Перелік контрольних питань.

1. Для чого застосовують спіральні свердла ?

2. З яких основних частин складається свердло ?

3. Скільки різальних лез має свердло ?

4. Назвіть основні складові різальної частини свердла.

5. Назвіть основні елементи та поверхні свердла.

6. Навіщо робочу частину свердла виконують зі зворотньою конусністю

7. Від яких конструктивних параметрів і фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу залежить величина кута  (нахилу гвинтової канавки) ?

8. Визначення допоміжного кута в плані _1.

9. Дайте визначення переднього і заднього кутів свердла ?

10. Як виміряти передній і задній кути свердла.

11. Що характеризує кут 2, його рекомендовані величини.

12. Як змінюється кут  в залежності від діаметра ?

13. Як змінюється кут  в залежності від діаметра ?

14. Як змінюється кут  в залежності від діаметра ?

15. Які ви знаєте конуси Морзе, їх призначення ?

Лабораторна робота № 4

Тема: Дослідження впливу елементів режиму різання на осьову силу і момент при свердлінні.

Мета роботи: ознайомлення з динамометрами, які використовуються для вимірювання осьової сили і крутного моменту, що виникають при свердлінні, проведення дослідження степені впливу геометрії свердла та елементів режиму різання на осьову силикрутний момент.

Зміст роботи

1. Ознайомлення з роботою свердлильного верстата 2Н118 та динамометром. Тарування свердлильного динамометра.

2. Експериментальне визначення зміни осьового зусилля крутного моментувід зміни діаметра свердла.

3. Експериментальне визначення зміни осьового зусилля і крутного моментувід зміни подачі свердлаS .

4. Обробка результатів дослідів.

4.1. Побудова графіків залежностей ,і знаходження аналітичного виразу цих залежностей.

4.2. Побудова графіків залежностей ,і знаходження аналітичного виразу цих залежностей.

Теоретичні відомості про сили різання при сверлінні

Свердління. Процес свердління протікає у більш складних умовах,серед яких наступні:утруднений відвід стружки і підведення охолоджуваної рідини;спостерігається значне тертя стружки по поверхні канавок свердла,тертя стружки і самого свердла по обробленій поверхні;швидкість різання уздовж ріжучої кромки міняється від максимальної до нуля;внаслідок збільшення V і γ у точках від центру до периферії свердла деформація зрізу вального шару,відповідно,зменшується.

Однак процес стружко утворення на невеликій ділянці ріжучої кромки свердла підкоряється тим же закономірностям і супроводжується тими ж явищами,що і при точінні. Різання при свердлінні здійснюється п’ятьма ріжучими кромками свердла:двома головними кромками,перемичкою(поперечною кромкою) і двома допоміжними кромками напрямних стрічок. На кожній з них діють три складові,аналогічні точінню. Загальна рівнодіюча сил різання при свердлінні складається із сил,що діють на всіх кромках свердла.

Для свердла розглядають наступні технологічні напрямки складових сил:паралельно осі свердла(напрямку подачі)-осьові складові (Р_хг -сили на головній ріжучій кромці, Р_х.П -сили на поперечній кромці,Р_хс -сили тертя на стрічках);сили,спрямовані перпендикулярно осі свердла(перпендикулярно обробленій поверхні)-P_yг і Р_zг -сили на головних ріжучих ріжучих кромках,Р_z.П -сили на обох частинах поперечної кромки і Р_zc -сили тертя на напрямних стрічках.Сили Р_zг і Р_zc спрямовіні по дотичнй до кола обертання у кожній точці ріжучих кромок.Суиу всіх осьових сил,що перешкоджають просуванню свердла у заготовку,називають осьовою силою Р_o або зусиллям подачі.

Р_o = Р_х.П +2 Р_хг +2 Р_хс (5.61)

Вимірювання показують,що осьова сила на перемичці Р_х.П становить до 57% від Р_o , вертикальні складові сили на головних ріжучих кромках 2Р_хг.-40% і вертикальні складові сил тертя на стрічках 2Р_хс -близько 3%.

Суму всіх радіальних сил,спрямованих перпендикулярно до осі свердла- P_yг , зазвичай не розглядають,тому що вважають,що вони взаємно врівноважені при симетричному розташуванні ріжучих кромок і параметрах геометрії свердла. У випадку відхилення від симетрії у геометрії свердла(наприклад,різна довжина головних ріжучих кромок) з’являється неврівноважена складова сили ΔP_y ,що приводить до відхилення свердла від осі свердління і розбиттю отвору.

Тангенціальні сили P_z створюють сумарний крутний момент опору різанню,що складається з моменту від сил Р_zг ,моменту від пластичного деформування і тертя на поперечній кромці-М_П і моменту від сил тертя на стрічках-М_С,тобто:

М_кр =М_гл.+ М_П + М_С (5.62)

Вимірювання показують,що 80% припадає на момент від сили Р_zг,8%-на М_П і 12% -на М_С.

