Сверла средних диаметров, обладающие определенностью базирования

Категория:
Глубокое сверление


Сверла средних диаметров, обладающие определенностью базирования

Силы, действующие на сверло при сверлении. В процессе резания на сверло действуют следующие силы:

1. Силы сопротивления резанию, приложенные к режущим кромкам сверла. К ним относятся:
а) сила сопротивления резанию, равная Рг и действующая параллельно скорости резания vc и в том же направлении;
б) сила сопротивления подаче, равная Рх, направленная параллельно оси сверла в сторону обратную подаче;
в) сила Ру, действующая в плоскости перпендикулярной оси сверла. Обычно сила Ру, которую называют радиальной составляющей силы сопротивления резанию, действует по радиусу сверла от периферийных режущих кромок.

2. Силы трения на базовых направляющих сверла. Они могут быть также разложены на составляющие, действующие на сверло в плоскостях, перпендикулярных (FXI) и параллельных (Fol) оси сверла. Силы FXi направлены по вращению заготовки, силы F0i — в обратную сторону подачи инструмента.

3. Силы веса стебля и сверла Gc (на рисунке не показаны). Эти силы приложены к центру тяжести стебля со сверлом. Так как величина Gc в большинстве случаев значительно меньше, чем силы сопротивления сверлению, то ею можно пренебречь.

4. Центробежные силы инерции РЦ1, действующие на сверло, если сверление производится при быстром вращении плохо уравновешенного сверла со стеблем. Практически плохое уравновешение сверла со стеблем может быть только у ружейных сверл. Однако этими сверлами в большинстве случаев производят работу без вращения стебля, а поэтому силой Рц. можно также пренебречь.

Все перечисленные выше силы воспринимаются стеблем в виде момента резания Мр и силы подачи Рх, а также поверхностью просверливаемого отверстия, на которое базируется сверло при сверлении.

Однокромочное сверло. Самым простым и, видимо, потому и самым распространенным в промышленности является однокромочное сверло с внутренним отводом стружки. При рассмотрении большого количества таких сверл, поступающих после сверления на ремонт.

Рис. 1. Схема действия сил на сверло: а — сверло и стебель; б — вид сверла в плане; 1 и 2 — базовые направляющие; 3 — пружинная направляющая; 4 — режущая пластина (напайная); 5 — периферийная режущая кромка

Было также установлено, что износ базовых направляющих происходит неравномерно. Наибольшему износу подвергается направляющая, расположенная под режущей кромкой сверла. Направляющая, расположенная на одном диаметре с режущей кромкой, пригара почти никогда не имела и изнашивалась значительно медленнее нижней направляющей.

На основании этих наблюдений было проведено усовершенствование однокромочных сверл. Вначале необходимо было заставить работать обе базовые направляющие с одинаковой нагрузкой. Для этого следовало равнодействующую силу, действующую на сверло перпендикулярно его оси и воспринимаемую поверхностью просверленного отверстия через базовые направляющие, расположить по биссектрисе центрального угла между базовыми направляющими. Кроме того, в связи с тем, что направляющие работают только одним концом, следовало проверить длину и установку базовых направляющих и обеспечить возможность перестановки этих направляющих таким образом, чтобы заставить их работать обеими концами.

На рис. 2 представлена схема действия сил на сверло в плоскости, перпендикулярной оси переоснащение и заточку, было установлено, что почти у всех этих сверл, работающих на высоких режимах сверления, опорные (базовые) направляющие имели, как правило, пригар и растрескивания, особенно в местах, примыкающих к переднему торцу сверла. Высокое давление на базовые направляющие вызывает не только их ускоренный износ, но сказывается также и на обработанной поверхности образуемого отверстия; она имеет повышенный наклеп. Однако на это следует обращать особое внимание лишь в том случае, если сверление является заключительной операцией обработки глубокого отверстия.

Рис. 2. Схема действия сил на одно кромочное сверло в плоскости, перпен дикулярной его оси

При работе сверл на пониженных режимах резания износ менее заметен. Например, при сверлении отверстий малых диаметров ружейными сверлами подача не должна превосходить s0 = 0,04 мм/об, а скорость резания vc = 100-f-150 м/мин. При форсировании режима обработки износ нижней направляющей (находящейся под режущей кромкой) достигает больших размеров и ограничивает производительность сверления. Поэтому рассмотренная конструкция сверл для сверления отверстий средних диаметров требует существенного улучшения.

Для сокращения длины базовых направляющих был изготовлен макет сверла с направляющими из оптически активного материала (целлулоида). Этот макет исследовался в поляризованном свете. Направляющие просматривались как в продольном, так и в поперечном направлениях. При этом базовые направляющие находились под нагрузкой, иммитирующей действие сил на инструмент при сверлении.

Опытами было установлено, что базовые направляющие (и первая, и вторая) работают в основном только на небольшом участке, примыкающем к переднему торцу сверла. Поэтому изготовлять базовые направляющие большой длины нет оснований. В дальнейшем направляющие сверл (и расточных головок) изготовлялись сменными и укороченными. Была предусмотрена также возможность переворачивать их по мере износа передней части.

Рис. 3. Сверло однокромочное: 1 — корпус; 2 — направляющие; 3 — резец

В настоящее время однокромочные сверла с напайными пластинками твердого сплава применяются для сверления сквозных и глухих отверстий диаметром 30-60 мм.

Для изготовления режущих пластин применяется твердый сплав марки Т15К6, а армирование сменных колодок базовых направляющих производилось твердым сплавом марки ВК8.

При эксплуатации однокромочных сверл (особенно 50-60 мм), кроме неудовлетворительной стойкости направляющих, были выявлены и другие существенные недостатки. Это в основном трудность напайки твердосплавных пластин и затачивания передних торцевых уступов режущей кромки, применяемых для разделения стружки по ширине. Было замечено также, что толстые твердосплавные пластины мало технологичны при напайке.

Рис. 4. Эскиз составной режущей кромки сверла: 1 и 2 — пластины твердого сплава;3 — стык между пластинами

Рис. 5. Схема сил, действующих в плоскости, перпендикулярной оси двухрезцового сверла

Применение одной державки для резцов однокромочных сверл неконструктивно, державка должна быть достаточно жесткой, а это можно получить лишь за счет ослабления корпуса сверла.

Двух- и трехрезцовые сверла. Для разгрузки базовых направляющих сверла было принято решение разделить режущую кромку на две (или три) части и расположить эти части одна относительно другой иод углом. Так были созданы вначале двух-резцовые, а затем для более крупных диаметров сверления, и трехрезцовые сверла, которые обладали способностью без торцевых уступов делить стружку по ширине. Кроме того, они имели разгруженные по сравнению с однокромочными сверлами базовые направляющие. Резцы и направляющие у двух- и трехкромочных сверл были выбраны вставными, сменными.

Шлифование базовых направляющих и калибрующих режущих кромок проводится в сборе с корпусом сверла на специальных консольных оправках с коническим хвостовиком и приемной резьбовой частью для навинчивания сверл.

Затачивание переднего торцевого уступа вызывало большую потерю твердого сплава. Поэтому была проведена попытка составлять режущую кромку сверла из двух пластин. В последствии от этого отказались, так как при переточке однокромочного сверла с двумя напайными пластинами 1 и 2 (снимаемый слой твердого сплава, отмечен на рисунке штриховкой) между пластинами обнажается стык 3. В этот стык заклинивается стружка и разрушает режущую кромку сверла, выводя его из строя. Кроме того, при перепайке пластин корпус сверла требует дополнительного ремонта, так как часто происходило его коробление.

В связи с отмеченными недостатками возникла необходимость в переходе от напайных твердосплавных пластин к сменным резцам. Однако опыт показал, что изготовление одной сменной режущей

В промышленности применяются двухрезцовые сверла и с одинаковыми по ширине резцами. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, так как значительно удобнее в эксплуатации, чем однокромоч-ные напайные сверла.

Наблюдение за работой сверл при их врезании и выходе привело к необходимости введения третьей — пружинной — направляющей. Эта направляющая способствует более устойчивой работе сверла и устраняет износ при трении корпуса сверла о поверхность просверленного отверстия заготовки. Действительно, при завершении прохода, когда сверло выходит из отверстия, центральный резец, будучи выдвинутым вперед, перестает работать, а следовательно, ввиду отсутствия дополнительной направляющей, начинает работать корпус сверла.

Рис. 6. Двухрезцовое сверло: 1 — корпус; 2,4 — сменные резцы; 3 — пружинная направляющая; 5 — неподвижная (базовая) направляющая; 6, 8 — винты; 7 — пружина

Преимуществом трехрезцовых сверл является возможность использования твердосплавных пластин небольших размеров.

Перепаивание резцов у двух- и трехрезцовых сверл производится раздельно от корпусов. После переточки резцы устанавливаются в корпусе и выставляются с помощью неподвижных компенсаторов — прокладок из листовой стали. Вначале для этого применяли подвижные компенсаторы — винты. Но эксплуатация их показала, что они не надежны в работе: винты «сдают» под действием осевых сил сопротивления резанию. Поэтому для установки резцов в сверлах со вставными резцами применяют только неподвижные компенсаторы.

Шлифование направляющих и калибрующих кромок периферийных резцов сверл производится на специальных оправках и центрах. Для этого оправка ввинчивается в задний торец сверла и центрируется центрирующими поясками резьбового крепления сверла, а обратный центр с цанговым разжимом вставляется в корпус сверла вместо центрального резца.

Пружинную направляющую сверла следует шлифовать одновременно с базовыми направляющими и периферийным резцом. Поэтому

Рис. 7. Трехрезцовое сверло: 1 — корпус; 2 — прокладка; 3 — базовые направляющие; 4,6,7 — резцы; 5 — пружинные направляющие; 8, 10 — винты; 9 — пружина

Рис. 8. Оправка для шлифования периферийных резцов и направляющих у сверл: 1 — оправка; 2 — сверло; 3 — вставной центр; 4 — направляющая сверла

Приведенные конструкции двух- и трехрезцовых сверл успешно решая некоторые эксплуатационные вопросы (понижение износа направляющих, возможность замены изношенных резцов, компенсация уменьшения диаметра сверления при износе, раздельная заточка резцов и т. д.) существенно не повышают производительности сверления. Опытом установлено, что для средних диаметров сверления подача на зуб s2, а следовательно, и подача на оборот s0 для сверл, работающих методом деления ширины реза, должна составлять для сталей не аустенитного класса: 0,13 < sz < 0,22 мм/зуб.

Комбинированное сверло. Если учесть, что режущие кромки любого сверла работают в диапазоне скоростей от 0 до vc, являющейся максимальной скоростью на периферии сверла, то становится ясным, что тепловой и динамический режим работы различных участков кромок неодинаков. При изготовлении режущих кромок из одного режущего материала, а это в подавляющем большинстве случаев так и бывает, периферийная часть (периферийный резец) будет всегда работать в более тяжелых условиях, чем центральный резец.

Из опыта проведения различных операций, например точения, известно что обдирочные режимы проводятся с большой подачей, но с пониженной скоростью резания, по сравнению с чистовой обточкой Работая с высокой скоростью резания, чистовые резцы обычно имеют тонкую подачу. По аналогии с точением было спроектировано комбинированное сверло, которое рассчитано таким образом, что центральный (один) резец работает на обдирочном режиме, т.е. имеет большую подачу при низкой скорости резания, а периферийные резцы (два резца) — на чистовом, т.е. на повышенных скоростях резания и с подачей вдвое меньшей, чем у центрального резца. Таким образом, периферийные резцы должны работать методом деления подачи.

На рис. 9 приведена компоновочная схема комбинированного сверла.

Комбинированные сверла были изготовлены, опробованы и показали высокую производительность сверления. Однако рекомендовать подобное сверло для применения в промышленности не было оснований, так как оно имело несколько существенных недостатков:
1) тяжелые условия в центре сверления при высокой подаче и работе с «нулевой» скоростью;
2) все три резца должны были иметь различные ширины и требовали точного согласования кромок по периферии и по торцу;
3) для измельчения стружки по ширине центральный резец должен был иметь торцевой уступ, а периферийные резцы — стружко-разделительные канавки, располагаемые в шахматном порядке;
4) затачивание резцов должно производиться последоватально в сборе с корпусом сверла, за исключением центрального резца, который должен был подгоняться по ширине к парному периферийному резцу.

