С

верло — один из самых распространенных видов инструмента, служащий для образования отверстий в сплошном материале (сверления), а также для рассверливания пред­варительно подготовленного отверстия классов точности

4— 5 и рассверливания конических углублений. Наиболее рас­пространенными типами сверл являются: спиральные .(винтовые), перовые, кольцевые, эжекторные, одностороннего резания, ком­бинированные. Типичным представителем этого вида инструмента является спиральное сверло.

Спиральное (винтовое) сверло получило такое название бла­годаря наличию винтовых канавок. Режущие кромки сверла (рис. 6.1) прямолинейны и наклонены к оси сверла под некоторым углом <р. Передняя грань 1 сверла представляет собой линей — чатую, открытую, конволютную винтовую поверхность. Линей­чатую потому, что она представляет собой геометрическое место 2 прямых линий 7 (режущих кромок); винтовую потому, что об­разована путем винтового с постоянным шагом перемещения пря­мых (режущих кромок); конволютную потому, что образующие прямые 7 не совпадают с касательными к направляющей кривой; открытую потому, что образующая поверхности не пересекает продольную ось. Линии 3 образуют первое семейство винтовых линий с постоянным шагом.

Задняя поверхность сверла 4 (плоская, коническая, цилиндри­ческая или винтовая) также образована двумя параметрическими семействами кривых 5 задней поверхности и линейчатых образую­щих 6. Прямая 7 на пересечении передней и задней поверхностей представляет собой главную режущую кромку сверла, прямая 8 на пересечении двух задних поверхностей — поперечную кромку сверла. Поверхность 9 нерабочей стороны канавки образована двумя параметрическими семействами: семейством кривых 10 нерабочей стороны и семейством винтовых линий И того же шага, что и винтовые линии передней грани.

Основные типы и размеры централизованно выпускаемых сверл приведены в табл. 6.1.

Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком Короткая серия (ГОСТ 4010—77) — d = 1,0+20 мм; L — = 32+ 130 мм; I = 6+65 мм; средняя серия (ГОСТ 10902—77) — d — 0,25+20 мм; L = 20+205 мм; I = 3+140 мм; длинная серия (ГОСТ 886—77) — d= 1,95+20 мм; L — 85+255 мм; I — 55+165 мм; сверла спиральные с коротким цилиндриче­ским хвостовиком, длинная серия (ГОСТ 12122—77) — d = = 1,0+9,5 мм; L = 48+155 мм; / = 25+110 мм

Конус Морзе •

		О 1 , ем’ — СЫ ( т-г Hit *
г т
и

Сверла спиральные малоразмерные с утолщенным цилин­дрическим хвостовиком (ГОСТ 8034—76) Короткие — d — 0,1+ 1,0 мм; L = 14+25 мм; I — 0,6+6 мм; длинные — d = 0,1+ 1,0 мм; L = 14+32 мм; 1= 1,2+12 мм

Сверла спиральные с коническим хвостовиком (ГОСТ 10903—77) d — 6+80 мм; L = 140+515 мм; I — 60+260 мм, конус Морзе № 1—6; сверла удлиненные (ГОСТ 2092—77) — d = = 6+30 мм; L = 225+395 мм; I = 145+275 мм, конус Морзе JVb 1—3; сверла длинные (ГОСТ 12121—77) — d = 6+30 мм; L = 160+350 мм; I = 80+230 мм

Исполнение II

Сверла спиральные, оснащенные пластинками из твердого сплава, для сверления чугуна С цилиндрическим хвостовиком (ГОСТ 22735—77) — d = = 5,0-т-12,0 мм; L = 70-т* 120 мм; I = 36-і-70 мм

зЭ-

Конце Морзе

JL

С коническим хвостовиком (ГОСТ 22736—77) — d = 10+ ~ 30 мм; ^укор =: 140” 275 мм; /укор == 60” 12о мм; ^норм — = 170+325 мм; /Норм = 90^ 175 мм, Конус Морзе № 1—4

Сверла спиральные цельные твердосплавные с цилиндриче­ским хвостовиком для обработки труднообрабатываемых ма­териалов Короткая серия, цельнотвердосплавные (ГОСТ 17274—71) — d — 1,0-v-12,0 мм; L = 32+100 мм; I = 6+50 мм

•в;

Исполнение 1

Средняя серия, с капайной цельнотвердосплавнсй рабочей частью (ГОСТ 17275—71) — d — 3,0+ 12,0 мм; L = 75+120 мм; I — 24+ 70 мм; 1г = 55+ 75 мм (исполнение 1) или 1Х = 48+ +65 мм (исполнение 2)

Исполнение 1

Исполнение 1

Сверла спиральные цельные твердосплавные с коническим хвостовиком для обработки труднообрабатываемых материалов (ГОСТ 17276—71) d = 6,0+12,0 мм; L — 120+170 мм; / = 40+70 мм; 1г = = 42*г — 75 мм (исполнение 1) или /2 = 36+ 65 мм (исполнение 2)

Сверла спиральные для обработки (ГОСТ 17273—71) d = 1,5+6,5 мм; L = 35+65 мм; / = 5+25 мм; йг = 4,0-т +10,0 мм

Сверла спиральные твердосплавные для обработки отверстий в печатных платах (ГОСТ 22093—76, ГОСТ 22094—76) d = 0,4+2,5 мм; L = 30+38 мм; I = 3+15 мм

цельные твердосплавные труднообрабатываемых

укороченные материалов

—Н" чз

Основными конструктивными элементами спиральных сверл являются: рабочая (режущая) часть и корпус с элементами креп­ления.

Рис. 6.1. Форма рабочей части спи­рального сверла

Рабочая часть обеспечивает съем припуска, перемещение потока стружки, направление сверла при обработке, достаточный запас на переточку в процессе эксплуатации. Изготовляется она из соответствующего инструментального материала и характери­зуется геометрическими парамет­рами углов заточки, формой и профилем участков, образующих режущие кромки, формой самих кромок, габаритными размерами, точностью исполнения и взаим­ного расположения режущих и направляющих элементов, качест­вом поверхностей. Материал ра­бочей части цельных сверл — сталь марки 9ХС, быстрорежущие стали и твердые сплавы группы ВК, приведенные в гл. 2. Мате­риалы рабочей части напайных сверл — пластинки из твердого сплава группы ВК.

Сверла из быстрорежущих ста­лей диаметром свыше 8 мм (сверла с цилиндрическим хвостовиком) и свыше 6 мм (сверла с кониче­ским хвостовиком) должны изго­товляться сварными, с хвостовой частью из углеродистых сталей.

Допускается изготовление цель­ными сверл диаметром до 12 мм из светлотянутой шлифованной или полированной стали (сереб­рянки). Кроме сварки соединение быстрорежущей рабочей части с хвостовиком из углеродистых сталей допускается осуществлять и другими способами, гаран­тирующими качество соединения не хуже, чем при сварке.

Твердость рабочей части сверл из быстрорежущих сталей диаметром до 5 мм должна быть HRC 62—64, диаметром свыше 5 мм — HRC 62—65. Рабочая часть сверла из кобальтовых (Со ^ 5%) и ванадиевых (V >3%) быстрорежущих сталей должна быть выше на 1—2 ед. HRC, а твердость сверл с рабочей частью из стали 9ХС — на 1—2 ед. HRC ниже твердости сверл из быстрорежущих сталей. Твердость рабочей части малораз­мерных быстрорежущих сверл должна быть для сверл диаметром до 0,7 мм, равна HRC 59—62; для сверл диаметром свыше 0,7 мм,— HRC 60—63. Твердость рабочей части измеряется на длине
винтовой канавки, уменьшенной на величину не более 1,5 диаме­тров сверла (для цельных сверл) или на длине рабочей части, умень­шенной со стороны сварного шва на величину не более 1,5 диамет­ров сверла, но не менее чем на 2/3 длины винтовой канавки (для сварных сверл).