Знання величини осьової сили і крутного моментунеобхідне для розрахунку свердлильних верстатів, свердел, пристроїв, точності оброблюваної деталі та інших інженерних розрахунків.

Сили різання, які діють на різальних лезах свердла, виникають внаслідок роботи, що затрачується на пластичні та пружні деформації металу, а також на подолання сил тертя стружки і свердла об стінки отвору.

Якщо умовно уявити собі, що сили сконцентровані в деякій точці А на головній різальній кромці свердла, то при розкладанні цих сил по трьом взаємоперпендикулярним осям координат X, Y, Z (аналогічно точінню) одержимо складові сили , , , прикладені до кожної різальної кромки (рисунок 4.1, а).

Складова діє вздовж осі Z по дотичній до напрямку обертового руху свердла, - повздовж осі X (осі свердла) в напрямку подачі свердла, - вздовж осі Y перпендикулярно осі свердла.

Аналогічно можна розкласти і сили, які діють на інші різальні кромки свердла (рисунок 4.1, б).

Сумарний крутний момент, який діє на свердло в процесі різання, буде складатись із моментів, утворених силами, що діють на:

а) головних різальних кромках ;

б) поперечній різальній кромці ;

в) стрічках .

Враховуючи, що сили діють на плече рівне D/4, крутний момент, який виникає від дії цих сил, можемо підрахувати за формулою

Крутний момент утворений силами , що діють на плечі a/4, де a – ширина поперечної кромки (a=0.16D), визначається за допомогою рівняння

.

Крутний момент утворений силами , що діють на плечі рівному D/2 визначається за рівнянням

Тоді сумарний крутний момент на свердлі рівний

.

Результати дослідів показують, що найбільшу частину сумарного моменту (75-80%) складає крутний момент на головних різальних кромках . Момент на стрічках– 15-20%, момент на поперечній кромці – 5-10%.

По величині сумарного крутного моменту проводиться розрахунок потужності необхідної на різання, а також розрахунок на міцність механізму головного руху свердла.

Сумарна осьова сила (сила подачі ) складається із сил, які діють на головних різальних кромках (), на поперечній кромці () і на стрічках (). Тоді сумарна осьова сила

Осьова сила на поперечній різальній кромці () складається з 40-60% від сумарної сили, а осьова сила на стрічках () буде мала, тому нею нехтують.

Сили , які діють на обох головних різальних кромках свердла і направлені назустріч одна одній) теоретично повинні врівноважуватись, але внаслідок неточності заточки свердла (неоднакової величини кутів в планіі довжини головних різальних кромок) сили нерівні. Тому з'являється рівнодіюча силанаправлена в сторону більшої сили. Під дією рівнодіючої відбувається «розбивання» отвору (збільшення діаметру отвору в порівнянні з діаметром свердла). «Розбивання» отвору викликає другу макрогеометричну похибку – відхилення осі свердла від геометричної осі отвору, так як свердло перестає своїми стрічками центруватись в отворі.

а)

б)

Рисунок 4.1. Сили різання при свердлінні

Вплив конструктивних елементів свердла на силові характеристики процесу свердління різний. Більша частина – близько 80% припадає на головні різальні кромки свердла. На перемичку припадає більша частина– близько 57%. По зміні величиниіможна судити про стан свердла в процесі різання) якщо спостерігається різке збільшення, то це відповідає переважному зношуванню головних різальних кромок свердла. Різке зростаннясвідчить про переважне зношування перемички. Із збільшенням подачі і діаметра свердла збільшується площа січення шару, який зрізається головними різальними кромками, внаслідок чогоізростають. Але подача і діаметр свердла наівпливають неоднаково.

Поскільки

; ;

то при будь-яких видах робіт товщина зрізуваного шару на складові сили різання впливає менше ніж ширина, то і подача на ітакож впливає менше ніж діаметр свердла. У формулах

;

вказана обставина виражається неоднаковою величиною показника степені і.

Зусилля подачі сприймається механізмом подачі верстата. По величиніпроводиться розрахунок на міцність деталей механізму подачі верстата.Основний вплив на осьову силуі крутний моментвиявляють кут нахилу гвинтової канавки –, подвійний кут в плані –та кут нахилу перемички -.

Рисунок 4.2 Залежність івід кута нахилу гвинтової канавки.

Рисунок 4.3 Залежність івід подвійного кута в плані.

Рисунок 4.4 Залежність івід кута нахилу перемички.

Збільшення кута нахилу гвинтової канавки зменшує як осьову силу так і крутний момент, але осьова сила зменшується інтенсивніше (рисунок 4.2).

