Рубрика: Металлорежущий инструмент

Несмотря на то, что использование твердых сплавов обеспечивает двух-, четырехкратное повышение производительности, удельный вес твердосплавных сверл в общем объеме их применения составляет не более 10%. Это объясняется неблагоприятными условиями работы твердых сплавов при сверлении: нежестким (консольным) креплением сверл; большими осевыми нагрузками; переменной величиной скорости резания, уменьшающейся до нуля на поперечной режущей кромке; большой шириной срезаемой стружки; опасностью появления вибраций и пакетирования стружки в канавках сверла; малыми числами оборотов и недостаточными мощностью, жесткостью и точностью сверлильных станков.

Более широкое распространение твердосплавные сверла получили при сверлении чугунов, цветных металлов и неметаллических материа­лов (мрамор, кирпич, пластмассы и т.п.). При сверлении сталей часто наблюдается выкрашивание режущих кромок, особенно в виде разру­шения поперечной режущей кромки.

Повышение жесткости сверл, использование внутреннего напорного охлаждения и другие усовершенствования позволяют получать хорошие результаты при сверлении труднообрабатываемых сталей и сплавов, т.е. там, где быстрорежущие сверла имеют очень низкую стойкость.

Для оснащения сверл используют твердые сплавы марок ВК8, ВК10М, ВК15М, обладающие наибольшей прочностью.

Повышение прочности и жесткости сверл обеспечивают за счет максимально возможного сокращения длины рабочей части инструмен­та, хотя при этом приходится сокращать запас на переточку. С этой же целью увеличивают диаметр сердцевины сверл до d₀ = (0,25…0,35)d и выполняют подточку поперечной режущей кромки.

Мелкоразмерные сверла (d = 2…6 мм) изготавливают цельными твердосплавными или составными, когда хвостовик изготавливается из стали (рис. 1, а), а рабочая часть — из твердого сплава. Сверла d = 10…30 мм оснащают напайными пластинами или коронками из твер­дого сплава (рис. 1, б, в). При этом корпус сверла изготавливается из стали 9ХС или Р6М5. На корпусах таких сверл направляющие ленточки обычно не делают, так как при высоких скоростях резания, допускае­мых твердым сплавом, они быстро выходят из строя и не выполняют роли направляющих сверла.

Обратная конусность предусматривается только на твердосплавной режущей части с созданием вспомогательных углов в плане φ₁=25…30′. Диаметр корпуса сверла занижается на 0,2…0,3 мм по сравне­нию с диаметром конца твердосплавной части.

Геометрические параметры режущей части: угол при вершине 2φ=120…140°, угол наклона стружечных канавок ω = 0…20°, заточка двух- или трехплоскостная с задним углом на главных режущих кром­ках α= 7…9°. Передний угол на твердосплавных пластинах γ = 8°, а на коронках с винтовыми канавками переменный, как у быстрорежущих сверл, зависящий от угла ω. Хвостовик конический или чаще всего ци­линдрический, как более технологичный.

Для снижения осевого усилия применяется подточка поперечной режущей кромки с сокращением ее длины до (0,10…0,15)d. Так как мес­та пайки пластины и коронки расположено близко от зоны резания, то иногда в процессе сверления наблюдаются случаи отпаивания и разру­шения твердосплавной части. Этого можно избежать, если использовать подачу СОЖ через внутренние каналы в корпусе сверла, так как СОЖ снижает температуру резания, интенсивность износа режущих кромок и обеспечивает надежный вывод стружки из отверстия. Такие сверла можно с успехом использовать даже при сверлении труднообрабаты­ваемых сталей.

Наибольшую надежность имеют сверла с напайными твердо­сплавными коронками и каналами для внутреннего подвода СОЖ, выпускаемые рядом зарубежных фирм. В этом случае длина коронок принимается равной (1…2)d, угол при вершине 2φ = 140°, угол наклона винтовых канавок ω = 20°. заточка двух- или трехплоскостная с подточ­кой поперечной режущей кромки. хвостовик цилиндрический с допус­ком по h6 и лыской для крепления винтом в специальном патроне.

В последние годы широкое применение нашли сверла, оснащенные неперетачиваемыми пластинами с механическим креплением на корпу­се (рис. 1, г). Они используются для сверления отверстий глубиной L = (3…4)d и диаметром d = 20…60 мм. При этом для повышения на­дежности сверл в их корпусах выполнены отверстия для подвода СОЖ в зону резания. Стружечные канавки чаще всего делают прямыми, как более технологичные. У сверл небольших диаметров стружечные ка­навки могут быть и винтовыми с углом наклона ω = 20°.

Применяемые в сверлах твердосплавные СМП позитивного типа с α>0 в форме параллелограмма, ромба, прямоугольника или неправиль­ного треугольника с шестью режущими кромками и центральным от­верстием конической формы для крепления винтом. Вдоль режущих кромок на пластинках при прессовании делают уступы или мелкие сфе­рические лунки, обеспечивающие надежное дробление стружки. Пластины располагаются с обеих сторон относительно оси сверла таким образом, что делят припуск по ширине с перекрытием в средней части. Одна из пластин обрабатывает центральную часть отвер­стия, а другая — периферийную. Поперечная режущая кромка у таких сверл отсутствует, а хвостовик делается цилиндрическим даже у сверл больших диаметров.

Технологически наиболее простой является заточка по одной или двум плоскостям. Однако при одноплоскостной заточке (рис. 1, а), чтобы концы перьев сверла не контактировали с обработанной поверхностью, приходится принимать большие значения задних углов α = 20…25⁰, что резко ослабляет режу­щий клин. Поэтому такой метод нашел применение только при заточке сверл малых диаметров (d < 3 мм), когда ширина перьев мала.

Двухплоскостная заточка (рис. 1, б) отличается тем, что часть задней поверхности, прилегающая к главной режущей кромке, затачи­вается с оптимальными задними углами, а конец пера — под значительно большими углами. Это обеспечивает большую прочность режущих клиньев, более благоприятную картину изменения передних углов на поперечной режущей кромке, образуемой при пересечении главных задних поверхностей перьев, и лучшие условия засверливания. Недос­татками этого метода заточки является прерывистость при заточке каж­дого пера и, как следствие, возможность осевого биения режущих кро­мок. Этот метод нашел широкое применение при заточке на универ­сально-заточных или специальных станках твердосплавных сверл.

Весьма распространенным методом заточки быстрорежущих сверл, особенно больших диаметров, является заточка по конической по­верхности (рис. 1, в). которая производится на специальных или уни­версально-заточных станках с использованием особых приспособлений (рис. 1, г). Хотя этот метод заточки прост в исполнении и обеспечива­ет благоприятную картину изменения угла α по режущим кромкам, главными его недостатками являются прерывистость процесса заточки и наличие больших отрицательных углов на поперечной режущей кромке. Величина угла α регулируется смещением k оси сверла.

Наибольшее применение в серийном производстве сверл нашла за­точка по винтовой поверхности (рис. 1, д). осуществляемая на спе­циальных станках в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Благодаря специальной кинематике движения шлифовального круга (рис. 1, е) заточка осуществляется при непрерывном вращении сверла и обеспечивает наилучшую симметричность главных режущих кромок и лучшую геометрию поперечной кромки.

Спиральные или, правильнее, винтовые, сверла были впервые пока­заны на Всемирной торговой выставке в 1867 г. американской фирмой Морзе. До настоящего времени основные особенности их конструкции сохранились практически неизменными.

Из всех известных конструкций сверл спиральные сверла нашли наи­большее применение благодаря следующим достоинствам:

1) хороший отвод стружки из обрабатываемого отверстия из-за наличия винтовых канавок;

2) положительные передние углы на большей длине главных режущих кромок;

3) большой запас на переточку, которая производится по задним поверхностям и может выполняться вручную или на специ­альных заточных станках, в том числе станках-автоматах;

4) хорошее направление сверла в отверстии из-за наличия калибрующих ленточек на наружной поверхности калибрующей части инструмента.

Производство спиральных сверл осуществляется в специализиро­ванных цехах или заводах в условиях крупносерийного или массового производства. Поэтому, несмотря на сложное конструктивное исполне­ние, себестоимость этих сверл невелика.

Основные конструктивные элементы и геометрические параметры спиральных сверл показаны на рис. 1. На конической режущей части с углом 2φ при вершине расположены две главные режущие кромки — линии пересечения винтовых передних и задних поверхностей. Форма задних поверхностей определяется методом заточки. В результате пере­сечения двух задних поверхностей образуется поперечная режущая кромка, наклоненная к главной режущей кромке под углом φ . Эта кромка располагается на сердцевине сверла с условным диаметром d₀=(0.15…0.25)d, где d — диаметр сверла. Две вспомогательные режущие кромки лежат на пересечении передних поверхностей и цилиндриче­ских калибрующих ленточек, направляющих сверло в отверстии и обра­зующих калибрующую часть сверла. Угол наклона вспомогательных кромок к оси сверла ω определяет в основном величину передних углов γ на главных режущих кромках, которые, как будет показано ниже, пе­ременны по величине в разных точках этих кромок.

Во избежание защемления сверла в отверстии предусматривается уменьшение его диаметра к хво­стовику — обратная конусность, равная 0,03…0,12 мм на 100мм длины рабочей части. У сердцевины сверла с целью повышения его прочности и жесткости предусматривается прямая конусность, т.е. увеличение ее диаметра в направлении к хвостовику, равное 1,4…1,7 мм на 100 мм длины.

Режущая и калибрующая части сверла составляют его рабочую часть, по длине которой сверла делятся на короткую, среднюю и длин­ную серии. Стандартные спиральные сверла изготавливают диаметром 0,1…80 мм с допусками по h8…h9. За рабочей частью сверла следует шейка, которая используется для нанесения маркировки сверла: диамет­ра, материала режущей части, товарного знака завода-изготовителя.

Хвостовики бывают двух типов: конические (типа Морзе) с лапкой на конце для сверл d = 6…80 мм и цилиндрические — для сверл d = 0,1…20 мм. У сверл d>8 мм хвостовики делают из конструкционной стали 45 или 40Х, свариваемой с рабочей частью. Для увеличения силы трения в месте крепления сверла в патроне и возможности правки сверл по длине хвостовики термически не обрабатывают. Лапки сверл для упрочнения закаливают, так как они используются для выбивания сверл из отверстия шпинделя станка или из переходной втулки.

Перовые сверла известны с древних времен. Так, например, в архео­логических раскопках были найдены их прототипы в виде лопатки из твердого материала, заостренной на конце и предназначенной для свер­ления вручную отверстий в более мягких материалах. Со времени появ­ления металлообработки перовые сверла постоянно совершенствова­лись. Современные конструкции перовых сверл показаны на рис. 1, а, б, в.

Цельные перовые сверла (рис. 1, а) изготавливают из прутка пу­тем ковки или фрезерования режущей части в форме пластины, которая затачивается на конус под углом 2φ = 118°. При этом образуются две главные и две вспомогательные режущие кромки. Заточкой двух пло­ских задних поверхностей создается задний угол α = 10…12°. При пере­сечении этих поверхностей образуется поперечная режущая кромка (пе­ремычка). Если передние поверхности плоские, то передние углы на главных режущих кромках имеют отрицательные значения, что нежела­тельно из-за возрастания силовой нагрузки на сверло и появления виб­раций.

Для улучшения процесса резания производится подточка передней поверхности сверла под углом γ = 5…10⁰. которая, однако, ослабляет прочность режущего клина. Для уменьшения трения на вспомогатель­ных кромках затачивается задний угол α₁ = 5…8⁰ с оставлением узких цилиндрических фасок шириной f = 0,2…0,5 мм по всей длине режущей части, которые обеспечивают лучшее направление сверла в отверстии.

Достоинствами перовых сверл являются простота конструкции, а также возможность изготовления их любого диаметра и длины даже в условиях ремонтных мастерских.

К недостаткам перовых сверл можно отнести:

1) затрудненные ус­ловия отвода стружки;

2) склонность к вибрациям из-за малой жестко­сти режущей части;

3) небольшой запас на переточку;

4) низкую произ­водительность процесса сверления из-за малых значений подачи и в связи с необходимостью периодического вывода сверла из отверстия для освобождения от стружки.

Примеры совершенствования конструкций перовых сверл показаны на рис. 1, б и в. Первая из них применяется для сверления неглубоких ступенчатых отверстий на станках-автоматах. Она позволяет сократить число операций и, следовательно, инструментов. Вторая конструкция представляет собой сборное перовое сверло с режущей сменной пласти­ной, закрепляемой в стержне любой длины. Для улучшения отвода стружки предусматривается ее деление по ширине с помощью струж­кодробящих канавок на задних поверхностях. Через патрон и отверстие в стержне можно подавать под давлением СОЖ, которая одновременно с отводом тепла из зоны резания вымывает стружку из отверстия.

Набор быстросменных пластин, разных по диаметру, позволяет со­кратить номенклатуру сверл и расходы на их изготовление. Такие свер­ла в последние годы стали широко применять на многооперационных станках с ЧПУ, главным образом при рассверливании отверстий.

Сверла — это осевые режущие инструменты, предназначенные для образования отверстий в сплошном материале, а также для обработки (рассверливания) отверстий, предварительно изготовленных ковкой, штамповкой, литьем или сверлением. Они широко применяются в машиностроении, занимая по этому признаку второе место после резцов.

Кинематика процесса сверления состоит из двух движений: главно­го — вращательного вокруг оси инструмента (заготовки) и поступатель­ного — движения подачи вдоль той же оси.

По конструктивному исполнению сверла отличаются большим раз­нообразием, которое можно свести к следующим основным типам: 1) перовые (лопаточные); 2) спиральные (с винтовыми канавками); 3) специальные (для сверления глубоких отверстий, кольцевые, комби­нированные и др.).

В качестве материала рабочей части в основном используются бы­строрежущие стали и прежде всего сталь марки Р6М5. В последние го­ды в нашей стране и особенно за рубежом в больших объемах выпуска­ются различные конструкции сверл, оснащенных твердыми сплавами.