Силы и моменты при сверлении

На все элементы сверла при резании действуют некоторые силы сопротивления стружкообразованию.

Суммарная сила от указанных сил сопротивления в осевом сечении сверла называется осевой силой Р_о (или усилием подачи). Силы сопротивления проникновению сверла Р_в, возникающие на режущих кромках, составляют 40 % общего сопротивления (или силы Р_о); силы сопротивления, возникающие на поперечной кромке (P₁), составляют 57 %, и силы от трения на ленточках Р_т - около 3 %. Силы, препятствующие продвижению сверла в материал, прео­долеваются механизмом подачи сверлильного станка, который и рассчиты­вается по максимальной осевой силе Р_о.

Суммарный момент от сил сопротивления резанию складывается из мо­мента от сил Р_Z, момента, от сил скобления и трения на поперечной кром­ке М_п.к., момента от сил трения на ленточках М_л и момента сил трения стружки о сверло и обработанную поверхность М_с, т.е.

М_с.р= М_Pz+М_п.к.+М_л+М_с (9.7)

Для того чтобы на данном станке могло быть осуществлено резание, кроме указанного выше условия проникновения сверла, необходимо, чтобы суммарный момент сопротивления резанию был преодолен вращающим (крутя­щим) моментом станка, т.е. М_вр³М.

На возникающие при сверлении осевую силу и суммарный момент сопро­тивления резанию влияют следующие основные факторы:

1) обрабатываемый материал;

2) диаметр сверла и подача;

3) геометрические элементы сверла;

4) смазочно-охлаждающие жидкости;

5) глубина сверления;

6) износ материала.

Обрабатываемый материал. Чем выше предел прочности при растяжении или твердость НВ обрабатываемого металла, тем больше осевая сила и мо­мент от сил сопротивления резанию при сверлении.

Диаметр сверла и подача. Чем больше диаметр сверла и величина по­дачи, тем больше площадь поперечного сечения среза, больше объем деформируемого металла и сопротивление стружкообразованию, тем больше, следовательно, осевая сила и момент от сил сопротивления резанию. Диа­метр сверла оказывает большее влияние на увеличение параметров Р_о и М, чем подача. Если подача влияет на оба параметра примерно одинаково, то диаметр сверла влияет на момент от сил сопротивления больше, чем на осевую силу; последнее объясняется тем, что при увеличении диаметра возрастает и плечо, на котором эти силы действуют. Различное влияние диаметра сверла и подачи учитывается показателями степени в формулах для подсчёта осевой силы и момента.

Геометрические элементы сверла. Угол наклона винтовой канавки вли­яет на параметры Р_о и М постольку, поскольку он влияет на передний угол сверла. Из формулы

(9.8)

следует, что чем больше угол w, тем больше передний угол в каждой точке режущей кромки сверла, тем меньше деформация срезаемого слоя, а следовательно, меньше осевая сила Р_о и момент от сил сопротивления М (рис.9.7).

Угол при вершине сверла 2j влияет на соотношение сил P_Г и P_В, а также на толщину среза (рис. 9.8), а потому он не может не влиять на силу Р_о и момент М. При уменьшении угла 2j увеличиваются горизонтальные силы P_Г и уменьшаются вертикальные силы P_В аналогично изменению сил Р_У и Р_Х при уменьшении главного угла в плане у резца, что и приводит к уменьшению осевой силы Р_о; при увеличении же угла 2j при вершине сверла увеличивается и осевая сила Р_о.

Рис. 9.7. Влияние наклона винтовой канавки сверла w на момент (а) и на осевую силу (б)

Рис. 9.8. Влияние угла при вершине сверла на осевую силу и момент

Толщина среза, приходящаяся на одну режущую кромку,

а=s sinj (9.9)

уменьшается с уменьшением угла 2j (рис. 9.8). Тонкие стружки деформиру­ются больше, а потому сила P_Z будет увеличиваться с уменьшением угла 2j и уменьшаться с его увеличением. При увеличении угла 2j осевая сила увеличивается, а момент от сил сопротивления резанию уменьшается.

Поперечная кромка значительно влияет на осевую силу, так как более 50 % величины общей силы Р_о приходится на поперечную кромку, которая имеет неблагоприятные углы резания. Следовательно, чем больше длина поперечной кромки, тем большим будет момент от сил сопротивления резанию и особенно осевая сила. Для уменьшения Р_о и М подтачивают перемычку, благодаря чему уменьшается как длина поперечной кромки, так и угол резания в точках режущей кромки, близко расположенных к оси сверла; осевая сила Р_о при такой подточке уменьшается на 30-35 %.

Смазочно-охлаждающие жидкости. Применение при сверлении соответс­твующих смазочно-охлаждающих жидкостей вызывает по сравнению с обра­боткой всухую уменьшение осевой силы (силы подачи) и момента от сил сопротивления резанию на 10-30 % при обработке сталей, на 10-18 % при обработке чугунов и на 30-40 % при обработке алюминиевых сплавов.

Глубина сверления. С увеличением глубины сверления условия резания ухудшаются. Отвод стружки и подвод свежей охлаждающей жидкости затруд­няется. Все это приводит как к снижению стойкости сверла, так и к по­вышению осевой силы и момента от сил сопротивления резанию.

Износ сверла. С увеличением износа сверла по задней поверхности сила Р_о и момент М увеличиваются: затупленное сверло по сравнению с острым повышает параметры Р_о и М на 10-16 %.