Расчет и конструирование сверл

Сверла

Сверление — основной технологический способ образования отверстий в сплош­ном металле обрабатываемых заготовок. Сверлением могут быть получены как сквозные отверстия в заготовке, так и глухие отверстия. При сверлении отверстий чаще всего использу­ют стандартные сверла, имеющие два винтовых зуба, расположенных диамет­рально друг относительно друга. Просвер­ленные отверстия, как правило, не име­ют абсолютно правильной цилиндри­ческой формы. Их поперечные сечения имеют форму овала, а продольные — небольшую конусность.

Диаметры просверленных отверстий всегда больше диаметра сверла, которым они просверлены. Разность диаметров сверла и просверленного им отвер­стия принято называть разбивкой от­верстия. Она тем больше, чем больше диаметр сверла: для стандартных сверл диаметром d_c = 10...20 мм разбивка сос­тавляет 0,15...0,25 мм. Причиной раз­бивки отверстий являются недостаточная точность заточки сверл и несоосность сверла и шпинделя сверлильного станка. Сверление отверстий без дальнейшей их обработки проводят в тех случаях, когда необходимая точность размеров лежит в пределах 12...14-го квалитета, параметр шероховатости R_a = 3,2…12,5. Наиболее часто сверлением получают отверстия для болтовых соединений, а также от­верстия для нарезания в них внутренней крепежной резьбы.

Сверла по конструкции и назначению подразделяют на спираль­ные, центровочные и специальные. Наиболее распространенный для сверления и рассверливания инструмент - спиральное сверло (рис. 19, а), состоящее из рабочей части 6, шейки 2, хвосто­вика 4 и лапки 3.

Рис. 19. Части, элементы и углы спирального сверла

В рабочей части 6 различают режущую 1 и направляющую 5 ча­сти с винтовыми канавками. Шейка 2 соединяет рабочую часть свер­ла с хвостовиком. Хвостовик 4 необходим для установки сверла в шпинделе станка. Лапка 3 служит упором при выбивании сверла из отверстия шпинделя.

Элементы рабочей части и геометрические параметры спирального сверла показаны на рис. 19, б. Сверло имеет две главные режущие кромки 11, образованные пересечением передних 10 и задних 7 по­верхностей и выполняющие основную работу резания; поперечную режущую кромку 12 (перемычку) и две вспомогательные режущие кромки 9. На цилиндриче­ской части сверла вдоль винтовой канавки распо­ложены две узкие ленточ­ки 8, обеспечивающие на­правление сверла при резании.

Геометрические пара­метры сверла определяют условия его работы. Перед­ний угол γ измеряют в главной секущей плоско­сти II - II, перпендику­лярной к главной режу­щей кромке. Задний угол α измеряют в плоскости I - I, параллельной оси свер­ла. Передний и задний углы в различных точках главной режущей кромки различны. У наружной поверхности сверла угол γ наибольший, а угол α наи­меньший; ближе к оси — наоборот. Угол при вершине сверла 2φ из­меряют между главными режущими кромками; его значение различно в зависимости от обрабатываемого материала. Угол наклона попереч­ной режущей кромки ψ измеряют между проекциями главной и попе­речной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную к оси сверла. Угол наклона винтовой канавки ω измеряют по наружному диаметру. С увеличением угла ω увеличивается передний угол γ; при этом облегчается процесс резания и улучшается выход стружки. Рекомендуемые геометрические параметры сверла приведены в спра­вочной литературе.

Силы резания. В процессе резания сверло испытывает сопро­тивление со стороны обрабатываемого материала. Равнодействующую сил сопротивления, приложенную в некоторой точке А режущей кромки, можно разложить на три составляющие силы Р_x, Р_y и Р_z (рис. 20).

Составляющая Р_x направлена вдоль оси сверла. В этом же на­правлении действует сила Р_п на поперечную режущую кромку. Суммарная всех указанных сил, действующих на сверло вдоль оси х, называется осевой силой. Радиальные силы Р_y, равные по вели­чине, но направленные противоположно, взаимно уравновешиваются.

Рис. 20. Силы, действующие на сверло

В расчетах для определения осевой силы Р _о (Н) и крутящего момента М _к (Н∙м) используют эмпирические формулы:

;

,

где С_р и С_м — постоянные коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал и условия резания; D – наружный диаметр сверла, мм; s - подача сверла (мм/об); х_р, у_р, х_м, у_м — показатели степеней; К_р и К_м — поправочные коэффициенты на изме­ненные условия резания. Коэффициенты и показатели степеней приведены в справочниках.

Осевая сила и крутящий момент являются исходными для рас­чета сверла и узлов станка на прочность, а также для определения эффективной мощности. Эффективная мощность (кВт), затрачивае­мая на резание при сверлении,

М_е = M_кn / (60·10³).

По форме и конструкции сверла разделяют на спиральные, с прямыми канавками, перовые, для глубин­ного сверления, кольцевые, центровочные, с канавками для подвода смазочно-охлаждающей жидкости, с многогран­ными пластинами. Сверла выполняют с цилиндрическим, коническим и четырехгранным хвостовиками. Основные раз­меры сверл стандартизованы. Геометрические параметры режущей части сверл (ω, γ и 2φ) в зависимости от материа­лов заготовки и сверла можно выбрать для сверл диамет­ром свыше 10 мм из инструментальной стали по табл. 3, для сверл, оснащенных пластинами из твердого сплава, — по табл. 4.

Угол наклона поперечной режущей кромки ψ для сверл диаметром до 12 мм принимают 50°, для сверл диаметром свыше 12 мм — 55°. Задний угол α различен в различных точках кромки. У стандартных спиральных сверл в наиболее удаленной от оси сверла точке α = 8…15°, в ближайшей к оси точке α = 20…26°. У сверл, оснащенных пластинами из твердого сплава, задний угол α соответственно равен 4…6° и 16…20°. Меньшие из приве­денных значений углов относятся к большим диаметрам сверл, большие значения — к малым диаметрам сверл. Формы и размеры заточки режущих кромок, перемычек и ленточек сверл приведены в нормативах.

Технические требования к изготовлению спиральных сверл приведены в ГОСТ 2034 — 80Е и СТ СЭВ 566 — 77.

Таблица 3

Рекомендуемые углы наклона винтовой канавки ω

и углы при вершине 2φ спиральных сверл диаметром

свыше 10 мм из инструментальной стали

Материал заготовки	ω	2φ
градусы
Сталь с σв, МПа (кгс/мм^2) до 500 (до 50) 500…700 (~ 50…70) 700…1000 (~ 70…100) 1000…1400 (~ 100…140) коррозионно-стойкая		116…118
Чугун серый	25…30	116…120
Медь красная Медные отливки и латунь Бронза с НВ: 100 и выше < 100	35…45 25…30   15…20 8…12
Алюминиевые сплавы литейные Алюминиевые сплавы деформируемые	35…45	130…140
Пластмассы, эбонит, бакелит	8…12	60…100

Хвостовики сверл с коническим хвостовиком имеют конус Морзе, выполняемый по СТ СЭВ 147 — 75.

Таблица 4

Рекомендуемые передние углы γ и углы при вершине 2φ

сверл, оснащенных пластинами из твердых сплавов

Материал заготовки	γ	2φ
градусы
Сталь: конструкционная, углеродистая и легированная инструментальная марганцовистая твердая литая термически обработанная	0…4 — 3 — 3 — 3	116…118 116…118 116…118 116…118 130…135
Чугун с НВ: ≤ 200 > 200		116…118 116…118
Бронза, латунь, алюминий	4…6	116…118
Баббит	4…6
Пластмассы	0…2	60…100

Порядок расчета и конструирования спирального сверла из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком для обработки сквозного отверстия.

1. Определяем диаметр сверла. По ГОСТ 19257—73.

2. Определяем режим резания по нормативам.

3. Определяем осевую силу.

4. Момент сил сопротивления резанию (крутящий мо­мент).

5. Определяем номер конуса Морзе хвостовика. С расчетом момента трения между хвостовиком и втулкой.

6. Определяем длину сверла. Общая длина сверла, длины рабочей части, хвостовика и шейки могут быть приняты по ГОСТ 10903—77 или ГОСТ 4010—77.

7. Определяем геометрические и конструктивные пара­метры режущей части сверла. По нормативам находим форму заточки, угол наклона вин­товой канавки, углы между режущими кромками, задний угол, угол наклона поперечной кромки, размеры подточки, шаг винтовой канавки.

8. Определяем толщину d_c сердцевины сверла в зависимости от диа­метра сверла и утолщение сердцевины по направлению к хво­стовику.

9. Обратная конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) на 100 мм длины рабочей части должна находиться в пределах:

D, мм......... До 6 Св.6 Св. 18

Обратная конусность, мм....0,03—0,08 0,04—0,10 0,05—0,12

10. Определяем ширину ленточки f₀ и высоту затылка по спинке К.

11. Определяем ширину пера.

12. Геометрические элементы профиля фрезы для фре­зерования канавки сверла определяют графическим или аналитическим способом.

13. По найденным размерам строим профиль канавочной фрезы.

14. Устанавливаем основные технические тре­бования и допуски на размеры сверла (по СТ СЭВ 566—77 и ГОСТ 885—77).

Предельные отклонения диаметров сверла (ГОСТ 885—77). Допуск на общую длину и длину рабо­чей части сверла равен удвоенному допуску по квалитету 14 с симметричным расположением предельных отклоне­ний по ГОСТ 25347—82. Предельные отклонения размеров конуса хвостовика устанавливаются по ГОСТ 2848—75 (степень точности АТ8). Радиальное биение рабочей части сверла относительно оси хвостовика не должно пре­вышать 0,15 мм. Предельные отклонения на углы 2φ; 2φ₀, угол наклона винтовой канавки. Предельные отклоне­ния размеров подточки режущей части сверла. У рабочей части сверла HRС 62…65, у лапки хвостовика сверла HRC 30…45.

15. Выполняем рабочий чер­теж. Рабочий чертеж должен иметь три проекции (вин­товые линии при черчении за­меняют прямыми линиями). Фор­ма заточки сверла с геометри­ческими параметрами режущей части, центровое отверстие, а также профиль канавочной фре­зы вычерчивают отдельно в большом масштабе. На чертеже также указывают основные технические требования к сверлу.

2.6.3. Зенкеры

Зенкерование — технологический спо­соб обработки предварительно просвер­ленных отверстий диаметром d_c или от­верстий, изготовленных литьем и штамповкой с целью получения более точ­ных по форме и размеру, чем при сверлении, цилиндрических отверстий (10...11-го квалитета точности) с шероховатостью R _а = 1,25…3,2, диамет­ром d_з > d_c. Зенкеруют сквозные и глухие отверстия (рис. 21).

Элементы конструкции хвостового зенкера для обработки цилиндрических отверстий показаны на рис. 22.

Стандартные зенкеры имеют от трех до восьми зубьев. Наиболее часто на практике встречаются зенкеры с тремя винтовыми зубьями, смещенными на 120° друг относительно друга. Через точки главных режущих кромок трех зубьев, лежащих в плоскости вращения, перпендикулярной геометрической оси зенкера, можно провести концентрические окруж­ности. Это геометрическое свойство трехзубых зенкеров обеспечивает их само­центрирование и получение после зенкерования отверстий более правиль­ной цилиндрической формы и с более точным размером диаметра, чем это достигается двухзубыми сверлами.

Рис. 21. Зенкеры различного назначения:

а - для растачивания цилиндрических отверстий;

б - для обра­ботки цилиндрических углублений под

головки винтов; в - для зенкерования конических

углублений (зенковка); г - для обработки торцо­вых

поверхностей (цековка)

Рис. 22. Элементы конструкции цилиндрического зен­кера: 1 — сердцевина; 2 — задняя поверхность;

3 — ленточка; 4 — передняя поверхность;

5—вспомогательная режущая кромка;

6 — главная режущая кромка

Рабочая часть зенкера включает режущие и калибрующие эле­менты. Режущие элементы ограничены главным углом в плане φ, изме­ряемым между направлением подачи и главной режущей кромкой (рис. 23). В пределах вспомогательного угла в плане φ₁ находится калибрующая часть, близкая по форме к цилиндру, поскольку зенкер, подобно свер­лу, шлифуется при изготовлении с небольшой обратной конусностью. Геометрия рабочей части зенкера для цилиндрических отверстий определяется углами γ и α в точке х главной режущей кромки, а также углами α₁ и ω.

Рис. 23. Геометрические пара­метры хвостового зенкера

Передний угол γ _х в точке главной режущей кромки определяется в пло­скости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на диаметральную плоскость, проходящую через вершину зуба зенкера.

Главный задний угол α _х, как и у сверла, определяется между касательными в точке х к задней поверхности и к винтовой траектории движе­ния точки х при вращении зенкера и его осевом перемещении по подаче. Вспомогательный задний угол на калибрующей части обычно близок ну­лю. Угол наклона винтовой канавки ω не требует особых пояснений.

Дата добавления: 2014-12-26