При сверлении в непосредственной близости от оси сверла и при скорости резания близкой к нулю происходит не резание металла, а скорее, его выжимание, выдавливание. Такая своеобразная экструзия материала заготовки в осевой зоне сверления подтверждается удлинением высверливаемых стержней, сходящих вместе со стружкой, в случае незначительного занижения режущей кромки у оси сверла. Так, например, при сверлении стальной отожженной заготовки, имеющей длину 6 м, сверлом с занижением центральной режущей кромки на 0,6 мм, был получен стержень длиной около 9 м.

Особенно тяжелые условия возникают у центра сверла при повышенных подачах. Таким образом, испытания описываемых сверл подтвердили невозможность работы при нулевой скорости.

Рис. 9. Компоновочная схема комбинированного сверла: 1 и 5 — периферийные резцы; 2 — пружинная направляющая; 3 — корпус сверла; 4 — центральный резец; 6 и 7 — базовые направляющие

При высокой производительности (высоких режимах) сверления особенно высокие требования должны предъявляться к надежности следующих элементов конструкции сверл глубокого сверления:
1) сопряжения опор головок резцов с корпусами сверл;
2) закрепления хвостовиков сменных резцов;
3) перекрытия стыка центрального резца с узким периферийным с помощью второго (широкого) периферийного резца;
4) выдерживания шахматности расположения стружкораздели-тельных канавок на торцах периферийных резцов и др.

Отмеченные выше многочисленные недостатки можно было бы устранить либо путем повышения надежности инструментов, — работающих в основном методом деления ширины реза и имеющих определенное базирование при сверлении, либо путем использования метода деления подачи. Предварительные опыты с этими инструментами показали, что процесс сверления сверлами, работающими методом деления подачи, имеет много неясного: особенно отход от определенности базирования, который, как казалось многим практикам и исследователям глубокого сверления, приведет к большим уводам.

Однако высокая производительность, получаемая инструментами, работающими методом деления подачи, была настолько заманчива, что мы предпочли основное внимание уделить изучению и совершенствованию данного типа сверл.

Однокромочные сверла с внутренним отводом стружки. На рис. 10 приведено однокромочное сверло, предназначенное для сверления отверстий 0 18-35 мм.

Сверло, изображенное на рис. 10, по сравнению со сверлом, имеет следующие отличия:
1) большую относительную длину (-2,5 раза);
2) наружный хвостовик с многозаходной резьбой, вместо внутренней пологой однозаходной резьбы;
3) более длинные направляющие (<~2,5 раза);
4) угол между направляющими (вместо угла г|з = 110-f-120°), равный г|> = 90°;
5) закрепление направляющей одним винтом посередине, вместо плотной посадки в корпус на ласточкин хвост;
6) одна из боковых сторон направляющей (твердосплавная) должна пригоняться по всей длине к пазу корпуса сверла;
7) большие размеры режущих пластин;
8) угол при вершине сверла ср = 21° вместо 12° и др.

Рис. 10. Однокромочное напайное сверло с внутренним отводом стружки

Длинные сверла в эксплуатации хуже коротких во всех отношениях. Кроме того, увеличение длины сверла заметно сказывается на его стоимости: короткие сверла не только быстрее, но и удобнее изготовлять. Наружный хвостовик, принятый по нормали, действующей до марта 1960 г., был нетехнологичен: требовалось нарезание много-заходных резьб, в эксплуатации имел тенденцию к заклиниванию в стебле, для свинчивания приходилось применять ключи с увеличенными рычагами и т. д. Применение внутреннего хвостовика делает сверла более технологичными, позволяя производить необходимые выборки в корпусе для лучшего отвода стружки. Одноходовая резьба с крупным шагом, как показали многочисленные опыты, не склонна к заеданию. Приемный конец стебля при наличии внутренней резьбы у сверл не выходит быстро из строя, так как он защищен достаточно жестким корпусом сверла.

Конструкция направляющих у сверла (рис. 10) и их длина технически не обоснованы, так как они работают только одним концом, используя 15-20% своей полной длины. Крепление направляющих одним винтом не обеспечивает жесткого соединения их с корпусом сверла. Пригонять твердый сплав по пазу корпуса направляющих также нецелесообразно. Поэтому твердый сплав необходимо симметрично разместить на колодке, как это сделано у сверла , а по пазу корпуса пригонять только стальную колодку.

