Геометрия сверла по металлу

Геометрия сверла по металлу

Поверхность канавки, воспринимающая давление стружки, называется передней поверхностью.

Рисунок 6.1.2.1 Работа спирального сверла (В. Леонтьев)

Линия пересечения передней и задней поверхностей образует режущую кромку, а линия пересечения задних поверхностей – поперечную кромку (ее размер составляет в среднем 0,13 диаметра сверла).

Рисунок 6.1.2.2 Геометрия сверла (Макиенко Н.И. Общий курс слесарного дела М.: Высш. шк. , 1989.)

Режущие кромки соединяются между собой на сердцевине (сердцевина – тело рабочей части между канавками) короткой поперечной кромкой. Для большей прочности сверла сердцевина постепенно утолщается от поперечной кромки к концу канавок (к хвостовику).

Рисунок 6.1.2.3 измерение угла “при вершине” (В. Леонтьев)

Угол между режущими кромками – угол 2 φ при «вершине сверла» – оказывает существенное влияние на процесс резания. При его увеличении повышается прочность сверла, но одновременно резко возрастает усилие подачи. С уменьшением угла при вершине резание облегчается, но ослабляется режущая часть сверла.

Значение этого угла (град) выбирается в зависимости от твердости обрабатываемого материала (Макиенко Н.И. Общий курс слесарного дела М.: Высш. шк. , 1989.).

Чугун и сталь	116. 118°
Стальные поковки и закаленная сталь	125°
Латунь и мягкая бронза	130. 140°
Мягкая медь	125°
Алюминий, баббит	130. 140°
Силумин	90. 100°
Магниевые сплавы	110. 120°
Эбонит, целлулоид	80. 90°
Мрамор и другие хрупкие материалы	90. 100°
Органическое стекло	70°
Пластмассы	50. 60°

Эксплуатационные качества любого режущего инструмента, в том числе и сверла, зависят от материала инструмента, его термообработки, а также от углов заточки режущей части.

Переднего угла γ (гамма), заднего угла α (альфа), угла при вершине 2ϕ (фи), угла наклона поперечной кромки сверл ψ (пси) и угла наклона винтовой канавки ω (омега) (смотри рисунок 6.1.2.2).

Передним углом γ называют угол между поверхностью резания (обработанной поверхностью) и касательной к передней поверхности.

Наличие переднего угла облегчает врезание инструмента, стружка лучше отделяется и получает возможность естественного схода.

С увеличением переднего угла улучшаются условия работы инструмента, повышается его стойкость и уменьшается усилие резания. Вместе с тем ослабляется тело режущей части инструмента, которое может легко выкрашиваться, ломаться; ухудшается отвод теплоты, что приводит к быстрому нагреву и потере твердости.

Поэтому для каждого инструмента приняты определенные значения переднего угла.

Передний угол имеет меньшее значение при обработке твердых и прочных материалов, а также при меньшей прочности инструментальной стали. В данном случае для снятия стружки требуются большие усилия и режущая часть инструмента должна быть прочнее. При обработке мягких, вязких материалов передние углы берутся больше.

Задний угол α – это угол наклона задней поверхности, образуемой касательными к задней и обрабатываемой поверхностям.

Задний угол служит для уменьшения трения задней поверхности об обрабатываемую поверхность.

При слишком малых углах α повышается трение, увеличивается сила резания, инструмент сильно нагревается, задняя поверхность быстро изнашивается. При очень больших задних углах ослабляется инструмент, ухудшается отвод теплоты.

Передние и задние углы сверла в разных точках режущей кромки имеют различное значение: для точек, расположенных ближе к наружной поверхности сверла, передний угол больше и, наоборот. Если у периферии сверла (наружный диаметр) он имеет наибольшее значение (25. 30°), то по мере приближения к вершине уменьшается до значения, близкого к нулю.

На практике передний угол задан производителем сверла, а задний угол при заточке проверяется специальным шаблоном.

Рисунок 6.1.2.4 Проверка заднего угла сверла шаблоном (В. Леонтьев)

Угол заострения β образуется пересечением передней и задней поверхностей. Значение угла заострения β зависит от выбранных значений переднего и заднего углов, поскольку α + β + γ = 90 °.

