3.2. Режущий инструмент для сверления

Сверление является одним из самых распространенных методов получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло (рис. 3.2), с помощью которого получают отверстие в сплошном материале или увеличивают диаметр ранее просверленного отвер­стия (рассверливание). Движение резания при сверлении - вра­щательное, движение подачи - поступательное. На обычных сверлильных станках сверло вращается, будучи закрепленным в шпинделе станка, и одновременно перемещается в глубину обра­батываемой заготовки, которая неподвижно закреплена на столе станка. Режущая часть сверла изготовляется из инструментальных сталей (У12А, 9ХС, Р18, Р6М5, Р6МЗ и др.) и из твердых сплавов.

Как и резец, сверло имеет передний и задний углы. Передний угол  - угол между касательной к передней поверхности в рас­сматриваемой точке режущей кромки и нормально в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла.

Передний угол рассматривается в плоскости, перпендикулярной к режущей кромке (плоскость ББ, рис. 3.3). В каждой точке режущей кромки передний угол является величиной переменной.

Рис. 3.2. Части и элементы спирального сверла

Рис. 3.3. Передний и зад­ний углы сверла

Наибольшее значение угол γ имеет на периферии сверла, где в плоскости, параллельной оси сверла (плоскость АА), он равен углу наклона винтовой канавки ω. Наименьшее значение угол γ имеет у вершины сверла. На поперечной кромке угол γ имеет отрицательное значение, что создает угол резания больше 90°, а следовательно, и тяжелые условия работы. Такое резкое изменение переднего угла вдоль всей длины режущей кромки является большим недостатком сверла, так как это вызывает более сложные условия образования стружки. На периферии сверла, где наибольшая скорость резания и наибольшее тепловыделение, необходимо было бы иметь и на­ибольшее тело зуба сверла. Большой же передний угол уменьшает угол заострения, что приводит к более быстрому нагреву этой ча­сти сверла, а следовательно, и к наибольшему износу.

Изменение переднего угла сверла вдоль всей длины режущей кромки можно видеть из графического построения, приведенного на рис. 3.4. Винтовая линия при развертывании на плоскость представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника, одним катетом которого является шаг винтовой канавки, а дру­гим - длина окружности того диаметра, на котором образована винтовая линия.

Рис. 3.4. Изменение перед­него Рис. 3.5. Поверхности при

угла сверла вдоль режущей сверлении

кромки

Так как шаг винтовой канавки одинаков в любом осевом сечении, то, рассмат­ривая винтовую канавку на цилиндре диаметром D₁ < D видим, что угол ω₁ < ω, а так как в осевом сечении передний угол равен углу наклона винтовой канавки, то и γ₁ < γ, т. е. по мере приближения точки режущей кромки к оси сверла пе­редний угол уменьшается.

Задний угол α - угол между касательной к задней поверх­ности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла. Этот угол принято рассматривать в плоскости АА (рис. 3.3), каса­тельной к цилиндрической поверхности, на которой лежит рас­сматриваемая точка режущей кромки.

Действительное значение заднего угла во время работы иное по сравнению с тем углом, который мы получили при заточке и измерили в статическом состоянии. Это объясняется тем, что свер­ло во время работы не только вращается, но и перемещается вдоль оси. Траекторией движения точки будет не окружность (как это принимают при измерении угла), а некоторая винтовая линия, шаг которой равен подаче сверла в миллиметрах, за один его оборот. Таким образом, поверхность резания, образуемая всей режущей кромкой, представляет собой винтовую поверхность (рис. 3.5), касательная к которой и будет действительной плоскостью резания. Действительный задний угол в процессе резания α' заключен между этой плоскостью и плоскостью, касательной к задней поверх­ности сверла (рис. 3.6). Чем меньше диаметр окружности, на которой находится рас­сматриваемая точка режущей кромки, и чем больше подача s, тем больше угол μ и меньше действительный задний угол α '.

Чтобы обеспечить достаточную величину заднего угла в про­цессе резания в точках режущей кромки, близко расположенных к оси сверла, а также для получения более или менее одинакового угла заострения зуба вдоль всей длины режущей кромки, задний угол заточки делается на периферии 8 - 14°, а у сердцевины 20 - 27°; задний угол на ленточках сверла 0°.

Рис. 3.6. Углы режущих кромок сверла в процессе резания

Кроме переднего и заднего углов, сверло характеризуется углом наклона винтовой канавки ω, углом наклона поперечной кромки ψ, углом при вершине 2φ, углом обратной конусности φ ' (см. рис. 3.2). Угол ω = 18 - 30°, ψ = 55°, φ' = 2 - 3', у сверл из инструмен­тальных сталей 2 φ = 60 - 140°.

