9.4. Силы резания при сверлении

При сверлении в срезании стружки принимают участие два главных лезвия и перемычка. На каждом из главных лезвий действует сила резания, условно приложенная к точке режущей кромки, лежащей на радиусе D/4 (рис. 9.9). Эту силу резания раскладывают на:

P_z – касательная сила, касательная к окружности, на которой лежит точка приложения равнодействующей силы резания;

P_y– радиальная сила, проходящая через ось сверла;

P_x– осевая сила, параллельная оси сверла.

На другом главном лезвии действует аналогичная система сил.

Силы резания, действующие на перемычке, представляют только осевой силой P_xп(две другие силы, лежащие в плоскости, перпендикулярной оси сверла, во внимание не принимают, так как их влияние на силовые характеристики при резании невелико).

На каждую ленточку (вспомогательную кромку) действуют сила P_zл, направленная по касательной к окружности диаметром D, и осевая P_xл, направленная вдоль оси сверла (обе эти силы по характеру своему – силы трения).

Сумма проекций сил, действующих вдоль оси сверла, на ось Xбудет равна

. (9.16)

Указанную сумму сил называют осевой силой при сверлении. По ней рассчитывают на прочность детали механизма подачи станка.

Рис. 9.9. Силы, действующие на сверло

Измерения показывают, что 80% общего момента резания приходится на долю главных режущих кромок, 8% – на поперечную кромку и 12% – на трение стружки о сверло и ленточки об обработанную поверхность.

Для осуществления резания на конкретном станке необходимо, чтобы P₀ ≤P_max, гдеP_max – наибольшая сила, допускаемая механизмом подачи станка, а крутящий момент резанияМ_крдолжен быть меньше крутящего момента, развиваемого станком при определенном числе оборотов шпинделя, т.е.М_кр <М_ст.

По силе P₀и моментуМ_крможно рассчитать потребную мощность электродвигателя станка. Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение сверла, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

. (9.17)

Мощность, Вт, затрачиваемая на вращение:

, (9.18)

где М_кр– крутящий момент при сверлении,Hм;n– частота вращения сверла, мин^–1.

Мощность, затрачиваемая на движение подачи сверла, Вт,

где P₀– осевая сила, H.

Расчеты показывают, что и, следовательно, ею можно пренебречь. Поэтому

, (9.19)

или

где М_кр– крутящий момент,Hм;V– скорость резания, м/мин;D– диаметр сверла, мм.

Необходимая мощность электродвигателя станка

, (9.20)

где η – КПД станка.

Для уменьшения М_кри особенно P₀применяют различные методы подточки перемычки.

Влияние смазочно-охлаждающей жидкости. Исследованиями установлено положительное влияние жидкости на величину силы подачи и момента. Применение при сверлении жидкостей, и особенно поверхностно-активных, способствует уменьшению силы подачи и момента: на 10…35% при обработке пластичных металлов (сталей); 10…18% при обработке чугуна; 30…40% при сверлении алюминиевых сплавов по сравнению с обработкой всухую.

Влияние качества обрабатываемого металла. С изменением механических и физико-химических свойств обрабатываемых металлов изменяется и их сопротивление сверлению.

Характеристиками качества обрабатываемого металла, от которых зависит величина силы резания при сверлении, являются:

а) при обработке стали – временное сопротивелние σ_в;

б) обработке чугуна и бронзы – твердость HB.

Окончательный расчет крутящего момента, Нм, и осевой силы, Н, при сверлении ведут по формулам

; (9.21)

, (9.22)

где С_миС_р– коэффициенты, зависящие от свойств обрабатываемого материала, геометрии сверла и других условий обработки;D – диаметр сверла в мм;s– подача в мм/об;x_м,у_м,x_р иy_р– показатели степеней.

Заборная часть сверла с двойной заточкой (рис. 9.10) имеет две пары ломаных режущих кромок: коротких (В = 0,2 D) – под углом 2φ = 70° и удлиненных – под углом 2φ = 116…118°. Такие сверла отличаются от нормальных спиральных сверл повышенной стойкостью (в 2…3 раза большей при сверлении стали и в 3...6 раз – при сверлении чугуна). Это дает возможность повысить скорость резания при той же стойкости сверла на 15…20% по сравнению с одинарной заточкой. Повышение скорости резания, допускаемой такими сверлами, объясняется тем, что при двойной заточке уголки у ленточек получаются более массивными, режущие кромки у сверл удлиняются и улучшается отвод тепла.

Повышению стойкости сверла способствует также подточка поперечной кромки. Подточка увеличивает передний угол на участках вблизи поперечной кромки, одновременно уменьшает ее длину (размер А, см. рис. 9.10) увеличивает активную длину режущей кромки. Все это в совокупности облегчает процесс деформации и благоприятно влияет на стойкость сверла, которая повышается в 1,5…2 раза.

Рис. 9.10.Элементы двойной заточки сверла, подточки перемычки и ленточки

Цилиндрические ленточки сверла, предназначенные для направления сверла в процессе резания, не имеют заднего угла и создают значительное трение. Опыты показывают, что для уменьшения трения и облегчения процесса сверления целесообразно для образования заднего угла подтачивать цилиндрическую ленточку на длине l₁ =1,5…4 мм (см. рис. 9.10) оставляя ее ширинойf= 0,2…0,4 мм. Задний угол на этом участке ленточки α₁= 6…8°. Такая подточка (затылование) цилиндрической ленточки снижает трение, повышая тем самым стойкость сверл и допускаемую ими скорость резания на 10…15%. Подточка ленточки целесообразна для обработки заготовок с предварительно снятой коркой.

Влияние смазочно-охлаждающей жидкости.Применение жидкости для отвода тепла, образующегося при сверлении, не менее важно, чем при точении. Особенно важно применение охлаждения при сверлении пластичных металлов. Сверление с охлаждением дает повышение допустимой скорости резания в 1,4…1,5 раза.