Корпуса сверл, оснащенных пластинками из твердых сплавов, выполняются из сталей марок Р9, 9ХС, 40Х, 45Х. Стали марок Р9 и 9ХС применяются для корпусов сверл одного диаметра с ре­жущей частью, стали марок 40Х и 45Х применяются при изго­товлении корпусов, диаметр которых меньше диаметра режущей части. Корпуса из стали марки Р9 диаметром от 6 мм (сверла с ко­ническим хвостовиком) или диаметром 8 мм (сверла с цилиндри­ческим хвостовиком) должны изготовляться сварными, с хво­стовиком из углеродистых сталей. Твердость корпусов, измеренная аналогично сверлам из быстрорежущих сталей, должна быть HRC 40—50 — для корпусов из сталей марок 40Х и 45Х; HRC 56—62 — для корпусов из сталей марок 9ХС и Р9. Корпуса сверл из стали марки 9ХС за твердосплавной пластинкой на участ­ке, равном длине пластинки, могут иметь твердость на 10 ед. HRC ниже. Рабочая часть цельных твердосплавных спираль­ных сверл и монолитных сверл изготовляется из твердых сплавов марок ВК6М, ВК8, В К ЮМ или из других марок сплавов в соот­ветствии с техническими условиями на заготовки сверл (гл. 10). Материал хвостовиков составных цельных твердосплавных сверл — сталь 45 или 40Х. Соединение твердосплавной рабочей части со стальным хвостовиком производится пайкой (припоями J168, Пср-40) или другими методами, гарантирующими качество соеди­нения. Рабочая часть быстрорежущих сверл диаметром свыше 6 мм может быть цианирована, обработана в среде перегретого водяного пара или подвергнута иной упрочняющей обработке.

Твердость поводков сверл с цилиндрическим хвостовиком и лапок у сверл с коническим хвостовиком должна быть HRC 30— 45. Рабочая часть сверл по длине ограничивается длиной стружеч­ных канавок у цельных сверл или длиной пластинок твердого сплава — для сверл, оснащенных пластинками.

Участки сверла, производящие резание, образуют режущую часть СЕерла. Режущая часть (рис. 6.2) содержит две главные /, две вспомогательные 2 и одну поперечную 3 режущие кромки (иногда поперечную кромку также разделяют на две кромки, при­мыкающие к каждой из главных режущих кромок, что более точно).

Главные режущие кромки наклонены к оси сверла под углом в плане <р. Обычно на чертежах и в литературе приводится не угол <р, а его удвоенное значение — 2<р. Кроме того, режущие кромки образуют с основной плоскостью положительный угол способствующий отводу стружки к хвостовику сверла. Попереч­ная кромка с проекциями режущих кромок на плоскость, перпен­дикулярную оси сверла, образуют угол ф.

Угол ф сверла определяет толщину среза при работе сверла, соотношение между радиальными и осевыми силами резания, а также длину режущих кромок. С увеличением угла <р возрастает осевая составляющая Рх равнодействующей силы резания, а тангенциальная составляющая Рг уменьшается, длина режущей кромки также уменьшается, что ухудшает отвод теплоты из зоны резания. С уменьшением угла <р, наоборот, составляющая Рх уменьшается, а составляющая Рг увеличивается. При этом увели­чивается длина режущей кромки и, следовательно, улучшается

След тредней поверхности.

Рис. 6.2. Геометрические параметры режущей части сверла

теплоотвод от кромок сверла. Так, е уменьшением угла 2<р от 120 до 90° составляющая Рх снижается на 20—30%, а крутящий момент возрастает на 10—15%. Острая вершина способствует лучшему внедрению сверла в обрабатываемый материал, однако при обработке металлов малые значения углов 2<р встречаются редко. Обычно, значения углов 2ср для стандартных быстрорежущих сверл принимаются равными 118—120°, а для твердосплавных сверл — 130—140°.

Наиболее напряженным участком сверла является участок перехода от главных режущих кромок к вспомогательным (лен­точкам). Для снижения тепловых нагрузок на эти участки сверло обычно выполняют с переходной кромкой шириной около 0,2d, расположенной под меньшим углом фі (2фх < 2ф). В ряде случаев главные режущие кромки делают криволинейными с выпуклостью в сторону обрабатываемой поверхности. Переходный участок от главных к вспомогательным кромкам при этом может иметь угол 2фі = 0, благодаря чему обеспечивается плавное сопряжение главных и вспомогательных задних поверхностей сверла.

Передний угол у главных режущих кромок спиральных сверл определяется В цилиндрическом ИЛИ нормальном Ун се­чениях. При отсутствии подточки по передней поверхности перед­ний угол в цилиндрическом сечении в каждой точке режущей кромки ух равен углу наклона винтовой линии канавки, проходя­щей через эту точку, и может быть определен из зависимости

tgY*=tg(0, = -^tg(D,

где гх — радиус цилиндрического сечения через рассматриваемую точку; ух — передний угол в цилиндрическом сечении в рассма­триваемой точке сечения; со* — угол наклона винтовой линии в этом сечении; г — радиус периферийных кромок; со — угол наклона винтовой канавки на наружном диаметре.

Передний угол в нормальном к режущей кромке сечении для рассматриваемой точки может быть рассчитан по формуле

tgYjv, = tg cousin ф.

Как видно из формул, передние углы как в нормальном, так и в цилиндрическом сечении сверла по длине режущей кромки переменны. Передний угол в нормальном сечении yNx принимает значения от приблизительно равных углу наклона винтовой ли­нии (у ленточек сверла) до отрицательных значений у поперечной кромки (рис. 6.3). Таким образом, характерной особенностью спи­ральных сверл является резкое изменение переднего угла по дли­не режущей кромки.

Передние углы на поперечной режущей кромке также имеют большие отрицательные значения (до —60°). При таких передних углах поперечной кромки последняя практически не режет, а вдавливается и скоблит дно отверстия, что также является ха­рактерной особенностью спиральных сверл. Улучшение распре­деления передних углов вдоль главных режущих кромок можно осуществить за счет изменения формы самих режущих кромок либо в продольном, поперечном или в обоих направлениях, либо путем подточки сверла по передней поверхности. Примером пер­вого способа усовершенствования распределения передних углов вдоль режущей кромки является создание сверл с выпуклой режущей кромкой. Примером второго способа являются широко распространенные способы подточки передней поверхности сверл. Улучшение передних углов поперечных кромок производится, главным образом, подточкой, которая обычно совмещается с под­точкой передней грани. Формы подточек режущей части попереч­ной кромки сверла приведены на рис. 6.4. При изменении формы режущих кромок неизбежно изменяется профиль поперечного сечения сверла, могут ухудшиться стружкоотвод, ослабиться поперечное сечение и появиться концентраторы напряжений.

■ез

Рис. 6.4. Формы подточек режущей части и попереч­ной кромки сверла

<р=55с

Л

Рис. 6.3. Характер изменения уг­лов удг, а, Я вдоль главных режущих кромок сверла

Поэтому обязательным условием при выборе профиля попереч- ного сечения должен стать его прочностной расчет, а также рас- чет, связанный с профилированием инструмента (фрез, шлифоваль- ных кругов), с помощью которого можно изготовить выбранный профиль. В меньшей степени изменяются передние углы на сверлах, оснащенных пластинками из твердых сплавов. Пластинки «вре- заются» обычно в корпус под нулевым углом (параллельно оси сверла), при этом передний угол на периферии близок к нулю, а у сердцевины значения этого угла — отрицательные, в тех же приблизительно пределах, что и у цельных сверл.

Угол наклона главных режущих кромок сверла (к) также пе­ременен по их длине. Графики изменения углов yN, а и сверла по длине режущей кромки показаны на рис. 6.3. [47]. Угол наклона винтовых канавок сверла со (задается по на­ружному диаметру) оказывает существенное влияние на проч­ность, жесткость сверла, на стружкоотвод. С увеличением угла со увеличивается передний угол на периферии сверла, облегчается процесс резания, улучшается стружкоотвод, повы­шается крутильная жесткость сверла, а значит, и его устой­чивость против крутильных колебаний, но снижается осевая жест­кость сверла. Анализ влияния угла со на прочность и жесткость сверла будет приведен ниже. Влияние угла со на снижение крутя­щего момента и усилия подачи резко ощущается при изменении

угла со до 25—35°; дальнейшее увеличение угла со практически не приводит к снижению усилий резания, а только ослабляет срочность клина у периферии сверла, что вызывает необходимость подточки передней поверхности под меньшим, чем со, углом. Так, «шнековые» сверла, имеющие угол со = 45°, и специальные уни­версальные сверла ряда зарубежных фирм с углом со = 40° обязательно подтачиваются но передней поверхности. Для обыч­ных централизованно выпускаемых сверл угол со принимается равным 25—28° (для сверл диаметром до 10 мм) и 30—35° (для сверл больших размеров). Международная организация по стан­дартизации (ISO) рекомендует три диапазона значений угла со: у сверл (типа Н), предназначенных для обработки хрупких ма­териалов — чугунов, бронзы, латуни, — угол со = 10 + 16°; у сверл (типа N), предназначенных для обработки широкого круга материалов, образующих элементную стружку, угол со =25 + +35°; у сверл (типа W), предназначенных для обработки вязких материалов, таких как алюминий, бронза, силумин, угол со = 35+45°. Отечественными стандартами угол со не регламентируется и выбирается в зависимости от размеров сверл, оборудования для образования канавок и т. д. Постоянный угол со на всей длине ра­бочей части сверла не всегда оправдан. Тот участок рабочей ча­сти, который рационально использовать при переточках центра­лизованно выпускаемых сверл (этот участок целесообразно иметь по длине не более разницы длин сверл двух соседних серий — короткой и средней, средней и длинной), в общем случае должен иметь угол со, отличающийся от угла 6) на остальной ее части, предназначенной только для транспортирования стружки. Так, известны конструкции сверл, рабочая часть которых имеет на одном участке правую винтовую канавку (при правом резании), а на другом, прилегающем к хвостовику, — левую винтовую канавку. За счет этого осуществляется взаимная компенсация осевых деформаций при сверлении и сверло при работе деформи­руется в осевом направлении на незначительную величину. В технической документации кроме угла со часто задают шаг вин­товых канавок, который равен:

s = nd/tg со,

где d — диаметр сверла; со — угол наклона винтовой канавки, соответствующей диаметру d.

Задний угол а главных режущих кромок сверла, как и перед­ний, может измеряться в двух сечениях: в цилиндрическом а и нормальном aN. Углы а и aN связаны между собой зависи­мостью

tg а*, = tg a sin ф.

Распределение значений углов а и вдоль главной ре­жущей кромки определяется способом образования главных зад­них поверхностей режущей части сверла. На периферии сверла задний угол а задается в зависимости от размеров сверла и усло­вий обработки. Для стандартных быстрорежущих сверл а обычно принимается равным 14 ± 3°.

Форма и углы поперечной кромки зависят от формы задних поверхностей, метода заточки, параметров установки при заточке. Наиболее распространенными методами заточки сверл являются: одноплоскостная, двухплоскостная, коническая, цилиндрическая, винтовая. Название метода заточки связано с формой задней по­верхности. Более простым и технологичным является метод, на­зываемый одноплоскостной заточкой. При этом методе задняя по­верхность каждого зуба сверла представляет собой участок од­ной плоскости (рис. 6.5, а). Существует мнение, что заточка спи­ральных сверл по плоскости применима только для мелких сверл диаметром до 3 мм. Мнение это ошибочно и возникло, вероятно, потому, что для мелких сверл необходимы большие значения зад­них углов, которые близки к получаемым при одноплоскостной заточке. Ниже будет показано, при каких условиях возможна заточка спиральных сверл по плоскости. Возможности однопло­скостной заточки ограничиваются условиями наличия спада за­тылка между точками 1 и 2 задней поверхности. С достаточной для практики точностью условие наличия спада характеризу­ется зависимостью 0/2 ^ ^ — [х, где 0 — центральный угол канавки [55].

Сверла, имеющие угол 0/2 ^ ^ — |х, работают нормально, сверла, имеющие угол 0/2 < ^ — [л, работать не смогут.

Углы яр, ц, ф и задний угол в цилиндрическом сечении сверла у его периферии а связаны между собой зависимостью

ctg Ур = —!— (— Sin рЛ.

& т COS (Л ^ф г/

Из условия наличия спада затылка можно найти критическое значение угла

< 6/2 + |*.

Таким образом, при известных конструктивных параметрах сверла 0, [х, а (0 = 90ч-140°; (и = 8ч-30°; а = 6+25°), найдя значение ^ через ctg и сопоставив его с критическим значе­нием (^ < ^кр), можно определить возможность одноплоскостной заточки. Недостатком сверл с одноплоскостной заточкой является прямолинейная поперечная кромка. При работе без кондуктора такая кромка не обеспечивает центрирования сверла.

Двухплоскостная заточка (рис. 6.5, б) не требует специаль­ного оборудования и может быть рекомендована для оформления задних поверхностей сверла не только при их изготовлении, но, что более важно, при переточках сверл. Двухплоскостная заточка широко применяется в настоящее время при заточке твердосплав­ных сверл. Обычно угол наклона первой плоскости, образующей главную режущую кромку, принимается равным 5—15°, а угол наклона второй плоскости, удаляющей Лишний металл с затылка зуба сверла и формирующей переднюю поверхность, прилегающую к поперечной кромке, — 20—30°. Последнюю при этом иногда подтачивают. Поперечная кромка, образованная пересечением указанных плоскостей, пересекает обычно продольную ось сверла

Рис. 6.5, Формы задних поверхностей сверла в зависимости от метода заточки

(имеются разновидности двухплоскостной заточки, при которых ребро не пересекает ось сверла, но такие способы менее эффективны по приводимым ниже соображениям). Преимуществами двухпло­скостной заточки сверла являются: возможность получения прак­тически любых задних углов, необходимых с точки зрения реза­ния; образование заостренной, пирамидальной вершины, спо­собствующей самоцентрированию сверла в работе, а также съем металла с задних поверхностей.

Коническая заточка — один из наиболее распространенных методов заточки, при котором задняя поверхность режущей части сверла представляет собой участок конической поверхности, ось которой параллельна проекции главной режущей кромки сверла на плоскость, перпендикулярную оси, смещена относительно этой проекции на некоторую величину и наклонена к продольной оси сверла (рис. 6.5, в).

При цилиндрической заточке (рис. 6.5, г) задние поверхности режущей части сверла представляют собой участки цилиндриче­ских поверхностей, оси которых смещены относительно оси сверла и наклонены в продольной оси под некоторым углом. Метод на­ходит ограниченное применение.

При винтовой заточке (рис. 6.5, д) задняя грань сверла пред­ставляет собой часть развертывающейся винтовой поверхности. Винтовая заточка обладает рядом преимуществ перед методом ко­нической заточки. В частности, спад на задних винтовых поверх­ностях сверла более рационально распределяется по всей задней поверхности, в то время как при конической заточке этот спад неравномерный и на отдельных нерабочих участках недостаточ­ный. Форма поперечной кромки при винтовой заточке более вы­пуклая, что способствует лучшему самоцентрированию сверла в работе.

Винтовая заточка более универсальна, чем коническая, так как этим способом можно затачивать различные виды инстру­мента — сверла, зенкеры, метчики. Осевые нагрузки на сверла с винтовыми задними поверхностями (так же как и для сверл с двухплоскостными поверхностями) меньше усилий, возникающих при работе инструмента, заточенного другими методами. Харак­тер изменения задних углов в цилиндрических сечениях вдоль главных режущих кромок при различных формах задних поверх­ностей практически одинаков: задние углы увеличиваются от периферии к центру сверла. Углы на поперечной кромке меняккся при этом значительно.

Длина поперечной режущей кромки сверла в значительной степени определяет осевую составляющую усилия резания (по некоторым исследованиям доля осевой составляющей силы реза­ния может достигать 80%). Поэтому при подточке поперечной кро­мки кроме улучшения переднего угла стремятся уменьшить и ее длину. Подточку с целью уменьшения длины поперечной кромки необходимо производить и в процессе эксплуатации сверл — при их переточках. Длина поперечной кромки при подточках принима­ется равной 0, Id.

Вспомогательные задние поверхности сверла — его ленточки — имеют конусную (аЛ = 0) или затылованную (ал Ф 0) формы на всем протяжении рабочей части. В зоне режущего участка (на расстоянии 1—2 мм) ленточки иногда подтачиваются с неко­торым углом ал (ал = 10 + 12°) и уменьшением ширины до 0,1 — 0,3 мм. Централизованно сверла выпускаются как с подточкой по­перечной кромки (перемычки), так и без нее; ленточки при этом не имеют подточки. Ленточки сверла служат для его направления во время работы. Мелкоразмерные сверла (диаметром до 0,6 мм) могут изготовляться без ленточек, а направление инструмента в этом случае будет обеспечиваться всей спинкой сверла. Ширина ленточек должна быть возможно меньшей для снижения трения о направляющую втулку и обрабатываемое отверстие, но вместе с тем и обеспечить достаточную прочность ленточек, чтобы не

вызывать поломок последних в процессе работы. Обычно сверла выпускаются с ленточкой, ширина которой в нормальном сечении принимается равной значениям, приведенным на рис. 6.6, а. Иногда ширину ленточки определяют из соотношения fN = = (0,1 +0,5) Yd. Ленточки стандартных сверл, изготовленных из инструментальных сталей, на длине их рабочей части дол­жны иметь равномерную обратную конусность (уменьшение ди­аметра, измеряемого по ленточкам, по направлению к хвостовику): для сверл мелкоразмерных — на всей длине рабочей части 0,01 мм (для d = 0,1+0,6 мм) или 0,005+0,015 мм (для d — 0,6 +1,0 мм); для сверл по ГОСТ 886—77, ГОСТ 10902—77, ГОСТ 10903—77 и др. — 0,03—0,08 мм на 100 мм длины рабочей части (для d < < 10 мм); 0,04—0,1 мм (для d = 10+18 мм), 0,05—0,12 мм (для d > 18 мм). Сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава, имеют обратную конусность на длине пластинки 0,03—0,05 мм (для d = 5 + 10 мм) или 0,05—0,08 мм (для d = 10+30 мм). Сверла цельнотвердосплавные имеют обратную конусность 0,1 — 0,2 мм на 100 мм длины. Расчетами распределения касательных напряжений от кручения и сжатия сверла во время его работы выявлено большое влияние на характер распределения напряже­ний на спинке сверла формы переходного участка от спинки

инструмента к ленточке. Для снижения концентрации напряжений целесообразно этот переход выполнять возможно более плавно.