Спиральное сверло имеет ряд особенностей, отрицательно влияющих на протекание процесса стружкообразования при свер­лении: уменьшение переднего угла в различных точках режу­щих кромок по мере приближения рассматриваемой точки к оси сверла; неблагоприятные условия резания у поперечной кромки (так как угол резания здесь больше 90 °); отсутствие заднего угла у ленточек сверла, что создает большое трение об обработан­ную поверхность.

Для облегчения процесса стружкообразования и повышения режущих свойств сверла производят двойную заточку сверла и подточку перемычки и ленточки. В табл. 3.1 приведены различные формы заточки спиральных сверл из инструментальных сталей. Элементы заточки и подточки спиральных сверл даны на рис. 3.7.

При двойной заточке сверла вторая заточка производится под углом 2 φ_о = 70° на ширине В = 2,5 - 15 мм (рис. 3.7). Такая заточка повышает стойкость сверла, а при одной и той же стойкости позволяет увеличить и скорость резания.

Подточка перемычки (сердцевины) производится на длине l = 3 - 15 мм. От такой подточки уменьшаются длина поперечной кромки (размер А = 1,5 - 7,5 мм; см. рис. 3.7) и величина угла резания в точках режущих кромок, расположенных вблизи перемычки сверла. Для уменьшения трения ленточек об обрабо­танную поверхность (о стенки отверстия) производится подточка ленточек под углом α₁ = 6 - 8° на длине l₁ = 1,5 - 4 мм (форма ДПЛ), что приводит к повышению стойкости сверла.

Рис. 3.7. Элементы заточки и подточки спиральных сверл

При сверлении на большую глубину сверлом большого диамет­ра образуется широкая, трудно отводимая по канавкам стружка, что увеличивает трение и затрудняет подвод охлаждающей жид­кости к месту резания. Во избежание этого у сверл делают спе­циальные стружкоразделительные канавки, которые могут быть на передней поверхности сверла (рис. 3.8, а) и на задней (рис. 3.8, б). Глубина канавки примерно равна 0,05D, ширина примерно 0,07D. Такие канавки разделяют широкую стружку на несколько узких, облегчают условия работы сверлом, снижая силы, действующие при резании, и тепловыделение. Во избежание уве­личения диаметра отверстия и увода сверла в сторону от оси отверстия оно должно иметь после заточки режущие кромки оди­наковой длины и симметрично расположенные.

Таблица 3.1

Формы заточек сверл

Диаметр сверла в мм	Форма заточки	Обозначение	Эскиз	Материал заготовки
0,25–12*	Обыкновенная (нормальная) Обыкновенная с подточкой поперечной кромки	Н НП		Сталь; чугун Сталь с σв до 50 кгс/мм2
12 – 80	Двойная с подточкой поперечной кромки Двойная с подточкой поперечной кромки и ленточки	ДП ДПЛ		Сталь с σв > 50 кгс/мм2, с неснятой коркой; чугун с неснятой коркой Сталь с σв > 50 кгс/мм2, со снятой коркой; чугун со снятой коркой

Сверла, оснащенные пластинками из твердых сплавов, облада­ют высокой стойкостью, обеспечивают более высокую производи­тельность, повышают качество обработанной поверхности и в результате снижают затраты на обработку. Особенно эффективно применять сверла с пластинками из твердых сплавов при свер­лении чугунов и рассверливании чугунов и сталей. Твердосплавные сверла имеют передний угол γ = 0 - 7°, задний угол α = 8 - 16°, угол 2φ = 118 - 150°, γ_f = 0 на фаске f = 0,5 - 1,5 мм. При обра­ботке сталей рекомендуется применять твердый сплав Т15К6, при обработке чугунов - сплав ВК8.

У сверл с пластинками из твер­дых сплавов, как и у сверл, изготовленных из быстрорежущей стали, производится подточка перемычки (рис. 3.9) и двойная заточка под углом 2φ_о = 70°, В = 0,2D. Большое значение для успешной работы сверла с пластинкой из твердого сплава имеет симметричность заточки обеих режущих кромок. Биение по ре­жущим кромкам желательно иметь не более 0,02 мм, а по лен­точкам не более 0,03 мм.

Рис. 3.8. Стружкораздели­тельные Рис.3.9. Подточка пере-

канавки у сверла: а - по передней мычки у сверл, оснаще-

поверхности; б - по задней нных твердым сплавом

поверхности