расчет режимов резания при сверлении производят в следующей последовательности:

  • 1. Назначают максимально возможную подачу s сверла исходя из жесткости и прочности сверла с целью достижения максимально возможной производительности [3]:
    • • при сверлении стали

• при сверлении чугуна

Далее расчетные значения подач уточняют с учетом глубины (см. табл. 8.1) и вида (глухое, сквозное) отверстия. При больших глубинах, а также при сквозном сверлении smax корректируют в сторону снижения.

  • 2. Рассчитывают по уравнению (8.11) скорость резания по заданным значениям d и s и принятому периоду стойкости сверла. Уточняют по паспортным данным станка частоту вращения сверла лст, при этом лс| < пр.
  • 3. Рассчитывают по уравнениям (8.7)...(8.9) силы и мощность при сверлении и проверяют по допустимой прочности механизма подачи станка и мощности главного привода.

Рассмотренные выше вопросы сверления относятся к спиральным сверлам из быстрорежущих сталей, так как они получили наибольшее применение на практике. Из-за специфических условий процесса резания применение спиральных сверл, оснащенных твердыми сплавами, достаточно ограничено. На сегодняшний день эго сдерживает рост производительности при сверлении отверстий, особенно в труднообрабатываемых материалах. Основными причинами являются: малая жесткость сверл, вызванная их консольным креплением; большие осевые нагрузки, особенно в области или около поперечной режущей кромки; радиальные колебания сверла в момент засверливания и др. При недостаточной прочности твердых сплавов это приводит к выкрашиванию и поломке режущей части сверл. Тем не менее, в нашей стране и за рубежом постоянно ведутся работы по совершенствованию конструкций твердосплавных сверл и расширению области их применения. В настоящее время практическое применение получили сверла с наклонными напайными твердосплавными пластинами (рис. 8.22, а), с напайными коронками (рис. 8.22, б) и с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) (рис. 8.22, «).

Спиральные сверла с напайными твердосплавными пластинами успешно применяются при сверлении чугунов, цветных металлов, пластмасс, многих строительных материалов, т.е. тех материалов, при обработке которых силы невелики и требуется повышенная износостойкость сверл, гак как в этом случае превалирует абразивный износ.

Конструкции твердосплавных спиральных сверл

Рис. 8.22. Конструкции твердосплавных спиральных сверл:

а - с напайной пластиной; б - с напайной коронкой; в - с механическим

креплением СМИ

При сверлении сталей и сплавов, особенно высокопрочных и твердых, наилучшие результаты показывают сверла с напайными коронками и сверла с механическим креплением СМП. Многочисленные эксперименты показали, что эти сверла обладают повышенной жесткостью и могут успешно работать только в условиях применения внутреннего напорного охлаждения.

Сверла с механическим креплением СМП обычно имеют прямые канавки и применяются для сверления неглубоких отверстий

(/ < 2...2d ) относительно больших диаметров (d > 18 мм). У сверл с нанайными коронками направляющие ленточки выполняют только на твердосплавной режущей части, так как при высоких скоростях резания, допускаемых этими сверлами, диаметр рабочей части сверла во избежание затирания корпуса занижают.

Для повышения устойчивости сверл в отверстии и уменьшения поперечных колебаний в процессе резания разработаны различные варианты асимметричной заточки твердосплавных сверл, обеспечивающие их повышенные надежность и стойкость в процессе сверления [7].

Для сверления глубоких отверстий (/ > 5d ) в крупносерийном и массовом производствах стандартные спиральные сверла обычно не применяют, а используют сверла одностороннего резания, оснащенные твердым сплавом: ружейные, типа БТА и эжекторные [12,32].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >