Описание конструкции сверла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Сверло

1.1 Описание конструкции сверла

1.2 Геометрия режущего инструмента

1.2.1 Схема углов и плоскостей

1.2.2 Определение углов

1.2.3 Методы улучшения геометрии рабочей части сверла

Глава 2. Проектирование режущего инструмента

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет конструкции

2.3 Проверка на прочность и жесткость

2.4 Расчёт виброустойчивости сверла

2.5 Повышения основных свойств материала инструмента технологическими средствами

Библиографический список

Введение

Современные мировые тенденции развития промышленности характеризуются значительным увеличением масштабов создания, освоения и внедрения в производство новой высокоэффективной техники, обеспечивающей рост производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, повышение ее конкурентоспособности. Это обеспечивается за счет усложнения узлов и деталей, использования новых конструкционных материалов, что вызывает необходимость совершенствования методов обработки, конструкции станков, режущих инструментов и методов их проектирования. Поставленные задачи являются особенно актуальными для машиностроения и, в частности, для металлообрабатывающей промышленности. Среди процессов формирования деталей в металлообработке место механической обработки и, в частности, обработки резанием, по-прежнему остается главным.

Проектирование металлорежущих инструментов в условиях инструментального производства машиностроительного предприятия сложилось в определенную систему. Одним из главных принципов построения системы является принцип преемственности конструкций. Сущность его состоит в том, что новый инструмент является результатом усовершенствования и доработки ряда основных элементов базовой конструкции. В практике получили распространение два подхода к выбору базовой конструкции. Если инструмент проектируется в условиях действующего технологического процесса, то в качестве базовой берут конструкцию инструмента, работающего в данный момент на операции в механическом цехе. Если инструмент проектируется на этапе запуска нового изделия, то в качестве базовой берут одну из стандартных конструкций.

Проектирование инструмента начинают с изучения исходных данных, к которым относятся: чертёж детали, операционная технологическая карта, наладка на операцию, сменное задание, материалы научно-технической литературы и др. В случае проектирования инструмента для действующего техпроцесса к исходным данным следует добавить производственные научно-исследовательские материалы и критические замечания рабочего, мастера и технолога механического цеха по работе базовой конструкции.

Изучение исходных данных проводится в форме анализа по схеме: недостаток базовой конструкции - причина - предложения по устранению недостатка. режущий сверло инструмент

На основе анализа формулируются требования к инструменту. Основными требованиями к режущим инструментам являются: точность размеров и формы детали, качество обработанной поверхности, прочность; технологичность конструкции и др.

Глава 1. Сверло

1.1 Описание конструкции сверла

Спиральное сверло известно немногим более ста лет (1863г.), как режущий инструмент имеет достаточно сложную конструкцию.

Сверла представляют собой режущий инструмент, имеющий спиральную форму и предназначенный для получения отверстий. Спиральное сверло (рисунок 1) , состоит из рабочей части 1 и хвостовика 2, который может быть цилиндрическим (с поводком или без поводка) или коническим. На хвостовике вблизи рабочей части имеется шейка 3. Режущая часть 4 сверла имеет две главные 5, две вспомогательные 6 и одну поперечную 7 режущие кромки.

Главные режущие кромки наклонены к оси сверла и образуют между собой угол в плаще 2ц. отвод стружки осуществляется по винтовым (спиральным) стружечным канавкам 8, разделенным сердцевиной 9. На каждом пере 10 сверла имеется ленточка 11, участок которой длиной z выполняет функции вспомогательных режущих кромок. Ленточка служит также для направления сверла во время работы. Передние поверхности сверла 12 - участки канавок, прилегающие к режущим кромка, а осевые передние углы равны углам наклона канавок в данной точке. Задние поверхности 13 образуются заточкой, обеспечивают требуемые значения задних углов б и спад затылка и могут быть плоскими, коническими, цилиндрическими, винтовыми.[2]

Задние поверхности перьев, пересекаясь между собой, определяют форму и размеры поперечной режущей кромки и угол ц ее наклона к режущим кромкам.



Рисунок 1. Описание конструкции сверла

Главные режущие кромки сверла должны быть прямолинейными. Это условие обеспечивается за счет придания канавкам на участке, являющемся передней гранью, определенного профиля (этот способ используют на большинстве стандартных быстрорежущих и цельнотвердосплавных сверл) либо за счет заточки сверла по передней и задней поверхностям.[4]

Таблица 1. Основные виды спиральных сверл.

НАИМЕНОВАНИЕ ВИДА СВЕРЛА	№ ГОСТ	Диапазон диаметров d, мм
Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком. Длинная серия.	886-77	1.00-20.00
Сверла спиральные удлиненные с коническим хвостовиком.	2092-77	6.00-30.00
Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком, Короткая серия.	4010-77	0.50-20.00
Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком. Средняя серия.	10902-77	0.25 - 20.00
Сверла спиральные с коническим хвостовиком.	10903-77	5.00-80.00
Сверла спиральные длинные с коническим хвостовиком	12121-77	6.00-30.00
Сверла спиральные с коротким цилиндрическим хвостовиком. Длинная серия.	12122-77	1.00-9.50
Сверла спиральные малоразмерные с утолщенным цилиндрическим хвостовиком.	8034-77	0.100-1.500
Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком, оснащенные пластинами из твердого сплава.	22735-77	5.00-16.00
Сверла спиральные с коническим хвостовиком, оснащенные пластинами из твердого сплава.	22736-77	10.00-30.00
Сверла спиральные цельные твердосплавные укороченные.	17273-71	1.50-6.50
Сверла спиральные цельные твердосплавные. Короткая серия.	17274-71	1.00-12.00
Сверла спиральные цельные твердосплавные, средняя серия.	17275-71	3.00-12.00
Сверла спиральные цельные твердосплавные с коническим хвостовиком.	17276-71	6.00- 12.00

Примечание. Признак «цельные» относится к рабочей части сверла.

Сверла из быстрорежущей стали диаметром d=6...80 мм по ГОСТ 2034-80Е и ГОСТ 10903-77 выполняют с коническим хвостовиком. Сверла с пластинами из твердого сплава ВК и сверла с внутренним подводом СОЖ по ГОСТ 6647-64 предназначены для сверления трудно обрабатываемых материалов. Такие сверла имеют в зубьях (перьях) прокатанные отверстия соединенные в хвостовике. Их закрепляют в специальных патронах обеспечивающих подвод СОЖ под давлением 12 МПа, непосредственно к режущим кромкам сверла.

Применяются перовые сверла представляющие собой заостренную пластину с весьма несовершенной формой режущей части. Эти сверла применяются для обработки отверстий малого диаметра d=0,2...1 мм, большого диаметра d>80 мм и при ремонте. Применяют составные перовые сверла в виде пластин закрепленных в державке. Обработка отверстий в стали, чугунах, легких сплавах и дереве при глубине l>10d проводят шнековыми сверлами с углом w=50...65°.

Глубокие отверстия с осью имеющей малое отклонение от прямолинейности получают сверлами однокромочного резания с вершиной смещенной относительно оси. Сверление начинают после установки сверла в частично просверленное отверстие, либо кондукторную втулку. По отверстию в рабочей части подается СОТС, которая, устремляясь на обратном пути по канавке на сверле, удаляет стружку.[7]

Рисунок 2. Конструкции сверл (а-з), геометрически параметры режущей части (и) и формы заточки (к)

Обработку центровых отверстий проводят центровыми комбинированными сверлами по ГОСТ 14952-75 двух видов: без предохранительной фаски и с предохранительной фаской 120°. Центровые сверла из твердых сплавов имеют более технологичный дугообразный профиль режущей кромки.

Применяются также одно и двухкромочные сверла, в которых стружка удаляется по центральному отверстию. Сквозные отверстия диаметром d>80 мм получают сверлами кольцевого сверления - трансирующие сверла. Ими вырезается только кольцевая полость, а в центре остается стержень пригодный для использования в качестве заготовок.

Для того чтобы сверло резало, его твердость должна быть выше твердости обрабатываемого материала. Кроме того сверло должен обладать достаточной температуростойкостью и износостойкостью.[4]

Температуростойкость -- способность инструмента сохранять свою твердость и режущие качества при высоких температурах возникающих при резании.

Износостойкость инструмента означает изменение формы и размера инструмента в процессе резания.

Сверла изготовляют из углеродистой инструментальной стали, легированной инструментальной стали, быстрорежущей стали, твердых сплавов и минерало-керамических сплавов.

Сверло, изготовленное из твердых сплавов, работает при высоких скоростях резания. Они имеют высокую температуростойкость (до 1200°) и износостойкость. Твердые сплавы получают на специальных заводах методом спекания порошков некоторых металлов и сплавов. Наиболее распространены марки твердых сплавов ВК-6, ВК-8, Т-5К10, Т-15К6 и другие (в которых В означает -- вольфрам, К -- кобальт, Т -- титан).

В последнее время для изготовления сверил применяются минерало-керамические сплавы, обладающие высокими режущими качествами и дешевизной. Основой этих сплавов служит глинозем, спекаемый с различными добавками.

Быстрорежущая сталь Р9К5 («быстрорез») - инструментальная сталь с высоким содержанием легирующих элементов (W, Cr, Mo, V, и иногда Co), которая используется для обработки высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.

Таблица 2. Химический состав в % материала Р9К5 ГОСТ 19265 - 73

C (углерод)

Si (кремний)

Mn (марганец)

Ni (никель)

S (сера)

P (фосфор)

Cr (хром)

Mo (молибден)

W (вольфрам)

V (ванадий)

Co (кобальт)

Cu (медь)

0.9 - 1

0.2 - 0.5

0.2 - 0.5

до 0.6

до 0.03

до 0.03

3.8 - 4.4

до 1

9 - 10

2.3 - 2.7

5 - 6

до 0.25

Сталь Р9К5 относиться к разряду низко-вольфрамовых быстрорежущих сталей. Количество вольфрама в ней понижено в 2 раза по сравнению со сталью Р18, а количество ванадия повышено, что делает эту сталь по режущим свойствам, при обработке конструкционных углеродистых сталей, равноценной стали Р18.[4]

Быстрорежущие стали, обладают высокими показателями красностойкости или теплостойкости, износостойкости и твердости. Эти показатели достигаются за счет присутствия значительной доли вольфрама и сложного процесса термообработки. Сталь имеет пониженную склонность к перегреву при закалке, пониженную вязкость, повышенное сопротивление износу, пониженную шлифуемость.

Таблица 3. Температура критических точек материала Р9К5

Ac1 = 815 , Ar1 = 725
Твердость Р9К5 после отжига , ГОСТ 19265-73	HB 10 -1 = 269 МПа

1.2 Геометрия режущего инструмента

1.2.1 Схема углов и плоскостей

Углы и формы заточки спирального сверла показаны на рисунках 3 и 4. Формы заточек сверл выбирают в зависимости от свойств обрабатываемых материалов и диаметра сверла.

Для повышения стойкости сверла и производительности обработки производят двойную заточку сверла под углами 2ц = 116...118° и 2ц₀ = 70...90° (рис. 4, б). Подточка поперечной кромки (рисунок 4, в) и ленточки сверла (рис. 4, г) облегчает процесс сверления отверстий. Подточка поперечной кромки снижает осевую силу, а подточка ленточки уменьшает трение ленточек о стенки отверстия и повышает стойкость сверл.

При подточке длина поперечной кромки уменьшается до 50 %. Обычно производится подточка сверл диаметром более 12 мм, а также после каждой переточки сверла.

Рисунок 3. Углы спирального сверла:

б - задний угол; г - передний угол; Ш - угол наклона поперечной режущей кромки; щ - угол наклона винтовой канавки; 2ц - угол при вершине; 1 - задняя поверхность; 2 - передняя поверхность; 3 - режущая кромка



Рисунок 4. Формы заточки спиральных сверл:

а - обыкновенная; б - двойная: 1 - главная режущая кромка; 2 - поперечная режущая кромка; 3 - вспомогательная режущая кромка; 2ц - главный угол при вершине сверла; 2ц₀ - вспомогательный угол при вершине сверла; Z₀ - ширина зоны второй заточки; в подточка поперечного лезвия и ленточки; г - подточка ленточки: f - ширина ленточки.

1.2.2 Определение углов

В зависимости от обрабатываемого материала углы при вершине сверл выбирают по таблице 4, а задние и передние углы -- по таблице 5.

Таблица 4. Углы при вершине сверла

Таблица 5. Задние и передние углы сверла

Примечания:

1. Задние углы даны для точек режущей кромки, расположенных на наибольшем диаметре сверла d_max.

2. При расчете угла г принимают d_r= d_max.

Если угол j образуется автоматически и его значение определяется винтовой поверхностью канавки, то угол a формируется заточкой и его вынуждены делать переменным по длине режущей кромки.

Угол наклона винтовой стружечной канавки w влияет на прочность, жесткость сверла и отвод стружки. С увеличением угла w, увеличивается угол g, при этом облегчается процесс резания и улучшается отвод стружки, повышается жесткость сверла на кручение. Но с величиной w>35° сила резания практически не уменьшается, но происходит ослабление режущего клина.

Таблица 6. Значения углов w и 2j при резании некоторых материалов

Материал	Угол 2j	Угол w
Сталь	116...120°	25...35°
Чугун, бронза, латунь	90...100°	10...16°
Вязкие материалы (алюминий, медь и т.п.)	130...140°	35...45°

Угол j влияет на составляющую силы резания, длину режущей кромки, и элементы сечения стружки. При увеличении j уменьшается крутящий момент, но увеличивается осевая сила и улучшается отвод стружки. При уменьшении угла j сверло легко проникает в металл, но удлиняется режущая кромка, при этом улучшается отвод тепла и увеличивается прочность уголка.

На перемычку приходится до 60% осевой силы и до 15% крутящего момента. Задний угол на ленточке равен нулю. Задний угол является величиной переменной и образуется на рабочей части сверла, на главной и поперечной режущих кромках.

Задний угол образуется на режущей части сверла, на главной и поперечной режущих кромках. И находится между касательной к задней поверхности в данной точке режущей кромки и касательной к той же точке и траектории ее вращения вокруг оси сверла.

Задние углы измеряют в плоскости N-N - нормальной к режущей кромке a _N или в плоскости О-О параллельной оси сверла. Кинематический задний угол a_kx в некоторой точке главного режущего лезвия x определяется, как угол между винтовой траекторией результирующего движения резания и касательной проведенной в точке x к линии x-x” пересечения задней поверхности сверла с цилиндром радиуса R_x. Величина угла a имеет свои определенные значения для сверла.

Таблица 7. Диаметр сверла и соответствующий минимальный задний угол.

Диаметр сверла, d мм	Минимальный задний угол, amin
1...15	14...11°
15...30	12...9°

В зависимости от вида сверления задний угол может достигать в сердцевине 25 градусов, а на периферии он равен 8...14°.

Задняя поверхность у сверла может выполняться в виде: плоскости, конуса, цилиндра или иметь форму винтовой поверхности.

Одноплоскостная заточка. Задняя поверхность сверла формируется в виде плоскости. Недостаток: поперечная режущая кромка прямолинейна и не обеспечивается центрирование сверла без кондукторной втулки.

Двухплоскостная заточка сверла, то есть задняя поверхность формируется в виде двух плоскостей: главной и дополнительной, линия пересечения которых проходит через ось сверла.

Коническая заточка сверла. Задняя поверхность сверла -- конус. При заточке сверло поворачивается относительно оси конуса. s -- угол скрещивания оси конуса и оси сверла.

Цилиндрическая заточка сверла. Задняя поверхность сверла -- цилиндр. Применяется очень редко.

Винтовая заточка сверла. Задняя поверхность образуется прямой совершающей вращательное движение вокруг оси сверла при одновременном перемещении вдоль оси.

Последние четыре вида заточки обеспечивают независимость значения заднего угла на периферии, а также угла при вершине и угла наклона главной режущей кромки. Наиболее перспективные -- винтовая и двухплоскостная заточка, так как они легко поддаются автоматизации.

1.2.3 Методы улучшения геометрии рабочей части сверла

Для снижения неравномерности нагружения на рабочей части сверла применяют сверла с криволинейной режущей кромкой. В виду сложности заточки криволинейную режущую кромку заменяют ломаной из двух участков. С углом 2j=120° и дополнительной режущей кромкой на периферии с углом 2j=70...75°.

Глава 2. Проектирование режущего инструмента

2.1 Исходные данные

Решение двух первых задач - выравнивания передних и задних углов на главных режущих кромках - связано с выбором системы отсчета. На чертеже сверла принято указывать значения углов б и г в цилиндрическом сечении, как наиболее удобном для их контроля.

В соответствии с принципом преемственности и единства формы режущей части инструментов при проектировании должны рассматриваться задние и передние углы, определенные относительно плоскости резания в секущей плоскости перпендикулярной плоскости резания и направленной: для определения переднего угла - по направлению схода стружки; для заднего - по направлению вектора скорости резания. Применительно к сверлу этим условиям удовлетворяет секущая плоскость, перпендикулярная к режущей кромке, с практически допустимой точностью.

2.2 Расчет конструкции

Определенные таким путём углы в обозначении получают индексы б_нр и г_нр (задний, передний углы в нормальном сечении при резании). Для того, чтобы выполнить эти углы на инструменте и осуществить контроль, их необходимо пересчитать в другие координатные системы:

1 - промежуточную в нормальном сечении относительно плоскости, проходящей через режущую кромку, параллельно оси сверла (рис. 5).

Углы режущей кромки имеют обозначения б_н и г_н. Согласно рисунку можно написать уравнения в структурной форме:

б_н = б_нр + V + и, (1)

г_н = г_нр - V - и, (2)

или относительно б_нр и г_нр , при заданных б_н и г_н

б_нh = б_н - V - и, (3)

г_нр = г_н + V + и, (4)

где V - составляющая, зависящая от смещения режущей кромки б;

и - кинематическая составляющая, зависящая от осевой подачи сверла;

2 - от промежуточной координатной системы перейти к развертке цилиндрического сечения на плоскость, т.е. к конструкторским угловым размерам (рисунок 6).

Рисунок 5. Углы режущей кромки:

1 - след задней поверхности сверла;2 - след передней поверхности; 3 - след поверхности резания; 4 - касательная к следу задней поверхности; 5 - касательная к поверхности резания; 6 - касательная к поверхности вращения; 7 - перпендикуляр к плоскости чертежа, восстановленный из точки М на режущей кромке; 8 - проекция оси сверла на плоскость сечения Н-Н; 9 - перпендикуляр к линии 7; 10 - касательная к следу передней поверхности;11 - нормаль к поверхности вращения; 12 - нормаль к поверхности резания.

Рисунок 6. Задние углы в плоскостях нормальной к режущей кромке - б_н и касательной к секущему цилиндру б; М - точка на режущей кромке; МС - след сечения задней поверхности секущей плоскостью (секущим цилиндром, вид А); ВM - касательная к следу сечения; dr - дифференциал касательного вектора

Из рисунка 6 (вид А) следует:

, (5)

где б - задний угол, проставляемый на чертеже сверла.

Уравнения (1, 2) в структурной и дифференциальной форме приводятся к виду вычислительных формул на основе применения положений дифференциальной геометрии.

При конструировании б_нр и г_нр численно заданы исходными данными или выбираются из справочных таблиц дня уже исследованных инструментов, например, резцов согласно марке и свойств обрабатываемого материала, согласно принципу общности законов резания, преемственности и единства формы режущей части инструментов.

Составляющие углы х и и вычисляются по формулам:

, (6)

где k=a/r; a - смещение режущей кромки, мм; ц - угол при вершине, град;

r - радиус секущего цилиндра, мм.

, (7)

где d - диаметр секущего цилиндра, мм; а - смещение режущей кромки, мм;

S - осевая подача сверла, мм/об; ц - угол при вершине, град.

Уравнение (5) для определения угла б приводится к виду, удобному для вычислений на основе применения метода последовательного преобразования координат от системы координат сверла к системе координат, связанной с элементарным формообразующим движением образующей винтовой поверхности затылка [1, 2, 3]:

(8)

где б_н - вычисляется согласно (1).

Формулу (8) можно переписать относительно б_н:

 (9)

где знак при втором слагаемом числителя следует принимать отрицательным для положительного смещения (+а) и положительным для (-а).

Вывод аналогичных формул преобразования передних углов возможен на основании равенства tgд = ctgг = ctgщ и tgд_н = ctgг_н, где д, д_н - углы резания, град. Соответствующая замена дает:

, (10)

, (11)

где правила знаков остаются теми же, что и для (8, 9), соответственно.

Постановка (11, 6) в (4) после преобразований приводит к уравнению:

, (12)

где р = H/2р - параметр винта; Н - шаг винтовой стружечной канавки, мм;

d_Мi - расчетный диаметр секущего цилиндра, мм.

Положения двух крайних точек М₁ и М₂ на режущей кромке определяются диаметрами окружностей d_М1, d_М2. Составляются система из двух уравнений с двумя неизвестными а и р и решается путей исключения членов, содержащих р. Полученное уравнение с одним неизвестным а принимается за функцию:

 (13)

Решение уравнения возможно приближенным методом. При этом строится график функции, определяются пределы, в которых следует искать корень и приближённым методом, например, деления отрезка пополам находится корень уравнения с заданной точностью.

Найденное таким путём смещение режущей кромки а представляет основу решения задачи выравнивания передних углов.

Выравнивание задних углов сверла, согласно второй задаче проектирования, достигается путём применения в качестве задней поверхности винтовой линейчатой поверхности прямого геликоида. За ось этой поверхности принимается главная режущая кромка. Особенностью такой винтовой заточки является выполнение рационального для резания распределения заднего угла и других условий, например, равенства углов в крайних точках режущей кромки. Винтовое движение сверла при заточке осуществляется за счёт винтового копира (рис. 8).

Заточка производится под углом б_н (1). Вычислительная формула для угла заточки с учетом (6, 7) имеет вид:

. (14)



Рисунок 7. Заточка специального сверла по винтовой поверхности прямого геликоида:

1 - сверло; 2-приспособление; 3 - центр универсально-заточного станка; 4-шлифовальный круг; Н, Щ - параметры винтового движения поступательного и вращательного.

Настройка приспособления ведется по углу б_н для точки М₁ на режущей кромке и шагу винтового движения:

Н =2рр, где - параметр винта; t - длина режущей кромки, мм:

,

где б_н1 и б_н - задние углы в нормальном сечении для d₁ = d и d₂ = 0,35d вычисляются по формуле (14).

Конструкторский задний угол б_М1 для простановки на чертеже вычисляется по формуле (8) при d_М1 = d.

2.3 Проверка на прочность и жесткость

Решение третьей задачи упрочнения уголка, устранения износа ленточки и выравнивания износа на режущей части сверла связано с формой профиля стружечной канавки. Кромка ленточки сверла вблизи уголка участвует в резании, выполняет роль вспомогательной режущей кромки, тяжело нагружена и характеризуется передним углом г₁ (рис.9).

Рисунок 8. Передний угол г₁ кромки ленточки

В торцевом сечении сверла рассматривается передний угол г₁ на кромке ленточки М1, образованный радиальным направлением ОМ₁ и касательной к следу сечения АМ₁.

, (15)

где r₁ = 0,5d₁ - радиус сверла, мм; a - смещение режущей кромки, мм;

р - параметр винта стружечной канавки, мм; ц - угол при вершине сверла, град.

Анализ свёрл для обработки деталей из жаропрочных и др. труднообрабатываемых материалов показал, что рациональный угол г₁ = 0⁰. У сверл для обычных машиноподелочных сталейг₁ = 10⁰. Угол г₁ находится в прямой зависимости от параметра винта г ~ р и обратной - от смешения режущей кромки г₁ ~ 1/а.

Приведение переднего угла г₁ к рациональному для специального сверла выполняется путем введения в конструкцию сверла нового элемента - фаски шириной f. При радиальном направлении образующей фаски г₁ = 0⁰.

Исключение подрыва сверла возможно за счет перераспределения напряжений в донышке отверстия. Достигается это путей увеличения угла при вершине г₁ = 70…75⁰, при одновременном уменьшении длины режущей части. При этом наибольшие напряжения в донышке концентрируются по периметру. При достижении предельного размера толщины донышка напряжения достигают предела прочности, происходит разрушение и отрыв донышка. Сверло получает свободный выход. Например, при сверлении отверстия O 8 мм в детали из жаропрочного сплава ЖС6К специальным сверлом из быстрорежущей стала P9K10 о углом при вершине ц = 75⁰ толщина донышка S = 0,3 мм.

2.4 Расчёт виброустойчивости сверла

(16)

где M₁ - момент схватывания; M₂ - момент резания; ф₂" = 0,012с - время покоя вершины сверла при вибрациях; С - коэффициент жёсткости вылета сверла;

щ₀ - угловая скорость шпинделя станка.

Представление о виброустойчивости обычно связывается с каким-либо параметром динамической системы или прочностью в связи с практической целесообразностью и может иметь различное выражение. Свёрла малых размеров при входе в режим вибраций ломаются. При этом опасность поломки не выражается какими-либо внешними признаками. Сверла средних и крупных размеров подвержены вибрациям уже при малом износе. При работе с вибрациями катастрофически увеличивается износ, что приводит к усилению вибраций и поломке сверла.

Поломка сверла обусловлена превышением момента схватывания М₁, над моментом прочности М_K, М₁ > М_к.

Если возникают вибрации уже при малом износе, то это объясняется недостаточной жесткостью С, согласно формуле (16), и неравенством М₁ < М_K.

При таком толковании причины поломок или вибраций свёрл целесообразно виброустойчивости D придать выражение:

(17)

Сверло малого размера ломается от вибраций, но при первом же цикле. Сверло крупного размера в режиме вибраций может работать со скрипом и треском некоторое время прежде, чем сломается.

В этих случаях следует говорить об излишнем запасе виброустойчивости в случае сверл малого размера и недостаточном для сверл большого размера.

Оптимальным запасом виброустойчивости должен быть такой, при котором D предельно большой, но обеспечивающий время для отключения подачи в остановки станка после начала вибрации. Эти условия, как показывает расчёт, обеспечиваются при D = 0,8…0,9 для сверл всех размеров.

2.5 Повышения основных свойств материала инструмента технологическими средствами

В цеховой практике применяются износостойкие покрытия нитридом и карбидом титана (TiN, TiC), ионное азотирование, термическая обработка с режимами, отвечающими максимальной прочности и достаточной твердости. На чертеже, в технических требованиях должны быть соответствующие указания.

Таблица 8. Зависимости для определения элементов заточки сверла по поверхности прямого геликоида

Наименование параметра	Формула	Обозн.ф-лы
Длина главной режущей кромки сверла		(1)
Коэффициент смещения режущей кромки		(2)
Параметр винтового движения		(3)
Угол заточки в нормальном сечении в точках режущей кромки М1 и М2		(4)
Угол заточки в цилиндрическом сечении		(5)
Шаг винтового движения	H = 2рp	(6)

Таблица 9. Зависимости для определения элементов конструкции сверла по условию виброустойчивости

№ п/п	Наименование параметра	Обозн.	Расчетная формула	Размер-ность
1.	Крутящий момент (9)	М2
2.	Момент прочности сверла	Мк
3.	Жесткость сечения единицы длины винтовой части (6)	Св		2
4.	Жесткость сечения единицы длины цилиндрической части	Сц		2
5.	Длина винтовой части, приведенная к длине цилиндрической (8)	lв пр	lв. пр = (Cц / Cв ) lв	мм
6.	Приведенная длина вылета сверла	lпр	lпр = 10-3(lв пр + lц)	м
7.	Коэффициент жесткости вылета сверла	C	С = Cц / lпр
8.	Момент схватывания	M1	M1 = M2 + 0,006С щ0
9.	Запас виброустойчивости	D	D = M1/ Mk	-

Библиографический список

1. Б.И. Черпаков, Т.А. Альперович. «Металлорежущие станки»;

2. В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев «Резание металлов и режущий инструмент»;

3. А.С. Зубченко «Марочник сталей и сплавов»;

4. И.А. Ординарцев «Справочник инструментальщика»;

5. Г.Н. Сахаров «Металлорежущие инструменты»;

Интернет-сайты:

6. http://www.autowelding.ru/publ/1/sverlilnye_stanki/osnovnye_ponjatija_o_processakh_obrabotki_otverstij_i_rezhushhem_instrumente_ispolzuemom_na_sverlilnykh_stankakh/24-1-0-440

7. http://www.nntu.ru/trudy/2012/03/097-105.pdf

Размещено на Allbest.ru

...