Глубокое сверление производят в большинстве случаев в горизонтальной плоскости. Так как момент от веса стебля при этом уравновешивается моментом реакции Р8, то третью базовую направляющую не применяют. Необходимо заметить также, что при больших углах ф консоль для Рг увеличивается. Поэтому желательно для спокойной работы сверла угол ф принимать равным 12-15°. Увеличение угла ф нерационально и потому, что при этом увеличивается ширина стружки, ухудшаются условия стружкодробления и стружко-отвода.

Рис. 11. Однорезцовое сверло со сменным резцом и направляющими

В дальнейшем сверло, показанное на рис. 10, претерпело значительные изменения.

В новой разновидности этого сверла (рис. 11) введены следующие изменения:
1) вместо напайной твердосплавной пластины введен сменный резец с круглым хвостовиком;
2) резец армирован твердым сплавом и его ось расположена относительно оси сверла под углом 10°;
3) изменена форма режущей кромки: вместо торцевых уступов применен центральный выступ — «носик»;
4) обе направляющие выполнены одинаковой ширины;
5) нижняя базовая направляющая сдвинута относительно вертикали на угол 20°.

Оценивая проведенные мероприятия по усовершенствованию сверла можно сделать следующие выводы:
1) новое сверло (рис. 11), как и сверло (рис. 10), по сравнению со сверлом имеет удлиненные корпус и базовые направляющие (в 2,5 раза);
2) хвостовик для соединения со стеблем остался без изменении;
3) новый сменный резец (вместо напайной режущей кромки) выполнен конструктивно весьма неудачно: не жесткий; место заделки хвостовика отнесено далеко от режущей кромки; хвостовик резца слишком тонок; наклон вставного резца на 10° малоэффективен для компенсации износа и служит только для образования угла фи = = 1,5° по периферии «носика».

Кроме того, у этого сверла, как впрочем и у многих инструментов применяемых на практике, неправильно заданы размеры входного отверстия для отвода стружки. Из рисунка видно, что жидкость, подводимая к режущей кромке через зазоры между корпусом сверла и отверстием в заготовке, поступает в основном через выборки в корпусе сверла, симметричные боковой направляющей. Кратчайший путь жидкости, отводимый на слив, следует задавать таким образом, чтобы она увлекала за собой и стружку, образующуюся при сверлении, т.е. жидкость нужно направлять по тому же пути, по которому может отходить стружка. Только при этом жидкость, подводимую в зоне резания, удается заставить выполнять роль принудительно действующего транспортера стружки. Если этого не сделать, то жидкость может идти по пути наименьшего сопротивления, не участвуя в процессе стружко-отвода.

Если сверла работают на низких режимах сверления, то все обстоит благополучно. Но при переходе к форсированным режимам, надежность протекания процесса сверления резко падает. И причиной этому, кроме недостаточности базирования сверла и жесткости его конструкции, часто является ненадежный стружкоотвод.

В сверле (рис. 11) часть пространства входного отверстия, примыкающего к выборкам, является естественным путем для отвода большей части подводимой к сверлу жидкости, используемой неэффективно. Поэтому отверстие для отвода стружки в этом случае следует сократить за счет утолщения корпуса сверла (на рисунке штриховой линией показана необходимая корректировка отверстия для отвода стружки). На первый взгляд требование уменьшения входного отверстия для отвода стружки кажется парадоксальным. Были случаи, когда, желая обеспечить лучший стружкоотвод, на заводах увеличивали размеры входных отверстий и неминуемо получали

Если у входного отверстия для отвода стружки скорость течения жидкости будет ниже скорости резания, то надежный стружкоотвод нельзя обеспечить.

За рубежом широко применяются однокромочные сверла Байснера или Байснера и Геллера.

Рис. 12. Сверло Байснера

Принципиально головки Байснера-Геллера ничем не отличаются от наших отечественных однокромочных сверл.

Две направляющие у сверла расположены под углами 180 и 85° к режущей кромке, т.е. угол о|з = 95° (вместо 110°). Форма базовых направляющих аналогична форме направляющих отечественных сверл, но не предусматривает возможности переворота. Интересно выполнен подвод жидкости к зоне резания: наибольший зазор для подвода жидкости предусмотрен в районе периферийной режущей кромки сверла.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум