Глава 2. Обработка заготовок на сверлильных станках

 

Характеристика метода сверления

Сверление — распространенный метод получения отверстий в сплошном материале. Сверлением получают сквозные и несквоз­ные (глухие) отверстия и обрабатывают предварительно получен­ные отверстия с целью увеличения их размеров, повышения точ­ности и снижения шероховатости поверхности.

Сверление осуществляют при сочетании вращательного дви­жения инструмента вокруг оси — главного движения и поступа­тельного его движения вдоль оси — движения подачи. Оба дви­жения на сверлильном станке сообщают инструменту.

Процесс резания при сверлении протекает в более сложных условиях, чем при точении. В процессе резания затруднен отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим лезвиям инструмента. При отводе стружки происходит трение ее о поверх­ность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия. В резуль­тате повышаются деформация стружки и тепловыделение. На уве­личение деформации стружки влияет изменение скорости реза­ния вдоль режущего лезвия от максимального значения на пери­ферии сверла до нулевого значения у центра.

 

Режим резания. Силы резания.

Режим резания

За скорость резания (в м/мин) при сверлении принимают окружную скорость точки режущего лезвия, наиболее удаленной от оси сверла:

 

,

 

где D — наружный диаметр сверла, мм; п — частота вращения сверла, об/мин.

Подача s_B (мм/об) равна величине осевого перемещения сверла за один оборот.

За глубину резания t (в мм) при сверлении отверстий в сплошном материале принимают половину диаметра сверла:

 

,

 

а при рассверливании

,

 

где d — диаметр обрабатываемого отверстия, мм.

 

 

Рис. 2.2.1.1 Схемы сверления (а) и рассверлива­ния (б)

 

Силы резания

 

В процессе резания сверло испытывает сопро­тивление со стороны обрабатываемого материала. Равнодействую­щую сил сопротивления, приложенную в некоторой точке А режущего лезвия, можно разложить на три составляющие силы Р_х, Р_у и Р_г (рис. 2.3.1).

Составляющая Р_х направлена вдоль оси сверла. В этом же направлении действуют сила Р_п на поперечное лезвие и сила тре­ния Р_л ленточки об обработанную поверхность. Суммарная всех указанных сил, действующих на сверло вдоль оси X, называется осевой силой, или силой подачи Р_о. Радиальные силы P_Y, равные по величине, но противоположно направленные, взаимно урав­новешиваются.

       Исследованиями установлено, что сила, действующая на поперечное режущее лезвие Р_п, весьма значительна и составляет 50 – 55 %, на главные режущие лезвия - 40 – 45% и на ленточки – около 3% осевой силы Р_о.

Рис. 2.2.2.1 Силы, дейст­вующие

            на сверло

 

Крутящий момент, преодолеваемый шпинделем сверлильного станка, в основном (80—90%) создается силой P_z.

В расчетах для определения осевой силы Р_о (в Н) и крутящего момента М_к (в Н*м) используют эмпирические формулы:

 

P_o = C_p*D^xp*s^l’p*K_p;

M_k = C_m* D^xm*s^ym*K_m,

где С_р и С_м — постоянные коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал и условия резания; x_v, y_р, х_м, у_м — показатели степеней; K_p и К_ч — поправочные коэффициенты на измененные условия резания.

Коэффициенты и показатели степеней приведены в справочных материалах.

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

 

N_e =

 

По мощности N_e определяют мощность электродвигателя станка:

 

 = ,

 

где η – КПД механизмов передач станка.

 

Режущий инструмент

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.

Сверла. По конструкции и назначению сверла подразделяют на спиральные, центровые и специальные. Наиболее распространенным инструментом для сверления и рассверливания является спиральное сверло (рис. 2.3.1, а), которое состоит из четырех частей: рабочей 6, шейки 2, хвостовика 4 и лапки 3.

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

 

 

    Рис. 2.3.1 Части (а), элементы и углы (б) спираль­ного сверла

 

Элементы рабочей части спирального сверла показаны на рис. 2.3.1, б. Сверло имеет два главных режущих лезвия 11,образованных пересечением передних 10 и задних 7 поверхностей и выполняющих основную работу резания; поперечное режущее лезвие 12 (перемычку) и два вспомогательных режущих лезвия 9. На цилиндрической части сверла вдоль винтовой канавки распо­ложены две узкие ленточки 8, обеспечивающие направление сверла при резании.

К геометрическим параметрам режущей части сверла относятся передний угол γ, задний угол α, угол при вершине сверла 2φ, угол наклона поперечно­го режущего лезвия ψ и угол наклона винтовой ка­навки ω.

Передний угол γ изме­ряют в главной секущей плоскости //—//, перпен­дикулярной к главному ре­жущему лезвию. В разных точках режущего лезвия передний угол различен; наибольший у наружной поверхности сверла, где он практически равен углу наклона винтовой канавки ω, наименьший у попереч­ного режущего лезвия.