Профиль поперечного сечения сверла (рис. 6.7) определяет прочность, жесткость сверла, рациональное использование ме­талла, влияет на процесс стружкообразования, обеспечивает до­статочное пространство для размещения стружки. Основными эле­ментами профиля являются (см. рис. 6.1): сердцевина диаметром /С, канавка, спинка, криволинейные участки, соответствующие перед­ней винтовой поверхности и криволинейной задней винтовой по­верхности сверла.

Профиль поперечного сечения стандартных сверл не регла­ментируется и разными изготовителями выполняется по-разному.

Рис. 6.7. Профили поперечных сечений сверл: а — стандартный; б — профиль НПИЛ; в — с выпуклой передней гранью; г — шнековый; д — универсальный; е — со стружколомом

Для обычного сверла эта форма рассматривается ниже. Диаметр сердцевины сверла К в зависимости от номинального диаметра принимается равным: (0,2 + 0,3)d—для сверл диаметром до 3 мм; (0,15 + 0,2) d — для сверл диаметром 3—18 мм; (0,125 + +0,145) d—для сверл диаметром свыше 18 мм (рис. 6.6,6). Диаметр сердцевины цельнотвердосплавных сверл и сверл, осна­щенных пластинками твердого сплава, иногда принимается не­сколько больше. С целью упрочнения инструмента диаметр серд­цевины обычно выполняют переменным по длине рабочей части, увеличивающимся равномерно или неравномерно к хвостовику. Для таких сверл приведенные выше значения К относятся к на­чалу рабочей части (утолщение сердцевины до 1,7 мм на 100 мм длины).

Диаметр спинки сверла q оказывает влияние на его прочность и жесткость, но, с другой стороны, диаметр спинки определя­ется технологическими требованиями, в соответствии g которыми высота ленточки не может быть выполнена меньше определенной величины. Для сверл средней серии, изготовляемых методом фре­зерования, высота ленточки должна быть не меньше 0,2—0,3 мм; методом пластической деформации — 0,3—0,8 мм; методом вы* шлифовки —до 0,1—0,15 мм. По этим соображениям и диаметр спинки выбирают равным диаметру сверла за вычетом двух зна­чений высоты ленточки. Иногда диаметр спинки выбираю* из соотношения q = (0,99 + 0,98) d. Угол канавки сверла 0 обычно равен углу спинки или несколько больше его (на 2—3°). Из этого расчета и определяется ширина пера в нормальном к оси сверла сечении В0у а на чертежах обычно проставляется ширина пера в нормальном к направлению пера сечении В. Связь между ними определяется зависимостью

В = В0/cos со.

По аналогичной формуле можно перейти от ширины ленточки в нормальном к оси сверла сечении /0 к ширине в нормальном к пе­ру сечении. Участок профиля, соответствующий передней поверх­ности стандартного сверла, — криволинейный.

Уравнение кривой торцового сечения винтовой передней по­верхности имеет неудобный для использования в практической деятельности вид. Эта кривая обычно заменяется дугой окружности (см. рис. 6.1) радиусом RK = (0,75 + 0,9) d или двумя дугами (реже). Форма кривой зависит от диаметра сердцевины сверла К> угла в плане ф и угла наклона винтовой канавки на наружном диаметре сверла со. Переход от дуги окружности RK к спинке сверла диаметром q осуществляют радиусом гк = (0,22+0,28) d. Центры радиусов RK и гк находятся на прямой, проходящей через центр поперечного сечения сверла.

Площадь сверла, ограниченная рассмотренным профилем, занимает около 50—55% общей площади сечения отверстия. В ряде случаев (при обработке вязких материалов) этой площади недоста­точно для размещения образовавшейся при сверлении стружки. Для увеличения пространства целесообразно уменьшить площадь сечения корпуса и увеличить площадь сечения канавок. Очевидно, что при этом будет ослабляться поперечное сечение сверла, его прочность и жесткость будут уменьшаться. Вместе с тем стандарт­ное сечение сверла (рис. 6.7, о) не столь уж идеально с точки зре­ния прочности и жесткости. Как известно, при постоянной пло­щади наибольшей жесткостью на кручение обладает фигура с наименьшим полярным моментом инерции. Значение полярного момента инерции определяется (упрощенно) площадью фигуры и квадратом расстояния центра тяжести площади этой .фигуры. Наименьшим полярным моментом будет обладать фигура, площадь которой сосредоточена на минимальном радиусе, т. е, вблизи от оси сверла.

В рассмотренном стандартном сечении большая часть площади фигуры расположена у периферии сверла. Такая фигура обладает пониженным моментом сопротивления и пониженной жесткостью на кручение. Таким образом, с точки зрения жесткости на круче­ние профиль поперечного сечения сверла должен иметь наиболь­ший возможный диаметр сердцевины и такое распределение ширины участков в каждом слое, чтобы участки перьев, распо­ложенные у сердцевины, были более протяженными, чем участки у периферии. Изложенным теоретическим рассуждениям вполне отвечают профили некоторых видов спиральных сверл, получив­ших распространение в последние годы. К ним относятся, на­пример, сверло НПИЛ (рис. 6.7, б), шнековое сверло, профиль которого изображен на рис. 6.7, г, а также сверла, у которых диаметр сердцевины принимается равным до 0,5d. Сверла с пере­численными профилями отличаются исключительной жесткостью, работают на высоких подачах и обеспечивают повышение произ­водительности труда, но требуют подточки поперечной кромки. Вторым направлением повышения крутильной жесткости сверла является увеличение угла со наклона его винтовых канавок. Расчеты, проведенные на Сестрорецком инструментальном за­воде им. Воскова, показали, что при стандартном профиле по­перечного сечения его геометрическая характеристика /кй) при со = 20° в 1,2 раза превосходит геометрическую характеристику незавитого стержня /к0, при со = 30° — примерно в 1,5 раза, при со = 40° — в 1,8 раза. Таким образом, при неизменной пло­щади поперечного сечения сверла только за счет угла наклона его винтовой канавки можно почти в два раза повысить жесткость сверла на кручение. При этом несколько снизится осевая жест­кость сверла, но ее легко компенсировать незначительным увели­чением диаметра сердцевины. С другой стороны, используя при­веденные рассуждения и расчеты, можно путем увеличения пло­щади канавок, снижения площади поперечного сечения перьев и некоторого увеличения угла наклона винтовых канавок обеспе­чить увеличенное пространство для размещения стружки при постоянной жесткости сверла. Примером реализации такого на­правления являются конструкции сверл ряда зарубежных фирм [«Титекс» (ФРГ); «Шток» (Западный Берлин) и др.], а также сверл, поперечные сечения которых приведены на рис. 6.7, б—д. Профиль сверла, показанный на рис. 6.7, et содержит, кроме того, участки, обеспечивающие стружкодробление в достаточно широ­ком диапазоне обрабатываемых материалов и режимов обработки. В результате пространство для стружки увеличивается (объем свободного пространства увеличивается до 65%), жесткость сох­раняется на уровне стандартного сверла за счет увеличения угла со, а стружка приводится к наиболее компактному типу, легче раз­мещающемуся в канавках и легче удаляемому из зоны резания. Такие сверла получили название универсальных, так как позво­ляют вести обработку отверстий глубиной свыше 3d без выводов сверла из отверстия в достаточно широком диапазоне обрабаты­ваемых материалов.

Профиль поперечного сечения сверла оказывает также прямое влияние на жесткость при изгибе, жесткость при сжатии—растя­жении, жесткость при продольном изгибе. Исследование частот собственных изгибных колебаний сверл одного диаметра с одина­ковым профилем поперечных сечений показало, что разброс частот собственных колебаний сверл с различными углами на­клона канавок (0; 15; 35; 45°) незначителен и для каждой формы колебаний не превышает 15% [так, частота колебаний первой

Рис. 6.8. Голографические интерферограммы колебания сверл с винто­вой (<в = 35°) канавкой: а — первая изгибная форма; б — вторая из — гибная форма; в — крутильные колебания; г — третья изгибная форма

изгибной формы сверл диаметром 12 мм (рис. 6.8, а) составляет 540—630 Гц j. Величина декремента затухания колебаний при этом практически одинакова (сталь Р6М5, закаленная) и достаточно низка (6 = 0,1 ч-0,4% при напряжениях 20—130 МПа), что ха­рактерно для закаленных сталей. Голографическая интерферо — грамма колебания сверла с винтовой канавкой приведена на рис. 6.8. Как видно из рисунка, сверла имеют первую изгибную форму колебаний (на частотах ~600 Гц), аналогичную форме изогнутой оси балки, заделанной одним концом и загруженной изгибающей силой. Узел колебаний для первой формы расположен в заделке. Изогнутая ось сверла при второй форме (рис. 6.8, б) изгибных колебаний имеет два узла: в заделке и на расстоянии около 2d от режущей кромки. Частота колебаний при этом 4200— 3100 Гц. Совершенно неожиданным явилось появление на частотах порядка ~6000 Гц первой крутильной формы колебаний (рис. 6.8, в). Под действием изгибающей возбуждающей силы на этой частоте возникают «чистые» крутильные колебания. Третья изгибная форма колебаний имеет три узла (рис. 6.8, г) на сверлах обоих типов, но сверло с прямой канавкой на частоте ~7500 Гц начинает вести себя как пластинка, отдельные части которой на­чинают колебаться по-разному.

Наличие изгибных и крутильной форм собственных колебаний сверла позволяет сделать предположение, что во время работы под действием осевых, изгибающих и закручивающих сверло сил возможен переход от одной формы устойчивого равновесия стержня сверла к другой, причем превышение нагрузок на сверло, при­нявшего вторую форму изгибных колебаний, приводит к возникно­вению крутильной формы колебаний. Предположение о переходе одной устойчивой изгибной формы в другую изгибную высказы­валось в работе [11 ] и подтверждалось результатами эксперимен­тов. Возможность же перехода изгибной формы колебаний в кру­тильную на сверлах была замечена впервые[8].

Амплитуда колебаний участков сверл на рис. 6.8 может быть подсчитана из условия, что между линиями голографической интер* ферограммы участки смещены относительно друг друга приблизи тельно на 0,002 мм, при этом в узлах прогиб сверла равен нулю.

При рассмотрении профиля поперечного сечения сверла не следует забывать о его прочности, на которую оказывает влияние распределение напряжений на контуре сечения. На рис.6.9 при­ведена картина распределения касательных напряжений, рассчи­танная на ЭВМ для сверла (d =* 12 мм; q = 9,6 мм; К = 1,8 мм; В — 5,12 мм; /?к = 8 мм; гк = 4 мм; / = 1,8 мм) при его нагруже­нии крутящим моментом и осевой силой. Цифры между линиями обозначают диапазон касательных напряжений (0 — соответствует наименьшим напряжениям, 9 — диапазон наибольших напряже­ний). Сечение вытянуто по направлению одной из координат для удобства размещения его на ленте машины при печати. Как видно из рисунка, концентраторами напряжений в рассматриваемом про­филе поперечного сечения сверла являются следующие точки: у дна канавки со стороны передней грани, у дна канавки со сто­роны нерабочей ее части, на спинке сверла. При учете напряже­ний, создаваемых под влиянием винтовых канавок, напряжения на спинке возрастают в большей степени, чем напряжения у дна канавки, и наиболее напряженными участками оказываются участки спинки сверла. Поэтому рекомендуемые в литературе формулы для расчета напряжений от крутящего момента типа

т = MKV! W, где W = 0,02d3, не отражают действительной кар­тины распределения напряжений и недостаточно точны.

При расчетах на прочность за исходный принимается обычно профиль торцового сечения у вершины сверла (см. рис. 6.1). Однако в большинстве случаев стандартные сверла, как уже говог рилось, имеют утолщающуюся к хвостовику сердцевину. Поэтому прочность на кручение участков сверла, находящихся между

Рис. 6.9. Распределение касательных напряжений по се­чению сверла

торцовым сечением и хвостовиком, различна и увеличивается с увеличением диаметра сердцевины. Прочность на изгиб при этом изменяется в меньшей степени, чем увеличивается прочность на кручение, а изгибающий момент, действующий на сверло в произ­вольном сечении, увеличивается пропорционально расстоянию от этого сечения до вершины сверла. Поэтому суммарные напряже­ния от изгиба и кручения превысят напряжения от кручения в сечениях (у вершины сверла изгибающий момент равен нулю), достаточно близких к вершине сверла и всех остальных, рас­положенных в направлении к хвостовику, и влияние утолщения на суммарные напряжения, видимо, не столь уж существенно.

Необходимо отметить и еще одну, обычно не учитываемую, особенность сечения сверла при его расчетах. Размеры исходного

сечения сверла в расчетах принимаются при номинальных значе­ниях параметров, его характеризующих. При учете допускаемых отклонений на отдельные параметры сечения жесткость и проч­ность сечения могут значительно меняться. Стандартами же допуски на большинство параметров сечения не регламентируются. Поэтому при назначении допусков на параметры сечения сверла необходимо стремиться к тому, чтобы жесткость наименьшего сечения отличалась от номинального не более чем на 20%.

Задача по расчету на прочность и жесткость инструмента (не только сверла) должна быть увязана с решением задачи о его профилировании, что и имеет место на Сестрорецком инструмен­тальном заводе им. Воскова, где эти задачи решаются с помощью ЭВМ и являются частью общей задачи по расчету инструмента.

Выбор того или иного исходного профиля поперечного сече­ния сверла при его проектировании, а также выбор параметров этого профиля определяются в общем случае конструкцией сверла, формой его режущей части, длиной сверла, эксплуатационными требованиями и т. д.

Сверла каждого типоразмера имеют определенную длину рабочей части. Для стандартных сверл она приведена в табл. 6.1. Для специальных сверл длина рабочей части определяется исходя из эксплуатационных требований (глубина обрабатываемого от­верстия, работа с кондуктором или без него, работа в трудно­доступных для инструмента местах и т. д.) и требований по доста­точному ресурсу их работоспособности за счет переточек. Так как сверла могут быть переточены на длине до 0,75 от первоначальной длины рабочей части и при этом должны удовлетворять требова­ниям условий эксплуатации, то минимально допустимая длина рабочей части сверла определяется эксплуатационными требова­ниями, а номинальная длина устанавливается путем добавления к минимальной длине запаса на переточку. При этом рабочая часть сверла должна обеспечивать его достаточную жесткость, производительность сверления и качество обработки. При слиш­ком большой длине возможное число переточек сверла вырастает, но одновременно повышается возможность поломок инструмента и из-за низкой жесткости его требуется снижать режимы резания.

Исследования, проведенные канд. техн. наук А. А. Рыжкиным совместно с заводом им. Воскова, выявили наличие аномалий в поведении сверл при их переточках. На рис. 6.10 приведена за­висимость стойкости сверла от числа его переточек. Были исполь­зованы сверла средней серии (диаметром 10,2 мм), изготовленные из быстрорежущей стали, переточки которых осуществлялись в идентичных условиях, а слой металла, удаляемый при пере­точках, был равен 0,5—0,7 мм. Как видно из зависимости, стой­кость сверл при переточках изменяется в значительных пределах и общая суммарная стойкость сверл после всех переточек меньше, чем ожидаемая стойкость, рассчитанная по известной зависимости: Т0 = 77, где і — число периодов стойкости сверла; Т0 — общий
ресурс его работы; Т — нормальная стойкость сверла между пере­точками. Таким образом, увеличение длины рабочей части сверла для увеличения числа переточек не всегда оправдано ни с точки зрения повышения общего ресурса работы сверла, ни с точки зре­ния производительности сверления.

n’h

Сверла цельные твердосплавные имеют обычно укороченную рабочую часть, так как длина рабочей части сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, ограничена длиной пластинки.

части сверл, поверхностей ленточек не должен превышать Ra — = 0,63 мкм, поверхностей канавок — Ra = 1,25 мкм. Для сверл цельных твердосплавных параметр шероховатости не должен превышать Ra = 0,32 мкм для передних и задних поверхностей, прилегающих к режущим кромкам, и Ra = 0,63 мкм — для поверхностей ленточек.

Нецентричность сердцевины для сверл точного исполнения

Вид сверла	Диаметр сверла, мм	Нецен­ трич­ ность, мм
Быстрорежущие	До 1 1—2 2— 3 3— 18 18—30 30—50	0,03 0,04 0,05 0,1 0,15 0,20
Оснащенные пла­стинками из твердого сплава	До 18 18—30	0,1 0,25
Цельные твердо­сплавные общего на­значения	1—2 2— 3 3— 6 6—12	0,06 0,08 0,1 0,15

Точность изготовления сверл определяется нецен — тричностью сердцевины, радиальным биением ре­жущих кромок и ленточек и осевым биением режу­щих кромок, измеренным посредине режущей кром­ки, а для быстрорежущих сверл диаметром до 3 мм — кривизной(вместо биения).

Нецентричность сердце­вины для сверл точного исполнения приведена в табл. 6.2, а осевое бие­ние режущих кромок — в табл. 6.3. Радиальное бие­ние быстрорежущих сверл не должно превышать значений, приведенных в табл. 6.4.

Осевое биение режущих кромок сверл

Вид снерла	Диаметр сверла, мм	Оо:вое биение, мм
Быстрорежущие	До 6 6—10 Св. 10	0,05/0,12 0,10/0,18 0,20/0,30
Оснащенные пластинками из твердого сплава	5—10 Св. 10	0,06/0,12 0,08/0,15
Цельные твер­досплавные	1—3 3—12	0,02/0,04 0,04/0,06
Примечание. В числителе дано осевое биение для сверл точного исполнения і в знаменателе н» для сверл общего назначения.

Радиальное биение ре­жущих кромок и ленточек сверл, [оснащенных плас — Таблица 6,3

тинками из твердого сплава, в зависимости от точности изготовления приведено в табл. 6.5.

Радиальное биение ре­жущих кромок цельно­твердосплавных сверл не должно превышать значе­ний, установленных для их осевого биения.

Качественно новым ви­дом спиральных сверл яв­ляются сверла, профиль которых изготовлен мето­дом вышлифовки. Таким методом изготовляются сверла из быстрорежущих сталей диаметром до 12 мм

Таблица 6.4 Допустимое радиальное биение быстрорежущих сверл, мм Диаметр сверла, мм Сверла с цилиндрическим хвостовиком Сверла с кониче­ским хвостовиком Короткая серия Средняя и длинная серии гочного испол­ нения общего назна­ чения гочного испол­ нения общего пазна чения точного испол­ нения о щего назна­чения 3—10 Св. 10 0,04 0,06 0,06 0,08 0,06 0,08 0,08 0,12 0,08 0,12 0,12 0,16

Таблица 6.5 Радиальное биение режущих кромок и ленточек сверл, оснащенных пластинками из твердого сплава ЕЗид сперла Диаметр сверла, мм Радиальное биение, мм С цилиндрическим хвостовиком С коническим хвостовиком: укороченные » нормальные До 10 От 10 и выше До 10 От 10 и выше* » 10 » 0,06/0,08 0,08/0,12 0,06/0,08 0,08/0,12 0,12/0,16 Примечание. В числителе дано радиальное биение для сперл точного изготовления, в зна менателе — для сверл общего назначения.

и цельнотвердосплавные сверла диаметром до 6 мм. Высокое качество отделки поверхностей и высокая точность размеров обеспечивают при их эксплуатации повышение стойкости до семи раз, повышение качества обработки, расширение техноло­гических возможностей за счет обработки материалов, склонных к налипанию, вязких материалов и т. д. Конструкция и габарит­ные размеры таких сверл соответствуют стандартным.

В качестве материала рабочей части быстрорежущих вышлифо­ванных сверл обычно применяются кобальтовые быстрорежущие стали, а цельнотвердосплавных вышлифованных сверл — твер­дые сплавы группы ВК.

Расширение использования вышлифованных сверл происходит не только по объему. Постоянно расширяется и диапазон размеров такого инструмента. Осваивается выпуск быстрорежущих сверл диаметром до 16 мм (однопроходное шлифование) и диаметром до 40 мм (многопроходное шлифование). Осваивается также процесс вышлифовки твердосплавных сверл диаметром до 12 мм и выше.

Сверла с внутренними каналами. Повышение качества обра­ботки отверстий и производительности сверления может быть Достигнуто путем применения сверл с внутренними каналами для подвода смазочно-охлаждающих средств (СОС) в зону резания.

Таблица 6.6

Поправочные коэффициенты на снижение режимов обработки при сверлении глубоких отверстий спиральными сверлами

Отношение глубины отверстия к диаметру

Параметр

					Т
				/ 2	3

’a*** <§Г£ сь л» Со ьо ^ ІЗ §§• § ^ ||

Глуїїина сверленая (в диаметрах сверла)

Рис. 6.11. Изменение осевой си­лы Р0 (а) и крутящего момен­та Мкр (б) при сверлении отвер­стий различной глубины: 1 — сверла стандартного типа; 2 Сверла НПИЛ; 2 — сверла с отвер­стиями для подвода СОЖ

0,8 0,9

0,6

0,9 0,9

0,7 0,8

При этом качество обработки отвер­стий повышается за счет удаления из зоны резания частиц стружки и инструментального материала, а производительность — благодаря хо­рошему охлаждению режущих кро­мок инструмента, снижению сил ре­зания и ликвидации промежуточных выводов сверла из обрабатываемого отверстия. Следует отметить, что снижение крутящего момента в этом случае определяется, во-первых, влиянием температуры и объема по­даваемой СОС на усадку и размеры образующейся стружки, а, во-вто — рых, своевременным удалением стружки из стружечных канавок сверла. На рис. 6.11 показаны изменения крутящего момента iWKp и осевой силы P0i возникающие при углублении сверла в обрабатываемый материал [54] и приводящие к необходи­мости выводов инструмента при обработке глубоких отверстий или к снижению режимов резания. В табл. 6.6 приведены уста­новленные статистически поправочные коэффициенты на сни­жение режимов обработки при увеличении глубины сверле­ния по сравнению, с режимами, применяемыми при сверлении отверстий глубиной I до 2d. Применение же внутреннего подвода СОС позволяет работать без промежуточных выводов сверла и без снижения режимов обработки.

Скорость резания Подача

0,65

0,8

Если оценивать проблему выбора и создания нового инстру­мента для сверления отверстий с точки зрения его конструкции, то в этом случае внутренний подвод СОС открывает широкое поле деятельности. Объясняется это тем, что при создании конструкции сверла с внутренним подводом СОС могут не учитываться такие проблемы, как проблема пакетирования стружки, проблема по­тери режущих свойств режущими кромками в результате их ма­кронагрева (нагрев микрозон на границе контакта стружки и передней грани инструмента при этом не устраняется). В спе­циально разрабатываемых конструкциях инструмента с внутрен­ним подводом СОС в наибольшей степени могут проявиться совре­менные достижения в области расчета параметров инструмента, способного работать с максимальными подачами и производитель­ностью труда, с наибольшей эффективностью. Эффективность инструмента с внутренним подводом СОС определяется способ­ностью инструмента пропускать через его внутренние каналы достаточный объем СОС. С этой точки зрения сечение внутренних каналов необходимо максимально увеличивать. Вместе с этим увеличение сечения каналов неизбежно приведет к снижению прочности и жесткости сверла. Расчетами, проведенными на Сестрорецком инструментальном заводе им. Воскова и канд. техн. наук А. Л. Кирилленко, установлено, что каналы наиболее целесообразно размещать в перьях сверла, в районе центра впи­санной в перо окружности, так как в этом случае они будут ока­зывать наименьшее влияние на его жесткость. При этом диаметр каналов не должен превышать половины диаметра окружности, вписанной в перо сверла. Форма каналов (круглая, овальная или в виде криволинейного треугольника) не оказывает существенного влияния на жесткость сверла, если площадь их сечения одина­кова. Объем жидкости, пропускаемой в единицу времени, зависит от формы поперечного сечения каналов, влияющей на величину потери давления, причем наибольшая потеря давления имеет место в каналах треугольного сечения.

В настоящее время промышленностью выпускается ряд кон­струкций спиральных сверл с отверстиями, отличающихся ма­териалом рабочей части (быстрорежущая сталь или твердый сплав), способом подвода СОС (через хвостовик или через радиальные отверстия), способом изготовления (из специального проката с винтовыми отверстиями; из заготовок, полученных радиальной ковкой; прокатом заготовок с использованием твердых наполни­телей; прокатом трубчатых заготовок; литьем). На рис. 6.12 при­ведено сверло, изготовляемое из специального проката (размеры проката приведены в гл. 10). Другие конструкции сверл и способы их изготовления подробно рассмотрены в работе [54].

