Тема 8. Сверление, зенкерование и развертывание.

На рис. 37 показана схема резания с обычно принятыми обозначениями.

Скорость резания v — окружная скорость наиболее удаленной от оси

сверла точки режущей кромк5и, определяется по формуле:

где D — диаметр сверла (по ленточкам) в мм: n — частота вращения

сверла в об/мин.

Скорость резания при сверлении является величиной переменной,

изменяющейся для разных точек режущих кромок от 0 до v (по мере

приближенияк периферии).

Рис. 37. Элементы резания при сверлении (а) и при

рассверливании (б)

Подача s — величина перемещения сверла вдоль оси за один его оборот

в мм/об. Подачу можно измерять также и в мм/мин, в этом случае

Так как при сверлении обычно работают две режущие кромки, то подача в

мм, приходящаяся на каждую из кромок,

Толщина срезаемого слоя а — минимальное расстояние между двумя

последовательными положениями режущей кромки за один оборот сверла.

Измеряется она в направлении, перпендикулярном к режущей кромке. По

отношению к одной кромке

Ширина срезаемого слоя b измеряется вдоль режущей кромки сверла и

равна ее длине:

Площадь поперечного сечения срезаемого слоя, приходящаяся: на обе

режущие кромки

на одну режущую кромку:

Основное (машинное) время при сверлении и рассверливании

вычисляется по формуле

где L — длина прохода сверла в направлении подачи в мм (рис. 38):

l — глубина сверления в мм; l1 - величина врезания в мм; l2 - величина

перебега (1—2 мм); s — подача в мм/об; n — частота вращения сверла в об/мин.

Рис. 38. Элементы пути, проходимого сверлом:

а - при сквозном сверлении на проход; б - при глухом сверлении;

в -при рассверливании

Процесс резания при сверлении во многом аналогичен точению, но имеет

и ряд особенностей. Упруго-пластическому деформированию срезаемого слоя и

здесь сопутствуют различные физические явления: усадка стружки и ее

завивание, выделение тепла, наростообразование, упрочнение поверхностного

слоя (наклеп), трение стружки о поверхность винтовой канавки, трение задней

поверхности о поверхность резания и др. Наряду с этим процесс резания при

сверлении протекает в иных, более тяжелых условиях. Прежде всего, основную

работу при сверлении выполняют две главные режущие кромки; поперечная

кромка, или перемычка, имея угол резания более 90°, не режет, а мнет металл,

нагружая сверло и вызывая значительные силы сопротивления на этом участке

сверла.

По сравнению с точением выход стружки при сверлении более стеснен;

подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания также затруднен. Кроме

того, режущие кромки сверла на протяжении от периферии к центру имеют

переменный передний угол; изменяется также и скорость резания по длине

режущей кромки, что, в свою очередь, сказывается на изменении деформации в

смежных элементах по всей длине режущей кромки: деформация стружки к

центру сверла увеличивается.

Поперечная кромка, имея угол резания больше 90°, работает в тяжелых

условиях: она еще значительнее деформирует металл, создает повышенные

напряжения на этом участке режущего инструмента, что вызывает усиленный

износ поперечной кромки сверла. К тому же часть режущих кромок,

примыкающих к перемычке, при более стесненных условиях выхода стружки

имеет скорость резания, близкую к нулю. Направляющие фасонные ленточки, не

имея заднего угла, создают при сверлении значительное трение о поверхность

обрабатываемого отверстия, в результате чего сильно изнашиваются.

При сверлении пластичных металлов (сталей) получают, как и при

точении, сливную стружку и реже — элементную; при сверлении хрупких

металлов (чугуна и бронзы) получают стружку надлома. При сверлении также

наблюдается явление усадки стружки, образование наростов и

теплообразование. Принципиально роль тепла, наростов и условий их

образования та же, что и при токарной обработке.

Рис.39. Силы, действующие на сверло

На рис. 39 показана схема сил, действующих на сверло в процессе

работы. На каждую режущую кромку сверла действует равнодействующая сил

сопротивления Р, приложенная в некоторой точке А; на поперечную кромку

действует сила Рп к, направленная вверх, вдоль оси X, и пара сил, лежащая в

плоскости, перпендикулярной к оси сверла (на рис. 39, не показана); на каждую

ленточку (вспомогательную кромку) действует сила Р1 направленная по оси Z

перпендикулярно плоскости чертежа, и сила трения ленточки об обработанную

поверхность Рп, направленная вдоль оси X.

Для изучения влияния равнодействующей силы сопротивления Р

раскладыва-ем ее на три составляющие Рх, Ру и Pz, направленные

соответственно по осям X, Y и Z. При условии правильной (симметричной)

заточки главных режущих кромок и пренебрежения толщиной перемычки

равнодействующая сил, действующих по направлению оси Y, равна нулю, так

как в этом случае силы PY, равные по величине и противоположные по

направлению, уравновешиваются. Действующая вдоль оси сверла

равнодействующая сила Р0, называемая силой подачи, равна сумме проекций

сил, действующих вдоль оси X, т. е.

где Рп.к. - сила, создаваемая при внедрении в материал поперечной кромки; Рл

- сила трения ленточки сверла об обработанную поверхность.

Исследованиями установлено, что на поперечную кромку приходится

около 50% силы подачи, т.е. Рп. к ≈ 0,5Ро. Суммарный крутящий момент

сопротивления Мс, действующий на сверло, складывается из момента М от сил

Рz, момента Мп.к, создаваемого силами, действующими на поперечной кромке, и

момента Мл от сил трения на цилиндрических ленточках сверла, т. е.

Действующие на сверло в процессе работы осевая сила и крутящий момент

являются исходными для расчета сверла и частей станка на прочность и

деформацию, а также для определения мощности. Мощность, затрачиваемую на

сверление, подсчитывают по формуле:

где Мс — крутящий момент, действующий на сверло, в Нм ; n — частота

вращений сверла в об/мин.

Необходимая (потребная) мощность электродвигателя:

где η — к. п. д. станка.

Для определения величины момента и осевой силы применяют особые

приборы, называемые сверлильными динамометрами. Широко применяют

малоинерционные электрические динамометры с различными датчиками

сопротивления, а также гидравлические динамометры.

Зенкерование - процесс увеличения зенкером предварительно

подготовленного отверстия (литого, штампованного, просверленного) для

придания его стенкам более правильной геометрической формы и чистоты. Эта

операция может быть окончательной (при получении отверстия до 11-го

квалитета точности и до Rz 20) или предварительной (получистовой) — перед

развертыванием. Средние значения припусков под зенкерование (после

сверления) 0,5—3 мм на сторону.

Развертывание - процесс окончательной обработки отверстия разверткой

для получения более точных размеров (до 7-го квалитета точности) и меньшей

шероховатости обработанной поверхности (в пределах Rа 2,5…0,63. Припуск под

развертывание принимается небольшой - в среднем 0,15-0,5мм на сторону для

черновых разверток и 0,05-0,25 мм - для чистовых.

Рис. 40. Схема работы зенкера (а) и развертки (б)

Глубина резания равна полуразности диаметров отверстия до и

после обработки (рис. 40), т. е.

Подача при зенкеровании или развертывании выражается в

миллиметрах за один оборот инструмента (мм/об). Если обозначить подачу

зенкера или развертки через s, а число зубьев через z, то подача в

миллиметрах на один зуб (режущую кромку)

Толщина среза, снимаемая каждым зубом зенкера (развертки),

Ширина среза

Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на одну режущую

кромку зенкера (развертки),

Общая площадь поперечного сечения среза:

Скорость резания при зенкеровании (развертывании) определяется по

той же формуле, что и при сверлении, т. е.

где D — диаметр зенкера (развертки) в мм; п — частота вращения в

об/мин.

Основное (машинное) время при зенкеровании (развертывании)

определяется по формуле, аналогичной формуле сверления:

где L — длина пути, проходимая зенкером (разверткой) в направлении

подачи, в мм; l — глубина зенкерования (развертывания) в мм;

l1 — путь врезания, определяемый по формуле в мм; φ - главный

угол в плане; l 2 - перебег инструмента, равный 1—3 мм.

Силы резания. Равнодействующую сил сопротивления резанию при

зенкеровании (развертывании) можно разложить так же, как и при сверлении,

на составляющие силы Pz, Py и Рх, действующие в трех направлениях.

Тангенциальные силы, действующие в плоскости вращения зенкера

(развертки), создают момент сопротивления резанию М, преодолеваемый

механизмом главного движения станка. Силы, действующие вдоль оси,

преодолеваются приложением в механизме подачи соответствующей осевой силы

Рo. Силы Ру, противоположные по направлению, взаимно уравновешиваются.

Крутящий момент и силу подачи при зенкеровании (развертывании) можно

определить по формулам:

где См и Сp - коэффициенты, характеризующие обрабатываемый материал

и условия резания; D - диаметр зенкера (развертки) в мм; s - подача в мм/об;

t - глубина резания (припуск на обработку) в мм; хм, ум, uм, xр, yp и uр —

показатели степеней.

Значения коэффициентов и показателей степеней приведены в

соответствующих справочниках. При зенкеровании стальных заготовок,

имеющих σв = 75 кгс/мм2 (736 МПа), зенкером, оснащенным пластинками из

сплава Т15К6, См = 943; хм = 0,75; ут = 0,95; uм = 0,8.

Эффективную мощность, затрачиваемую на зенкерование (раз-

вертывание), определяют по формуле: