2.4. Элементы режима резания и среза при сверлении.

Скорость резания для различных точек режущей кромки сверла различна: на периферии сверла скорость резания наибольшая, а по мере приближения к оси сверла она уменьшается и в центре равна нулю. В расчет принимается наибольшая скорость резания на периферии:

v= πDn/1000 м/мин,

где D – диаметр сверла в мм;

n – число оборотов сверла в минуту.

Подача – величина перемещения сверла вдоль оси за один оборот (или за один оборот заготовки, если она вращается, а сверло только перемещается).

Так как у сверла две главные режущие кромки, то подача, приходящаяся на каждую из них,

s_z = s/2 мм/об.

Как и при токарной обработке, подачу можно измерять в миллиметрах за одну минуту (минутная подача);

s_м = sn мм/мин.

Толщина среза α (Рис. 2.18,а) измеряется в направлении, перпендикулярном к режущей кромке.

Ширина среза b измеряется вдоль режущей кромки и равна ее длине.

Рис.2.18. Элемементы резания при сверлении (а) и при рассверливании (б).

Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на одну режущую кромку,

f_z = ab мм².

Общая площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на обе режущие кромки,

f = 2f_z мм².

Под глубиной резания при сверлении (которая обычно в расчетах не фигурирует) подразумевается расстояние от обработанной поверхности до оси сверла, т.е.

t = D/2 мм

При рассверливании (Рис. 2.18, б) глубина резания

t = D – D₀ /2 мм

где D – диаметр сверла в мм;

D₀ – диаметр ранее просверленного отверстия в мм.

Толщина α и ширина b среза при рассверливании (рис.2.18.б) измеряются так же, как и при сверлении в сплошном материале.

Как и при сверлении, при рассверливании скорость резания вдоль всей длины активной части режущей кромки переменна. Во всех расчетах принимается наибольшее значение скорости резания, соответствующее наружному диаметру сверла D.

Машинное время при сверлении и рассверливании

T_м = L/ns = (l +y +) мин,

где L – полный путь, проходимый сверлом в направлении подачи в мм,

l– глубина сверления в мм (глубина отверстия рис. 2.19);

 - величина перебега (1 – 2мм)

n – число оборотов сверла в минуту;

s – подача в мм/об;

y – величина врезания в мм;

y = D сtg φ/2.

Рис. 2.19.Элементы пути, проходимого сверлом:

а– при сквозном (на выход), б – при глухом сверлении, в – при рассверливании.

2.5. Силы, действующие на сверло.

На все элементы сверла при резании действуют некоторые силы.

Разложим равнодействующие сил сопротивления в каждой точке режущей кромки на силы в трех взаимно перпендикулярных направлениях: P_x, P_y и P_z (Рис. 2.20). Горизонтальные силы P_y, действующие на обеих режущих кромках, можно считать, взаимно уничтожаются.

Силы P_x, направленные вверх, препятствуют проникновению сверла в глубину заготовки. В этом же направлении действует и сила P_пер на поперечной кромке. Кроме того, продвижению сверла препятствуют силы трения на ленточках сверла (в результате трения об обработанную поверхность отверстия) и силы трения от сходящей стружки P_m.

Рис. 2.20. Схема сил резания при сверлении.

Для проникновения сверла в обрабатываемую заготовку к сверлу от станка должна быть приложена такая сила P, которая могла бы преодолеть сумму сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла:

P > Ʃ (2 P_x + P_пер + P_m.).

Суммарная сила от указанных сил сопротивления в осевом направлении сверла называют осевой силой (или усилением подачи).

Измерения показывают, что силы сопротивления проникновению сверла P_x возникающие на режущих кромках, составляют около 40% общего сопротивления (или силы P); силы сопротивления, возникающие на поперечной кромке (P_пер), составляют 57% и силы от трения P_m – около 3%.

Силы, препятствующие продвижению сверла в материал, преодолеваются механизмом подачи сверлильного станка, который и рассчитывается по максимальной осевой силе P.

При эксплуатации станка с заданными условиями сверления необходимо, чтобы сумма сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла, или осевая сила P, была бы меньше или, в крайнем случае, равна наибольшему усилию P_max, допускаемому механизмом подачи станка (во избежание поломки слабого звена механизма подачи), т.е. P ≤ P_max.

Наибольшее усилие P_max рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

Сила P_z создает момент сопротивления

М _с.р. = Р_zx.

Суммарный момент от сил сопротивления резанию складывается из момента от сил P_z , момента от сил скобления и трения на поперечной кромке M_n.л, момента от сил трения на ленточках M._л и момента от сил трения стружки о сверло и обработанную поверхность M_с, т.е.

М = М_с.р. + M _n.л + M._л + M_с

Измерения показывают, что 80% общего момента сопротивления резанию приходится на долю режущих кромок, 8% - на поперечную кромку и 12% - на трение стружки о сверло и стенки отверстия и сверла своими ленточками об обработанную поверхность (M_.л + M_с ).

Для того чтобы на данном станке могло быть осуществлено резание, кроме указанного выше условия проникновения сверла, был преодолен крутящим моментом станка, т.е. M_кр ≥ M.

Крутящий момент станка подсчитывается по формуле:

М_кр = 975 000N_шп/n кГмм,

где N_шп – мощность на шпинделе в кВт;

n – число оборотов шпинделя (сверла) в минуту

В свою очередь,

N_шп = N_сmη

где N_шп – мощность электродвигателя станка;

η – к. п. д. станка

Суммарный момент сопротивления резанию M должен быть меньше или, в крайнем случае, равен не только крутящему моменту M_кр, развиваемому электродвигателем станка на данной ступени числа оборотов шпинделя, но и меньше, или, в крайнем случае, равен максимальному крутящему моменту M_кр, допускаемому слабым звеном механизма главного движения станка (во избежание поломки его) т.е. M ≤ M_кр.

Если момент M_кр легко подсчитывается по приведенной выше формуле, то момент M рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

По силе Р и моменту M можно рассчитать необходимую (потребную) мощность электродвигателя сверлильного станка.

Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

N_рез = N_вр + N_под

Мощность, затрачиваемая на вращение,

N_вр = М_п /60×75× 1000 × 1,36 квт,

где M_п – момент от сил сопротивления резанию в кГмм;

n – число оборотов сверла в минуту.

Мощность, затрачиваемая на подачу сверла,

N_под =P_sn /60×75× 1000 × 1,36 квт,

Где Р_sn – осевая сила в кГ.

Расчеты показывают, что, как и при токарной обработке, мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5 – 1,5% мощности, затрачиваемой на вращение сверла) и ею можно пренебречь. Поэтому

N_рез = M_v /3060D квт

Зная мощность, затрачиваемую на резание, легко подсчитать и необходимую (потребную) мощность электродвигателя станка, которая обеспечит проведение процесса резания при сверлении при определенных условиях работы

N_м = N_рез /η

Сравнивая N_м с действительной мощностью электродвигателя станка N_ст, легко проверить возможность осуществления процесса сверления на заданном станке при заданных условиях сверления (резания), для чего должно быть соблюдено условие N_м ≤ N _ст.

Однако, как и при проверке возможности осуществления процесса сверления на заданном станке по моменту, необходимо учитывать не только мощность электродвигателя станка, но и мощность на шпинделе по слабому звену механизма главного движения станка N_шп. Во избежание поломки этого слабого звена должно быть соблюдено условие N_рез ≤ N_шп.

В практике наиболее слабое звено механизма главного движения станка проверяют по моменту или по мощности, в зависимости от того, какие данные приводятся в паспорте станка.

Знание осевой силы и момента сопротивления резанию, возникающих при сверлении, необходимо как для расчета и конструирования станков, сверл и приспособлений, так и для правильного использования их в производстве.