Профиль поперечного сечения сверл с отверстиями для под­вода СОС, очевидно, должен отличаться от стандартного профиля наличием элементов стружкодробления с целью образования компактной стружки, легко удаляемой потоком СОС. Жесткость

и прочность сечения сверла должны быть увеличены с целью возможности повышения режимов обработки (главным образом подачи), а материал сверла должен обладать большей прочностью, чтобы выдерживать повышенные подачи. В этих направлениях, видимо, и будут развиваться в ближайшем будущем конструкции спиральных сверл с внутренним подводом СОС. Стойкость спи­ральных сверл с отверстиями для подвода СОС до восьми раз превышает стойкость стандартных сверл, а глубина сверления достигает пяти—семи диаметров без промежуточных выводов инструмента.

увеличено

Сверление более глубоких отверстий (свыше 10d) целесообразно осуществлять специальными сверлами для глубокого сверления с подводом СОС в зону резания. К таким сверлам относятся

Рис. 6.12. Спиральное сверло с отверстиями для подвода СОЖ

ружейные сверла, эжекторные сверла и сверла типа БТА. Послед­ние два вида имеют пока ограниченное применение и их конструк­ция поэтому не рассматривается, а сам принцип работы методом эжекторного сверления и сверления способом БТА был изложен в гл. 3.

Первый тип ружейных сверл (рис. 6.13, а) — сверла со сталь­ным корпусом и впаяными режущей и двумя направляющими пластинками твердого сплава. Марка твердого сп іава режущей пластинки зависит от обрабатываемого материала. Направля­ющие твердосплавные пластинки могут изготовляться из твердых сплавов группы ТК (предпочтительно) или группы ВК. Режущие и направляющие пластинки присоединяются к корпусу сверла пайкой или наклейкой. Корпус сверла изготовляется из сталей марок 40Х, 9ХС, 35ХГСА и может быть трубчатым со стружечной канавкой, образованной пластической деформацией, сплошным или из специального проката с эксцентрично расположенным от­верстием для подвода СОС и с фрезерованной стружечной канав­кой. При сплошном корпусе в нем выфрезеровывается канавка, куда впаивается медная трубка для подачи СОС. Корпус термо­обработан (может и не подвергаться термообработке). Иногда на корпусе закрепляют хвостовик (конический, цилиндрический или специальной формы). Сверла этого типа изготовляются диаметром d = 8+30 мм, длиной L = 110+1700 мм, длиной рабо­чей части /х < 1,5d; длина стружкоотводящей канавки I зависит от обрабатываемого изделия и технологии его изготовления.

Второй тип ружейных сверл (рис. 6.13, б) — сверла с цельйой твердосплавной рабочей частью У, припаянной к стальному кор­пусу 2. Сверла могут выполняться с хвостовиком. Твердосплавная рабочая часть изготовляется из сплавов группы ВК или ТК, диа­метр d = 2+15 мм, длина 1г = (1,5 + 10) d, общая длина L =* = 110 + 600 мм. Для подвода СОС в зону резания твердосплав-

Рис. 6.13. Конст­руктивные разно­видности ружейных сверл (а—в) и фор­ма заточки верши­ны (г)

ная рабочая часть имеет отверстия круглой или овальной (для увеличения объема пропускаемой жидкости) формы. Трубчатый корпус с канавкой, образованной пластической деформацией, изготовляется из сталей марок 40Х или 35ХГСА. Внутренняя полость корпуса имеет серпообразную форму, образованную при деформации; используется она для подвода СОС к рабочей части и сопряжения с отверстиями в рабочей части. Сверла этого типа обладают повышенным ресурсом работы из-за большей длины по сравнению со сверлами первого типа, но повышенным расходом твердого сплава.

Третий тип ружейных сверл (рис. 6.13, в) аналогичен первому типу, но отличается от него наличием промежуточной проставки 3 из быстрорежущей стали, присоединяемой к корпусу 2. Твердо­сплавные режущая и направляющие пластинки закрепляются на проставке 3.

Работа ружейных сверл сводится не только к срезанию при­пуска режущими пластинками, но и к заглаживанию неровностей на обрабатываемой поверхности направляющими пластинками. Форма и геометрические параметры заточки вершины сверла при­ведены на рис. 6.13, г. Обычно т = 0,75d, К = 0,6-4-1,5 мм; / = 0,2-4-0,75 мм.

Рекомендуемые режимы сверления ружейными сверлами при обработке углеродистых сталей: v = 80-*-125 м/мин, s0 = 0,01-5- <-*-0,1 мм/об; при обработке чугуна с НВ < 250: у = 65-5-100 м/мин, s0 = 0,005-5-0,2 мм/об.

Для применения ружейных сверл требуются специальное оборудование, система подготовки и подачи СОЖ, система защиты от ее разбрызгивания и т. д. Поэтому сверла, как правило, исполь­зуются на специально разработанных для глубокого сверления станках. Сверление происходит с подачей СОЖ под давлением до 1000 МПа при объеме охлаждающей жидкости от 20 до 120 л/мин (в зависимости от диаметра ‘обрабатываемого отверстия). Точность обработки отверстий по диаметру соответствует 7—9 квалитетам, параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5—1,25 мкм при отклонении оси отверстия не более 0,5 мм на 1 м длины.

Сверла комбинированные центровочные. Применяются эти сверла для комбинированной обработки (сверление и зенкование) центровых отверстий. Основные типы и размеры комбинированных центровочных сверл, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 6.7. Каждый тип сверла предназначен для образования центрового отверстия соответствующей формы.

Сверло состоит из корпуса и рабочей части, которая, в свою очередь, подразделяется на зенковочную и сверловочную части. Все сверла, за исключением сверл диаметром 0,8 мм, — двусторон­ние. Материалом сверл обычно служат быстрорежущие стали. Твердость рабочей части инструмента соответствует HRC 62—64 (у сверл диаметром d < 3,15 мм) и HRC 62—65 (у сверл диаметром >3,15 мм). Сверловочная часть представляет сверло с двумя пря­мыми, наклонными или винтовыми канавками, режущая часть которого аналогична режущей части спирального сверла (2ф = = 118°; а = 11°; о» = 5°). Профиль канавок — угловой под углом 90—110°. Цилиндрический участок сверловочной части имеет по длине обратную конусность, равную 0,05—0,1 мм на 25 мм его длины. Ленточки на сверловочной части отсутствуют, а спинка затылуется по архимедовой или логарифмической спирали со спадом, обеспечивающим задний угол по цилиндру, равный

1— 2°. Получение большего заднего угла затылованием спинки в значительной степени снизит прочность сверловочной части, поэтому при необходимости создания больших задних углов заты — лование производят не на всей спинке, а лишь на небольшом ее участке, прилегающем к передней поверхности сверла, таким

Основные типы и размеры комбинированных центровочных сверл (по ГОСТ 14952—75)

Тип А

D == 3,1 5-і-25 мм; L = 335^ г-103 мм; d = 1,0+10,0 мм; / = = 1,9+14,2 мм; 2ф = 118°; а = = 11°

Тип В

D = 4,0+31,5 мм; d = 1,0+ + 10,0 мм; L = 37,5+12,80 мм; I = 1,9+ 14,2 мм; 2ф = 118°; а = = 11°

ДЛЯ 1,0ММ

Тип С (двусторонние)

D = 3,15+6,3 мм; d = 1,0+ +2,5 мм; L = 33,5+47,0 мм; / == = 1,9+4,1 мм; 2ф = 118°; а = = 11°; тип С (односторонние) —

L =

D = 3,15 мм; d = 0,8 мм; = 21 мм; / = 1,5 мм

Тип R

D = 3,15+25,0 мм; d = 1,0+ + 10,0 мм; L = 33,5+103 мм; / = = 3,0+26,5мм; г = 3,15-7-31,5мм; 2ф = 118°; а = 11°

образом, что остальная часть спинки выполняется цилиндриче­ской. На прочность сверловочной части большое влияние оказы­вает радиус у дна канавки и радиус перехода от сверловочной к зенковочн*)й частям. Оба эти радиуса следует выполнять макси­мально возможными, что позволит снизить напряжение в опасных точках. Сверловочная часть для упрочнения имеет увеличива­ющуюся к корпусу сердцевину, утолщение которой составляет: для сверл диаметром до 3,15 мм — 0,4 мм на 5 мм длины, а для сверл диаметром больше 3,15 мм—0,25 мм на 5 мм длины. Зенковоч — ная часть имеет две режущие кромки и две стружечные канавки. Режущие кромки должны обеспечить заданную форму базового

участка центрового отверстия. Стружечные канавки сверловочной и зенковочной частей у стандартных сверл выполняются общими, передняя поверхность у этих частей инструмента поэтому тоже общая. Задние поверхности зенковочной части выполняются за — тылованием, одновременно с затылованием цилиндрического участка сверловочной части. Задние углы на режущих кромках в цилиндрическом сечении зенковочной части равны ~6°.

Шероховатость задних поверхностей рабочей части соответ­ствует параметру Ra = 0,63 мкм; шероховатость передних поверх­ностей и поверхностей стружечных канавок — Ra = 1,25 мкм,

Рис. 6.14. Сверла специальные комбинированные: а — с лыской; б — с разделе­нием потока стружки; в — для обработки плат печатного монтажа

Ф

а шероховатость цилиндрической части корпуса должна быть не хуже Ra = 2,5 мкм. Биение режущих кромок сверловочной и зен­ковочной частей не должно превышать 0,03 мм (для сверл диа­метром до 3,15 мм) и 0,04 мм (для сверл диаметром свыше 3,15 мм). Разница в ширине перьев сверловочной части не более 0,07 мм (у сверл диаметром до 3,15 мм) и 0,1 мм (у сверл диаметром свыше 3,15 мм). Поперечная режущая кромка симметрично располо­жена и может иметь смещение относительно оси сверла не более 0,05 мм(у сверл диаметром до 5 мм) или 0,1 мм (у сверл диаметром свыше 5 мм).

Кроме стандартных конструкций получили распространение и некоторые специальные конструкции комбинированных сверл (рис. 6.14).

Сверла комбинированные с лыской (рис. 6.14, а). Находят применение эти сверла при обработке торцов заготовок специаль­ными головками. К лыске прижимается твердосплавная пла­стинка, с помощью которой подрезается торец одновременно с за­центровкой отверстия. Сверла изготовляются из быстрорежущих сталей. Типы сверл и технические требования к их изготовлению (за исключением типа С) соответствуют стандартным комбиниро­ванным центровочным сверлам без лыски. Размеры сверл: от d = = 1 мм и выше. Наличие одной лыски ужесточает требования к взаимному расположению сверловочных частей на разных
концах корпуса инструмента. При двух лысках с каждого конца корпуса такие ограничения снимаются.

Рис. 6.15. Сверло для обработки закаленных сталей

Сверло центровочное комбинированное с разделением потока стружки (рис. 6.14, б). Это сверло не имеет недостатка, свойствен­ного конструкции комбинированных стандартных центровочных сверл — одновременного перемещения потоков стружки от свер­ловочной и зенковочной режущих кромок по одной канавке. Представленное на рис. 6.14, б сверло отличается раздельной работой сверловочной и зенковочной частей с индивидуальными канавками для стружкоотвода (1 — для отвода стружки, обра­зуемой сверловочной частью, 2 — для отвода стружки от зенко­вочной части). Габаритные размеры сверл (D, L, d) соответствуют размерам стандартных сверл.

Сверло комбинированное твердосплавное для плат печатного монтажа (рис. 6.14, б). Сверла эти цельнотвердосплавные (сплав ВК6М) и изготовляются методом вышлифовки по целому. Диаметр сверл d > 0,45+2,0 мм, диаметр цилиндрического корпуса D = 2 или 3 мм, L = 38 мм; I = 3,5 мм. Сверла позволяют сверлить и зенковать отверстия в платах из фольгированных диэлектриков за один проход.

Шероховатость передних поверхностей и цилиндрического участка корпуса сверл соответствует Ra = 0,32 мкм, а шерохо­ватость затылочных поверхностей сверловочной и зенковочной частей — Ra = 0,63 мкм. Радиальное и осевое биения рабочей части относительно корпуса должно быть не более 0,02 мм, нецен — тричность сердцевины — не более 0,03 мм, радиус округления режущих кромок 3—5 мкм.

Сверло для обработки закаленных сталей. Цельнотвердосплав­ное сверло, представленное на рис. 6.15, выпускается двух испол­нений — монолитные твердосплавные (диаметр d = 3+5 мм, об­щая длина L = 48 + 62 мм, длина рабочей части I = 16 + 20 мм)’ и с цельной твердосплавной рабочей частью, припаянной к сталь —

■ному хвостовику (диаметр сверла d = 4,8-ь 12 мм, общая длина L = 70-5-120 мм, длина рабочей части I = 20-*-35 мм). Материалом рабочей части являются твердые сплавы марок ВК6М, ВК8 и др. Профиль канавок выполняется методом вышлифовывания цельно­твердосплавных заготовок, форма спинки — ломаная. Угол на­клона канавок равен нулю. Диаметр сердцевины сверл К ~ 0,3d. Сверла отличаются повышенной жесткостью, что позволяет обра­батывать отверстия в закаленных сталях твердостью до HRC 50.

Сверла для обработки высокомарганцевых сталей. Эти стали отличаются особой труднообрабатываемостью (что объясняется склонностью их к наклепу во время обработки, низкой теплопро­водностью, значительным абразивным и адгезионным воздействием на режущий инструмент).

а), 160

Рис. 6.16. Сверла для обработки высокомарганцевых ста — лей: а — конструкция сверла ЛПИ; б — форма заточки режущей части сверла, разработанного А. А. Виноградо­вым и Ю. А. Аносовым

На рис. 6.16, а представлено сверло, разработанное в Ленин­градском политехническом институте кандидатами технических наук И. И. Олейниковым и М. А. Шатериным. Сверло отличается укороченной рабочей частью, оснащенной пластинкой из твердого сплава (группа ВК), имеющей упрочняющие фаски (/ = 1-т-2 мм) с большим отрицательным передним углом (7ф до —15°). В кор­пусе сверла располагаются отверстия для подвода СОС в зону резания. Отверстия размещены на минимально возможном рас­стоянии от пластинки твердого сплава. Через отверстия в сверле к зоне резания подводится сжатый воздух. Припой при этом до­статочно охлаждается, чтобы не потерять прочности во время работы инструмента, так как температура периферийных участков режущих кромок достигает 600—800 °С. Обработка отверстий 0 25 мм в стали марки 45Г17ЮЗ может производиться таким ин­струментом при скорости резания 40—45 м/мин и подаче s0 = = 0,22 мм/об.

На рис. 6.16, б представлена форма заточки режущей части сверла, разработанная кандидатами технических наук Ю. А. Ано­совым и А. А. Виноградовым. Сверло оснащается твердым сплавом (коронкой или пластинкой твердого сплава труппы ВК)* как

т

и обычные сверла, но форма заточки режущих кромок отличается от обычно применяемых форм. Отличие заключается в смещении поперечной кромки относительно оси сверла для создания по­стоянного радиального усилия при работе инструмента. Величина смещения, так же как и параметры 2ср; Д<р; /х; Ъ 2<р0, а, зависит от обрабатываемого материала и условий обработки, а также от допустимого значения разбивки отверстий. Сверла рекомен­дуются для обработки различных труднообрабатываемых мате­риалов, в том числе высокомарганцевых сталей марок 45Г17ЮЗХ, MMJI-2 и др.

Сверло, оснащенное сменными твердосплавными пластин­ками. Новая конструкция сверла фирмы «Коромант» (Швеция),

Рис. 6.17. Сверло, осна­щенное трехгранными твердосплавными смен­ными пластинками

приведенная на рис. 6.17, оснащается трехгранными твердосплавными меха­нически закрепляемыми на корпусе 1 пластинками 2. Сверла отличаются вы­сокой жесткостью, что позволяет вести обработку отверстий диаметром от 18 мм на подачах, до трех раз превы­шающих подачи, допускаемые обычным инструментом.

При необходимости сверла выпол­няются с отверстиями для подвода СОЖ в зону резания. Режущая часть сверла имеет две твердосплавные пла­стинки, одна из которых осуществляет съем металла вблизи центра отверстия, а вторая — у периферийных участков. Специальные пластинки из твердого сплава к сверлам имеют на поверхности передней грани стружкодробящие углуб­ления. Аналогичная конструкция сверл разработана и фирмой

«Вальтер» (ФРГ) для обработки отверстий диаметром от 18 мм.

В качестве режущих элементов фирма использует четырехгранные твердосплавные пластинки — одну срезающую металл у центра отверстия, другую — у периферийных участков.