Рисунок 6.1.2.5 Угол заострения сверла ( В. Леонтьев)

Геометрия спирального сверла

Сверление является одним из самых распространённых методов получе­ния отверстия. Режущим инструментом служит сверло, с помощью которого получают отверстие в сплошном материале или увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия (рассверливание). Движение резания при свер­лении – вращательное, движение подачи – поступательное. Режущая часть сверла изготовляется из инструментальных сталей (Р18, P12, P6M5 и др.) и из твердых сплавов. По конструкции различают свёрла: спиральные, с прямыми канавками, перовые, для глубоких отверстий, для кольцевого сверления, центровочные и специальные комбинированные. К конструктив­ным элементам относятся: диаметр сверла D, угол режущей части (угол при вершине), угол наклона винтовой канавки w, геометрические пара­метры режущей части сверла, т.е. соответственно передний g и задний a углы и угол резания d, толщина сердцевины d (или диаметр сердцевины), толщина пера (зуба) b, ширина ленточки f, обратная конусность j₁, форма режущей кромки и профиль канавки сверла, длина рабочей части l_o, общая длина сверла L.

Рис. 5.9. Части и элементы спирального сверла

Диаметр сверла следует всегда брать немного меньше, чем диаметр просверливаемого отверстия, так как диаметр отверстия при сверлении увеличивается.

Как и резец, сверло имеет передний и задний углы. Передний угол – угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режу­щей кромки вокруг оси сверла. Передний угол рассматривается в плоскос­ти, перпендикулярной к режущей кромке.

Рис. 5.10. Передний и задний углы сверла

Наибольшее значение угол g имеет на периферии сверла, где в плос­кости, параллельной оси сверла, он равен углу наклона винтовой канавки w. Наименьшее значение угол g имеет у вершины сверла. На поперечной кромке угол g имеет отрицательное значение, что создаёт угол резания больше 90°, а, следовательно, и тяжелые условия работы. Такое резкое из­менение переднего угла вдоль всей длины режущей кромки является боль­шим недостатком сверла, так как это вызывает более сложные условия об­разования стружки. На периферии сверла, где небольшая скорость резания и наибольшее тепловыделение, необходимо было бы иметь и наибольшее те­ло зуба сверла. Большой же передний угол уменьшает угол заострения, что приводит к более быстрому нагреву этой части сверла, а, следова­тельно, и к наибольшему износу.

Задний угол a – угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла. Этот угол принято рассматри­вать в плоскости, касательной к цилиндрической поверхности, на которой лежит рассматриваемая точка режущей кромки.

Для точки, находящейся на периферии сверла, задний угол в нормаль­ной плоскости Б-Б может быть определён по формуле

Действительное значение заднего угла во время работы иное по срав­нению с тем углом, который мы получили при заточке и измерили в стати­ческом состоянии. Это объясняется тем, что сверло во время работы не только вращается, но и перемещается вдоль оси. Траекторией движения точки будет не окружность (как это принимают при измерении угла), а некоторая винтовая линия, шаг которой равен подаче свёрла в миллимет­рах за один его оборот. Таким образом, поверхность резания, образуе­мая всей режущей кромкой, представляет собой винтовую поверхность, касательная к которой и будет действительной плоскостью резания.

Рис. 5.11. Поверхности заготовки при сверлении

Действительный задний угол в процессе резания a’ заключен между этой плоскостью и плоскостью, касательной к задней поверхности сверла.

Рис. 5.12. Углы режущих кромок сверла в процессе резания

Он меньше угла, измеренного в статическом состоянии, на некоторую величину m:

Чем меньше диаметр окружности, на которой находится рассматривае­мая точка режущей кромки, и чем больше подача s тем больше угол m и меньше действительный задний угол a’.

Действительный же передний угол в процессе резания g’ соответс­твенно будет больше угла g измеренного после заточки в статическом состоянии:

Чтобы обеспечить достаточную величину заднего угла в процессе ре­зания в точках режущей кромки, близко расположенных к оси сверла, а также для получения более или менее одинакового угла заострения зуба вдоль всей длины режущей кромки, задний угол заточки делается: на пе­риферии 8 -14°, у сердцевины 20 – 27°, задний угол на ленточках сверла 0°.

Кроме переднего и заднего углов, сверло характеризуется углом наклона винтовой канавки w, углом наклона поперечной кромки y, углом при вершине 2j, углом обратной конусности j₁. Угол w = 18-30°, y=55°, j₁ = 2-3°, у свёрл из инструментальных сталей 2j = 60-140°.

Спиральное сверло имеет ряд особенностей, отрицательно влияющих на протекание процесса стружкообразования при сверлении:

а) уменьшение переднего утла, в различных точках режущих кромок по мере приближения рассматриваемой точки к оси сверла,

б) неблагоприятные условия резания у поперечной кромки (так как
угол резания здесь больше 90°),

в) отсутствие заднего угла у ленточек сверла, что создает большое
трение об обработанную поверхность.

Для облегчения процесса стружкообразования и повышения режущих свойств сверла производят двойную заточку сверла и подточку перемычки и ленточки.

При двойной заточке сверла вторая заточка производится под углом 2j_о=70° на ширине В=2,5-15 мм.

Рис. 5.13. Элементы заточки и подточки спиральных свёрл

Такая заточка повышает стойкость сверла, а при одной и той же стойкости позволяет увеличить и скорость резания.

Подточка перемычки (сердцевины) производится на длине l=3-15мм.

От такой подточки уменьшается длина поперечной кромки (размер А=1,5-7,5 мм) и величина угла резания в точках режущих кромок, распо­ложенных вблизи перемычки сверла. Для уменьшения трения ленточек об обратную поверхность (о стенки отверстия) производится подточка ленто­чек под углом a₁=6-8° на длине l₁= 1,5-4 мм, что приводит к повышению стойкости сверла.

|	следующая лекция ==>
Фрезерование против подачи и по подаче	|	Смещение вершины резца в вертикальном направлении

Дата добавления: 2017-12-05 ; просмотров: 3720 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

14.1. Конструктивные и геометрические параметры спирального сверла

У спирального сверла различают следующие части (рис. 14.2).

Рабочая часть – часть сверла, снабженная двумя спиральными (точнее, винтовыми) канавками; рабочая часть включает в себя режущую и направляющую части сверла.

Режущая часть – часть сверла, заточенная на конус и несущая режущие кромки.

Направляющая часть – часть сверла, которая обеспечивает направление сверла в процессе резания.

Хвостовик – часть сверла, служащая для его закрепления и передачи крутящего момента от шпинделя.

Лапка (у сверл с коническим хвостовиком) служит упором при выбивании сверла из отверстия шпинделя.

Рис. 14.2. Конструктивные элементы сверла

Основные элементы спирального сверла (рис. 14.3).

Передняя поверхность 1 – винтовая поверхность канавки, по которой сходит стружка.

Главная задняя поверхность 2 – поверхность, обращенная к поверхности резания.

Вспомогательная задняя поверхность (ленточка) 3 – узкая полоска на цилиндрической поверхности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки; обеспечивает сверлу направление при резании.

Главная режущая кромка 4 – кромка, образуемая пересечением передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромка 5 – кромка, образуемая пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей.

Поперечная кромка 6 – образуется при пересечении двух главных задних поверхностей.

Вершина лезвия 7 – точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок.

Спинка сверла 8 – заниженная относительно ленточки поверхность, предназначенная для уменьшения трения между сверлом и обработанной поверхностью отверстия.

Рис. 14.3. Поверхности лезвий сверла и его режущие кромки

Две главные режущие кромки (см. рис. 14.2), расположенные на режущей части (заборном конусе), образуют угол при вершине 2φ, который у сверл из инструментальных сталей при обработке конструкционных материалов обычно равен 116…118°; для разных материалов он должен быть различным: для более твердых – больше, для более мягких – меньше. Например, при обработке жаропрочных и нержавеющих материалов максимальной стойкостью обладают сверла с углом 2φ = 125…135° (для глухого отверстия) и 2φ = 140° (для сквозных отверстий); при обработке эбонита, мрамора и других хрупких материалов угол 2φ = 80…90°; при сверлении титановых сплавов 2φ = 90…120°; при сверлении алюминия и алюминиевых сплавов 2φ = 130…140°.

Угол наклона поперечной кромки ψ измеряется между проекциями поперечной и главных режущих кромок на плоскость, перпендикулярную к оси сверла; при правильной заточке сверла угол ψ = 50…55°.

Наклон винтовой канавки, по которой сходит стружка, определяется углом ω, заключенным между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла. Этот угол ω, называемый углом наклона винтовой канавки сверла, определяет величину переднего угла: с увеличением угла ω увеличивается передний угол и тем самым облегчается процесс стружкообразования. Наклон винтовой канавки у сверл берется от 18 до 30°. С увеличением угла ω уменьшается прочность сверла, вследствие чего у сверл малого диаметра он делается меньше, чем у сверл большого диаметра.

Геометрические параметры режущей части сверла. Углы режущих кромок сверла рассматривают в статическом состоянии и в процессе резания (в движении). Рассмотрим сверло как геометрическое тело в статической системе координат.

Статическая система координат – прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения резания (рис. 14.4,а).

Основная плоскость P_V – координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного движения резания в этой точке.

Плоскость резания P_n – координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости Р_V.

Главная секущая плоскость P_τ – координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания.

Рабочая плоскость Р_s – плоскость, в которой расположены направления скоростей V и V_s главного движения резания D_r и движения подачи D_s.

Рис. 14.6. Статические углы сверла в главной секущей и рабочей плоскостях для различных точек режущей кромки

Главный передний угол γ – угол в главной секущей плоскости P_τ–P_τ между передней поверхностью A_γ лезвия и основной плоскостью Р_V–Р_V. Передний угол сверла в произвольно взятой точке x режущей кромки наглядно представлен на рис. 14.7. Передние углы γ и γ_s в главной секущей плоскости P_τ–P_τ и рабочей плоскости Р_s–Р_s определяются следующим образом. На рис. 14.8 представлены развертки винтовых линий, лежащих на цилиндрах диаметром D, D₁, D₂. Из рис. 14.8 видно, что передние углы в рабочей плоскости для рассматриваемых точек будут равны:

,

,

.

Рис. 14.7. Схема измерения переднего угла

Для произвольной точки режущей кромки, лежащей на диаметре D_x, будем иметь

,

где H – шаг винтовой канавки сверла, мм.

Так как в любой точке X режущей кромки шаг винтовой линии сверла Н остается постоянным, то можно написать

.

В главной секущей плоскости P_τ–P_τ передний угол определяется пересчетом по формуле

.

Окончательная формула пересчета имеет вид

.

Углы заточки сверла по металлу: таблица для правильной геометрии инструмента

Сверла по металлу, как и любой другой режущий инструмент, изнашиваются в процессе эксплуатации, что делает их непригодными к использованию. Между тем в большинстве случаев режущие и другие углы сверла по металлу можно восстановить, выбрав их значения по специальной таблице и выполнив заточку.

Ручная заточка сверла по металлу

Назначение и конструктивные особенности инструмента

Сверла по металлу, для изготовления которых используются стальные сплавы быстрорежущей группы, применяются для создания в металлических деталях как сквозных, так и глухих отверстий. Наиболее распространенными являются спиральные сверла, конструкция которых включает в себя следующие элементы:

Конструктивные элементы спирального сверла

Если хвостовик, который может быть как цилиндрическим, так и коническим, предназначен для надежной фиксации инструмента в патроне используемого оборудования, то рабочая часть одновременно выполняет сразу несколько важных функций. Именно геометрией сверла определяются его работоспособность и режущие свойства.

Важнейшими элементами рабочей части сверла по металлу являются винтовые канавки. Их задача состоит в том, чтобы выводить из зоны обработки стружку. Геометрия спирального сверла по металлу предусматривает, что передняя сторона спиральной канавки выполняется под определенным углом, величина которого по направлению от оси инструмента к его периферийной части меняется. В процессе изготовления сверла по металлу на боковой области его спиральных элементов формируются узкие ленточки, несколько выступающие над основной поверхностью. Задача таких ленточек состоит в том, чтобы уменьшить величину трения инструмента о стенки формируемого отверстия.

Особенности различных видов заточки сверл

Заточка сверл, как уже говорилось выше, необходима для того, чтобы восстановить их геометрические параметры. Выбор определенного вида заточки сверла зависит от ряда факторов (диаметра инструмента, характеристик обрабатываемого металла и др.).

Наиболее универсальной является нормальная заточка (Н), при выполнении которой на рабочей части сверла формируются одна поперечная и две режущие кромки. Угол заточки сверла в данном случае составляет 118–120°. Выбирая такой вид заточки сверл, следует иметь в виду, что использовать его можно по отношению к инструментам, диаметр которых не превышает 12 мм.

Типы заточек сверл по металлу

Все остальные виды заточки, которые обозначаются буквосочетаниями НП, НПЛ, ДП, ДПЛ, можно применять для инструментов с диаметром до 80 мм. Каждый из указанных типов заточки предполагает доведение геометрии сверла по металлу до требуемых параметров.

Такая заточка подразумевает подточку поперечной кромки, что делается для уменьшения ее длины и, соответственно, для снижения нагрузок, воспринимаемых инструментом в процессе сверления.

В данном случае кроме поперечной кромки подточке подвергается и ленточка, что позволяет уменьшить ее ширину в области режущей части. Подточка ленточки помимо уменьшения силы трения, создаваемой при сверлении, позволяет сформировать дополнительный задний угол сверла, что способствует облегчению процесса обработки.

Это двойная заточка, совмещенная с подточкой поперечной кромки. Выполнение заточки данного вида позволяет сформировать на рабочей части сверла по металлу одну поперечную и четыре режущие кромки, имеющие вид ломаных линий.

Это аналогичный предыдущему вид заточки, при котором дополнительно подтачивают ленточку. Создание четырех режущих кромок при выполнении двойной заточки необходимо для того, чтобы уменьшить угол между периферийными участками режущих кромок. Такой подход позволяет улучшить отвод тепла от режущей части инструмента и, соответственно, значительно повысить его стойкость.

Как правильно выбрать углы заточки

Углы заточки сверла, как уже говорилось выше, выбираются по специальным таблицам, где их значения представлены в зависимости от того, в каком именно материале необходимо сформировать отверстие.

Таблица 1. Углы заточки сверла по металлу для различных материалов

Если неправильно выбрать углы, под которыми будет затачиваться сверло, то это приведет к тому, что оно в процессе работы будет сильно нагреваться. Это в итоге может привести к его поломке. Кроме того, именно неправильно выбранные углы, используемые для заточки сверла по металлу, часто становятся основной причиной некачественно выполненного сверления.

Выполнение операции

Традиционно заточка сверл по металлу спирального типа выполняется на наждачном станке, оснащенном точильным кругом соответствующей твердости. Начинать затачивать их следует с обработки задней поверхности. Прижимая инструмент данной поверхностью к вращающемуся точильному кругу под определенным углом, надо следить за тем, чтобы на ней формировался правильный уклон.

При заточке передней режущей поверхности необходимо контролировать не только угол, под которым выполняется операция, но и размер перемычки. Очень важно, чтобы при заточке на рабочей части сверла по металлу были сформированы режущие кромки равной длины, расположенные под одним углом. Если просверлить отверстие сверлом, при заточке которого не соблюдены эти важные требования, то диаметр такого отверстия будет больше, чем поперечный размер самого инструмента.

Проверка углов заточки с помощью шаблона

Проверить соответствие основных геометрических параметров (в том числе угла заточки) сверла требуемым характеристикам можно при помощи одного шаблона, который несложно приобрести в серийном исполнении или изготовить самостоятельно.

И в заключение небольшой видеоролик о том, как самостоятельно заточить сверло по металлу.