2.1. Краткие теоретические сведения

2.1.1. Сверла

Сверла предназначены для получения отверстий в сплошном материале, рассверливания просверленных отверстий и надсверливания углублений, они обеспечивают получение поверхности 11-го и 12-го квалитетов точности и значения ее шероховатости R_z от 20 до 80 мкм.

Различают следующие типы сверл (см. рис. 2.1):

• спиральные (или винтовые) цельные, составные с твердосплавными режущими пластинами с прямыми, наклонными и винтовыми стружечными канавками (см. рис. 2.1, а, б, в), являются самыми распространенными;

• перовые или плоские (рис. 2.1, г), являются простыми по конструкции, жесткими и в основном используются для обработки дерева, пластмасс и мягких цветных металлов и сплавов;

• кольцевые (рис. 2.1, д) для сверления отверстий диаметром более 80 мм;

• центровочные (см. рис. 2.1, е) для получения центровых отверстий;

• для глубокого сверления (пушечные, ружейные, шнековые и др.) (см. рис. 2.1, ж).

а	д
б	е
в	ж
г

Рис. 2.1. Типы сверл

Спиральное сверло (см. рис. 2.2) состоит из рабочей части, включающей режущую и направляющую части, шейки и хвостовика с лапкой. Хвостовики сверл малого диаметра изготавливаются цилиндрическими. Лапка у сверл с коническим хвостовиком (конус Морзе) предназначена для извлечения его из отверстия шпинделя и предотвращения проворота сверла. Шейка служит для выхода шлифовального круга при шлифовании ленточек сверла.

Рис. 2.2. Элементы конструкции спирального сверла

Э лементы движений в процессе резания при сверлении представлены на рис. 2.3. Главным движением резания D_г при сверлении является вращательное движение сверла, а движением подачи D_s – поступательное перемещение сверла в направлении оси просверливаемого отверстия (см. рис. 2.3, а).4

а б

1 – направление скорости результирующего движения резания V_e; 2 – направление скорости главного движения резания V; 3 – рабочая плоскость P_s; 4 – рассматриваемая точка главной режущей кромки; 5 – направление скорости движения подачи V_s;  – угол скорости резания между направлениями скорости главного движения резания V и результирующей скорости резания V_е; D_г – главное движение резания; D_s – движение подачи; a – толщина срезаемого слоя; b – ширина срезаемого слоя

Рис. 2.3. Движения в процессе сверления (а) и элементы срезаемого слоя (б)

Элементы рабочей части сверла показаны на рисунках 2.2 и 2.4. Направляющая часть имеет две винтовые канавки 1 для вывода стружки, которые делят рабочую часть сверла на два зуба. На поверхности 2 расположена ленточка 3, которая служит для направления сверла при резании и уменьшения трения его о стенки обрабатываемого отверстия. На режущей части сверла располагаются главные режущие кромки К, которые непосредственно участвуют в процессе резания, а также поперечная режущая кромка К_п, необходимая в начальный момент для врезания инструмента в сплошной материал заготовки. Передней поверхностью A_γ зуба сверла является криволинейная поверхность канавки, по которой сходит стружка, главной задней поверхностью A_α – спинка зуба, а вспомогательной задней поверхностью – поверхность ленточки.

_п

P_s

P_s

ψ

P_τ

P_τ

2φ

P_ν

P_ν

V

ω

φ₁

A_γ

A_α

P_n

P_n

P_ν

P_ν

К₁

P_sx

P_sx

x

P_s

α

α

β

γ

A_α

A_γ

P_sx – P_sx

P_τ – P_τ

+

–

+

–

Рис. 2.4. Конструкция и геометрия рабочей части спирального сверла

Конструкция и геометрия зуба сверла принципиально не отличаются от конструкции и геометрии токарного резца (см. рис. 1.2). Пересечение главной К и вспомогательной К₁ режущих кромок (см. рис. 2.4) образует вершину зуба 4.

Спиральное сверло имеет ряд конструктивных особенностей:

• передняя поверхность лезвия A_γ является винтовой, поэтому передний угол γ, измеряемый в главной секущей плоскости Р_τ между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и основной плоскостью Р_v, проведенной через эту точку, уменьшается от периферии к центру, а для поперечного лезвия К_п он имеет отрицательное значение. Угол γ определяет угол наклона винтовой канавки ω. Передний угол в любой точке х на режущей кромке может быть рассчитан по формуле:

tgγx = (dx /d) tgω/sin φ,

(2.1)

где ω – угол наклона винтовой канавки (см. рис. 2.2), измеряемый между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру d; принимается от 18° для мелких сверл до 30° для более крупных;

d_x – диаметр сверла в точке х.

• задний угол сверла α переменный, измеряемый в осевом сечении плоскостью Р_sх, – угол между касательной к главной задней поверхности A_α сверла, проходящей через некоторую точку х, лежащую на главной режущей кромке К, и плоскостью, проведенной через эту точку перпендикулярно оси сверла. Сверло затачивается по главной задней поверхности таким образом, чтобы угол заострения β в каждой точке режущей кромки был примерно одинаковым, т. е. задний угол от периферии к центру увеличивается. В связи с этим принимаемый на периферии задний угол α = 6 – 8° доходит у оси сверла до 25°;

• вспомогательная задняя поверхность лезвия цилиндрическая (поверхность ленточки), поэтому вспомогательный задний угол α₁ равен нулю;

• главные задние поверхности зубьев при пересечении образуют поперечную режущую кромку К_п (см. рис. 2.4). Угол наклона поперечной режущей кромки ψ измеряется между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла, при этом ψ = 50 – 55°;

• вспомогательный угол в плане φ₁ (см. рис. 2.4) обеспечивается за счет изготовления рабочей части сверла с обратной конусностью, т. е. сверла диаметром свыше 18 мм уменьшают по диаметру на 0,05 – 0,12 мм на каждые 100 мм длины рабочей части от поперечной режущей кромки к хвостовику. В результате этого уменьшается трение направляющей части сверла о стенки обработанного отверстия;

• угол при вершине сверла 2φ оказывает большое влияние на процесс сверления и зависит от свойств обрабатываемого материала. Для стандартных сверл угол 2φ принимается равным 116 – 118°. Если сверла используются для обработки заготовок из твердых или хрупких материалов, то угол при вершине должен быть в пределах 130 – 140°, если они применяются для сверления мягких и вязких материалов или не жестко закрепленных листовых изделий – угол при вершине затачивается в пределах от 90 до 110°.