Задний угол α измеряют в плоскости /—/, параллельной оси сверла. У наружной поверхности сверла α = 8 - 12°; по мере приближения к оси сверла задний угол возрастает до 20—25°.

Угол при вершине сверла 2 φ измеряется между главными режу­щими лезвиями и имеет различную величину в зависимости от обрабатываемого материала. У стандартных сверл, применяемых при обработке разных материалов, 2φ = 90 - 118°; при сверле­нии сталей средней твердости 2φ = 116 - 120°.

Угол наклона поперечного режущего лезвия ψ измеряется между проекциями главного и поперечного режущего лезвий на плос­кость, перпендикулярную к оси сверла. У стандартных сверл ψ = 50 - 55°.

Угол наклона винтовой канавки ω измеряют по наружному диаметру. Обычно ω = 18 - 30°.

Стандартные спиральные сверла выпускают диаметром 0,1 — 80 мм.

Сверла для глубокого сверления. При свер­лении глубоких отверстий (L > 5D) применяют специальные сверла. На рис. VI.64, а показано однолезвийное сверло с напаянной пластинкой из твердого сплава для сверления глубоких от­верстий диаметром 30—80 мм. Сверло оснащено одной твердо­сплавной режущей пластинкой 1 и двумя направляющими плас­тинками 2. Охлаждающая жидкость подается в зону резания и вымывает стружку через внутренний канал 3 сверла.

 

 

 

Рис. 2.3.2 Сверла для глубокого сверления

 

Сквозные отверстия диаметром более 100 мм сверлят кольце­выми сверлами (рис. 2.3.2, б). Сверло состоит из полого корпуса 5 с винтовыми канавками. На его торцовой части, закреплены режу­щие пластинки 4 (резцы), ширина которых больше толщины сте­нок корпуса. Режущие лезвия пластинок выступают со стороны торца, наружного и внутреннего диаметров корпуса. Число пласти­нок 4—8, в зависимости от диаметра сверла. Таким сверлом выре­зается кольцевая канавка шириной, равной ширине пластинок.

Охлаждающую жидкость подают через внутреннюю полость сверла, а стружку отводят по винтовым канавкам.

Зенкеры (рис. 2.3.3, а - в). Этим инструментом обрабатывают отвер­стия в литых или штампованных заготовках, а также предвари­тельно просверленные отверстия. В отличие от сверл они снаб­жены тремя или четырьмя главными режущими лезвиями и не имеют поперечного лезвия, что повышает их прочность и жест­кость. Режущая (или заборная) часть 1 выполняет основную работу резания. Калибрующая часть 5 служит для направления зенкера в отверстии и обеспечивает необходимую точность и шеро­ховатость поверхности (2 — шейка, 3 — лапка, 4 — хвостовик, 6 — рабочая часть).

По виду обрабатываемых отверстий зенкеры делят на цилинд­рические (рис. 2.3.3, а), конические (рис. 2.3.3, б) и торцовые (рис. 2.3.3, в). Зенкеры бывают цельные с коническим хвостови­ком (рис. 2.3.3, а, б) и насадные (рис. 2.3.3, в). Первые изготов­ляют диаметром до 32 мм, вторые — до 100 мм.

 

 

Рис. VI.65. Инструменты для обработки отверстий на сверлильных станках:

а — в — зенкеры; г — е — развертки; ж — метчик

 

Развертки. Этим инструментом окончательно обрабатывают отверстия. По форме обрабатываемого отверстия различают цилинд­рические (рис. 2.3.3, г) и конические (рис. 2.3.3, д) развертки. Развертки имеют 6—12 главных режущих лезвий, расположен­ных на режущей части 7 с направляющим конусом. Калибрующая часть 8 направляет развертку в отверстии и обеспечивает необхо­димую точность и шероховатость поверхности.

По способу применения различают машинные и ручные раз­вертки. По конструкции крепления развертки делят на хвосто­вые и насадные. На рис. 2.3.3, е показана машинная насадная развертка с механическим креплением режущих пластинок в ее корпусе.

Метчики. Их применяют для нарезания внутренних резьб. Метчик (рис. 2.3.3, ж) представляет собой винт с прорезанными прямыми или спиральными канавками, образующими режущие лезвия, и состоит из рабочей и хвостовой частей. Рабочая часть метчика имеет режущую (заборную) 9 и калибрующую 10 части. Заборная часть производит основную работу резания, а калибрую­щая зачищает нарезаемую резьбу. Хвостовая часть метчика слу­жит для закрепления метчика в патроне. Профиль резьбы мет­чика должен соответствовать профилю нарезаемой резьбы. Раз­личают гаечные, машинные и ручные метчики.