З рисунка також видно, що вплив кута наіпомітний лише при кутах<30-35⁰. Подальше збільшення кута практично не впливає на зміну і. Експериментально встановлений вплив кутанаізв'язаний з тим, що збільшення кутавикликає збільшення переднього кута, а це знижує сили різання на головній різальній кромці.

Вплив подвійного кута в плані наіпри свердлінні аналогічний впливу кутана силиіпри точінні (рисунок 4.3). При збільшенні кутавідношенняb/a – ширини зрізувального шару до товщини зменшується. Це повинно зменшити силу на головній різальній кромці, і як наслідок, величину крутного моменту.

Так само, як і при точінні, збільшення кута при свердлінні приводить до збільшення кута між головною різальною кромкою і напрямом руху подачі, що збільшує осьову складову сили різання на головних різальних кромках і осьову силу.

Кут нахилу перемички на осьову силу і крутний момент впливає найблільш складно (рисунок 4.4). З однієї сторони, збільшення кута викликає зменшення довжини перемички, що повинно трохи зменшити крутний момент і значно – осьову силу. З іншої сторони, при збільшенні кутазбільшується довжина головних різальних кромок і їх ділянок з малою величиною статичного кута_с . Останнє повинно привести до збільшення як так і. Такий протирічний вплив кутаприводить до того, що при його збільшеннібезперервно росте, аспочатку зменшується, а потім зростає. Мінімумвідповідає куту=50-55⁰.

Вплив параметрів процесу різання на осьову силу і крутний момент.

Діаметр свердла і подача.Чим більше діаметр свердла і величина подачі,тим більше площа поперечного перерізу зрізуваного шару,більше об’єм деформованого матеріалу і опір стружко утворенню,тим більше осьова сила і крутний момент від сил опору різанню.Але якщо подача впливає на параметри Р_o і М_кр приблизно однаково,то діаметр свердла впливає на крутний момент більше,ніж на осьову силу.Останнє пояснюється тим,що при збільшені діаметра збільшується і плече,на якому діють тангенціальні сили.Різний вплив діаметра свердла і подачі враховується показниками степеня у формулах для розрахунку осьової сили Р_o і моменту М_кр.

Геометричні параметри свердла суттєво впливають на Р_o і М_кр.Так,зі зростанням кута нахилу гвинтової канавки ω(рис. 4.1,а) збільшується передній кут γ,а з начить,полегшується процес стружко утворення,і зменшуються Р_o і М_кр.

Кут 2φ впливає на Р_o і М_кр аналогічно куту в плані токарного різця,змінюючи співвідношення між шириною і товщиною зрізуваного шару.Зі збільшення φ, М_кр зменшується,а Р_o -зростає(рис.4.1,б)

Довжина поперечної кромки К впливає на Р_o сильніше,чим на М_кр (рис.4.1,в).Для зменшення Р_o виконують спеціальне підгострювання перемички.

Оброблюваний матеріал.Чим вище границя міцності R_m або твердість НВ оброблюваного матеріалу,тим більше осьова сила і крутний момент.Ці залежності можуть бути виражені наступними рівняннями:

-при обробці сталі свердлами зі швидкорізальної сталі:

Р_o=С₁R^0.75 _m ; М_кр=C₂R^0.75_m ; (5.67)

Р_o=С₁R^0.75 _m ; М_кр=C₂R^0.75_m ; (5.67)

-при обробці сірих чавунів свердлами,оснащеними твердим сплавом:

Р_o=С₃HB^0.6 ; М_кр=C₄HB^0.6 . (5.68)

Мастильно-охолоджувальні рідини(МОР).Застосування при свердлінні МОР,як правило,рекомендується і викликає у порівнянні з обробленням насухо зменшення осьової сили і крутного моменту на 10-30% при обробці сталей,на 10-18% при обробці чавунів і на 30-40% при обробці алюмінієвих сплавів.

Рисунок 4.5. Вплив геометричних параметрів сверла на Р_o і М_кр.

Глибина свердління.Зі збільшенням глибини свердління умови різання погіршуються.Відвід стружки і підведення свіжої охолоджувальної рідини утруднюються,тепловиділення збільшується.Все це призводить як до зниження стійкості свердла,так і до підвищення осьової сили та крутного моменту.

Зношування свердла.Зі збільшенням зношування свердла по заданій поверхні сила Р_o і момент М_кр збільшуються;затуплене свердло у порівнянні з гострим підвищує ці параметри на 10-16%.

Для розрахунку осьової сили і моменту при свердлінні використовують емпіричні формули:

Р_o=10C_pD^ZpS^YpK_p,H (5.69)

M_різ=10C_mD^ZмS^YмK_M,Hм

де C_p і С_м -коефіцієнти,що характеризують матеріал і умови його оброблення;D-діаметр свердла у мм; S-подача у мм/об;z_p ,y_p ,z_м ,y_м -показники степенів;K_p ,К_м -загальні поправочні коефіцієнти на зміну умов оброблення.