к.т.н. Дудак Н.С., Мусина Ж.К.

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова,

Республика Казахстан

Двухвершинные спиральное и перовое сверла

Процесс сверления протекает в тяжелых условиях резания: затруднён отвод стружки и подвод СОЖ; значительное трение стружки о поверхность канавок сверла и самого сверла об обработанную поверхность; вдоль режущей кромки возникает резкий перепад скорости резания (от max до нуля). Главный задний угол α не является величиной постоянной – он возрастает по мере приближения к центру. Очень неблагоприятным является передний угол на поперечной кромке. У стандартных спиральных свёрл передний угол γ на поперечной кромке составляет значение до минус 57˚–60˚. Ввиду этого на поперечной кромке вместо резания имеет место смятие, выдавливание и скобление металла.

При сверлении равнодействующие силы резания, приложенные к режущим кромкам сверла, как обычно, разлагают на три взаимно перпендикулярные составляющие силы (рисунок 1):

- вдоль оси сверла – осевые силы Р_х;

- касательные к окружности сверла, т.е. в направлении скорости резания – касательные силы Р_z;

- по радиусу сверла – радиальные силы Р_у.

Осевая сила Р_х преодолевает сопротивление материала внедрению сверла и составляет около 40% от общей осевой силы. Касательные силы возникают за счёт сопротивления материала заготовки отделению срезаемого слоя и создаёт на сверле на сверле крутящий момент. Радиальные силы на двух режущих кромках направлены в противоположные стороны и взаимно уравновешиваются, если равны по величине, иначе способствуют уводу сверла. Помимо всего, на сверло действуют силы сопротивления, возникающие на поперечной режущей кромке Р_п, которые составляют 57% от осевой силы, а по данным Г.Н. Сахарова до 65%, и силы трения на ленточках Р_Т – 3%.

Рисунок 1 – Схема сил, действующих на сверло

Для улучшения условий резания разработаны способы заточки стандартных свёрл и подточки поперечной кромки, а также их новые более прогрессивные конструкции. Для уменьшения осевого усилия при сверлении по В.И. Жирову поперечная кромка прорезается канавкой, но она остаётся на сверле в изменённом виде, с меньшими передними углами (на каждой из двух половинок поперечных кромках создаётся передний угол γ=0˚). Такие свёрла хорошо зарекомендовали себя при обработке чугуна. Увеличение стойкости сверла достигается при использовании заточек по Клемму, Менцелю, Дреезу, Фельдштейну, Глущенко, которые предусматривают подточку поперечной кромки до 0,1 – 0,2мм. Для свёрл, оснащённых твёрдым сплавом, были разработаны конструкции со специальной подточкой: бесперемычное сверло конструкции КМГ, сверло конструкции Н.А. Шевченко, сверло конструкции Н.К. Клебанова. Таким образом, проведённые ими экспериментальные исследования показали, с точки зрения производительности, уменьшения осевой силы на поперечной кромке и изнашивание сверла лучшие результаты обеспечивают бесперемычные свёрла с радиальным расположением главных режущих кромок на всей их длине или на части длины кромок, прилегающих к центру сверла [1 – 4].

Однако на этих свёрлах поперечная кромка устранена не полностью и остаётся в несколько изменённом виде. Не в полной мере устраняются силы, действующие на поперечную кромку, передний угол на поперечной кромке уменьшается, но всё-таки остаётся отрицательным. Указанные условия работы поперечной кромки значительно ухудшают условия обработки и качество обработанного отверстия. Для исключения поперечной кромки предложена новая конструкция спирального сверла.

С этой целью было спроектирован новый металлорежущий инструмент – двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки. Конструкция и основные элементы, размеры предоставлены на рисунках 2 и 3. На рисунке 3 на правой проекции следы от подточки передней поверхности на стружечной канавке сверла условно показаны штриховой линией. Поперечная кромка на указанном сверле срезается, прорезается канавка, одна стенка которой совпадает с осью или несколько смещена относительно оси. Это позволит исключить силу, возникающую на поперечной кромке стандартного сверла, и улучшить силовые отношения в зоне резания и уменьшить образование тепла, повысить качество обработки (рисунок 4).

Рисунок 2 – Двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки

Рисунок 3 – Конструктивные элементы двухвершинного спирального сверла без поперечной кромки (для удобства разделительная канавка дана в местном разрезе)

Рисунок 4 – Схема сил, действующих на двухвершинное спиральное сверло

Кроме того, на кафедре машиностроения и стандартизации Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова Республики Казахстан ведутся работы по созданию новых режущих инструментов, в том числе разработка конструкции двухвершинного перового сверла без поперечной кромки, и продолжаются исследования в данных направлениях.

Перовое сверло при работе подвержено таким же отрицательным воздействиям поперечной кромки, как и спиральное (рисунок 5).

Рисунок 5 – Конструкция двухвершинного перового сверла

Литература:

1. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов. /Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.

2. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – 455 с.

3. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. – 440 с.

4. Дыков А.Т., Ясинский Г.И. прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. Л.: Машгиз, 1963. – 156 с.

5. Предварительный патент Республики Казахстан (19) KZ (13) А (11) (51) B23B 51/02 №19559 от 25.03.2008г. на изобретение «Двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки с направляющими ленточками». Авторы: Дудак Н.С., Мусина Ж.К.

6. Предварительный патент Республики Казахстан (19) KZ (13) А (11) (51) B23B 51/00 № 19687 от 22.05.2008г. на изобретение «Двухвершинное перовое сверло без поперечной кромки». Авторы: Дудак Н.С., Мусина Ж.К.