Геометрические параметры сверла: Назначение, элементы конструкции и геометрические параметры спирального сверла

Инструментальная система координат X_иY_иZ_и центр которой расположен в т.О жестко связана с СМП, причем ее плоскость X_иОY_и всегда параллельна опорной поверхности гнезда корпуса под режущую пластину [4]. Угол γ_y часто на рабочих чертежах концевых инструментов задается расстоянием с от вершины СМП до диаметральной плоскости, параллельной обеим пластинам (см. рис. 1) Тогда в точке О имеет место формула:
,       где r_и – радиус инструмента.
Возьмем на рабочем участке режущей кромки СМП произвольную точку А (рис.1.б). Параллельный перенос станочной системы координат из т.О в т.А дает статическую систему координат [4]. Положение статической основной плоскости в этой точке P^А_vc изменится по сравнению с точкой О и фронтальный угол ориентации СМП для нее определится из соотношения:
,          где r_А – величина радиуса точки А.
Статические геометрические параметры для т.А режущей кромки определяются из соотношений [5, 6]:
;
;
;
;
где    φ_с^А – статический угол в плане для т.А;
λ_с^А – статический угол наклона режущей кромки в т.А;
γ_с^А – статический передний угол в т.А;
α_с^А – статический задний угол в т.А;
γ_х– фронтальный угол ориентации СМП в корпусе сверла;
φ_и^А– инструментальный угол в плане для т.А.
γ_П^А –передний угол на пластине в т.А;
α_П^А –задний угол на пластине в т.А;
Зависимости изменения статических геометрических параметров сборного сверла с СМП (рис.2) от углов ориентации пластины в корпусе представлены на рис.3.

Рис.2 Общий вид сверла с СМП

Рис.3 Изменение статических геометрических параметров по длине режущей кромки: а) центральная пластина, б) периферийная пластина.

Наряду со статическими геометрическими параметрами немаловажную роль на процесс сверления оказывает кинематика процесса, а именно – влияние вектора подачи на направление результирующего вектора скорости. Кинематическая основная плоскость P_vк проводится через исследуемую точку режущей кромки пластины перпендикулярно направлению скорости результирующего движения резания V_е. Это аналогично повороту станочной системы координат XYZ вокруг оси OY на угол ψ=arctg(V_s/V) против часовой стрелки, который во всех точках режущей кромки СМП определяется аналогично углу ориентации пластины в корпусе инструмента γ_х.
Кинематическая составляющая оказывает наибольшее влияние на геометрические параметры в области, расположенной наиболее близко к оси инструмента. Ее влияние тем больше, чем меньше величина с (см. рис.1.а).
Для выяснения причин низкой стойкости сборных сверл с СМП необходимо определить величину и направление сил, действующих в процессе сверления. Для расчета составляющих силы резания была использована методика, основанная на суммировании удельных сил, действующих на единицу длины режущих кромок сверла [7, 8]. Данные об удельных силах берутся из экспериментов по точению соответствующих материалов инструментом с геометрией, найденной при геометрическом анализе режущих пластин сверла. В соответствии с этой методикой режущие кромки пластин разбиваются на элементы равной длины (рис.3) и для каждого элемента с учетом статических геометрических параметров определяются величина и направление действия составляющих силы резания.

Рис.3 Схема разбиения режущей кромки СМП для определения элементарных составляющих силы резания

Суммарные составляющие силы резания на всей длине режущей кромки определяются по формулам:
;
,
где P_yi, P_zi – соответственно радиальная и тангенциальная составляющая силы резания в инструментальной системе координат, приходящаяся на единицу длины режущей кромки;
φИ_i – угол в плане в инструментальной системе координат;
γ_yi – фронтальный угол ориентации СМП.
В связи с тем, что в каждой точке режущей кромки геометрические параметры и скорость резания различны, для определения P_yi и P_zi необходимо знать значения составляющих силы резания с учетом этих параметров и скорости резания, т. е. иметь зависимость  и . Для установления этих зависимостей был проведен ряд экспериментов по точению закаленной стали 40Х твердостью 368 HB инструментом с геометрическими параметрами, соответствующими параметрам сборного сверла (см. рис.2).
С использованием результатов этих экспериментов расчетом установлено, что при сверлении сверлами рассматриваемой конструкции возникает значительная неуравновешенная радиальная сила (эпюры распределения P_y и направление действия представлены на рис. 5), которая в условиях низкой жесткости технологической системы рельсосверлильной машинки вызывает колебания сверла и повышенный износ его режущих пластин. Очевидно, что для повышения работоспособности сверл необходимо стремиться к тому, чтобы неуравновешенная радиальная составляющая силы резания была равна нулю.

Рис. 5 Эпюры распределения составляющей силы резания P_y по длине рабочих участков режущих кромок СМП сверла

По результатам геометрического и силового анализа предложены новые конструкции сборных сверл с СМП [9]. Одним из способов повышения работоспособности является взаимный разворот пластин на угол ψ для двухперового сверла (рис.6.а) и углы α и δ для трехперового (рис.6.б) таким образом, чтобы суммарная неуравновешенная радиальная составляющая силы резания P^Σ_yz была минимальной:
 – для двухперого сверла, где
P^п_y, P^ц_y – радиальная составляющая силы резания, приходящаяся на периферийную и центральную пластину соответственно;
P^п_z, P^ц_z – тангенциальная составляющая силы резания, приходящаяся на периферийную и центральную пластину соответственно.
 – для трехперого сверла, где
P_y1, P_y2, P_y3 – радиальная составляющая силы резания, приходящаяся на 1-ю, 2-ю и 3-ю пластину соответственно;
P_z1, P_z2, P_z3 – тангенциальная составляющая силы резания, приходящаяся на 1-ю, 2-ю и 3-ю пластину соответственно.

Рис. 6 Взаимный разворот пластин на сборном сверле с СМП для уравновешивания суммарной радиальной составляющей силы резания P_y

При этом припуск, срезаемый сверлом за один оборот определяется величиной подачи S и делится между пластинами только по длине режущей кромки каждой из них, участвующей в резании.
Если профиль режущих кромок пластин и их взаимное расположение будет таким, что припуск будет делиться между пластинами не по длине, а по толщине (как и у обычного спирального сверла), необходимо определить, какая его доля будет приходиться на каждую пластину. При этом, в связи с тем, что у спирального сверла режущие кромки расположены симметрично, толщина срезаемого слоя между ними делится пропорционально. То же самое справедливо и для случая, когда угол взаимного разворота пластин ψ=0°. Но в случае взаимного разворота пластин на угол ψ (рис. 6.а) на пластины будет приходиться следующая часть общего припуска S=S_п+S_ц, срезаемого за один оборот [10]:
 – для периферийной пластины,    (1)
 – для центральной пластины.     (2)
Аналогично определяется доля общего припуска , приходящаяся на каждую пластину для сборного сверла, имеющего три несимметрично расположенных СМП (рис.6.б):
 – для пластины №1      (3)
 – для пластины №2   (4)
 – для пластины №3    (5)
В случае, если срезаемый слой делится между пластинами не по ширине, а по толщине, то формулы (1)-(5) позволят определить долю общего припуска (зная подачу S, с которой работает инструмент), приходящуюся на каждую пластину, независимо от взаимного разворота пластин для сверла, имеющего как две, так и три СМП.
Аналогичным образом определяется доля общего припуска, приходящаяся на каждую из пластин для инструментов (и не только сборных сверл), имеющих количество несимметрично расположенных СМП больше трех.
Таким образом, данная методика геометрического и силового анализа позволяет проектировать сборные сверла с СМП с минимальной неуравновешенной составляющей силы резания, тем самым, обеспечивая максимальную стойкость инструмента и точность получаемых отверстий, как при работе на станках с высокой, так и невысокой жесткостью технологической системы.

1. Демаков Д. В. Краткий анализ исследований проблем развития регионального машиностроения // Инженерный вестник Дона [Электронный ресурс]: электрон. науч.- инновац. журн. – 2012. – № 3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/979. – Загл. с экрана. – Яз. рус.
2. Моховиков А. А. Применение критерия равнопрочности при проектировании сменных режущих пластин для отрезных и канавочных резцов /А. А. Моховиков, С. В. Корчуганов // Инженерный вестник Дона [Электронный ресурс]: электрон. науч.- инновац. журн. – 2013. – № 2. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1619. – Загл. с экрана. – Яз. рус.
3. Petrushin, S. I. Geometric analysis of composite cutting tools with replaceable polyhedral plates / S. I. Petrushin, R. Kh. Gubaidulina, A. A. Bakanov, A. V. Makhov // Russian Engineering Research. – Allerton Press, Inc. – 2009. – Volume 29. – Number 6. – P. 587-594.
4. Петрушин, С. И. Основы формообразования резанием лезвийными инструментами : учеб. пособие / С. И. Петрушин. – Томск : Изд-во НТЛ, 2004. – 204 с.
5. Bakanov, A. A. The Geometrical Analysis of Drills with RMP Mechanical Fastening Works / A. A. Bakanov // International Journal of Advances in Machining and Forming Operations. – 2009. – Vol. 1. – Number 1. – P. 47-57.
6. Баканов, А. А. Поиск оптимальной конструкции сборных сверл со сменными многогранными пластинами при сверлении железнодорожных рельсов / А. А. Баканов // Известия ТПУ. – 2007. – Т. 311. – № 2. – С. 23–26.
7. Баканов, А. А. Определение силы резания при сверлении сверлами с СМП / А. А. Баканов // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 6. – С. 49.
8. Баканов, А. А. Работоспособность сверл с СМП при сверлении железнодорожных рельсов / А. А. Баканов, С. И. Петрушин // Современные проблемы машиностроения : труды III Междунар. научно-техн. конф. – Томск : Изд-во ТПУ, 2006. – С. 186–189.
9. Баканов, А. А. Совершенствование конструкции сборного сверла со сменными многогранными пластинами / Г. И. Коровин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2007. – № 2 (35). – С. 31–32.
10. Баканов, А. А. Определение доли припуска, приходящегося на каждую пластину при обработке отверстий сборными сверлами с СМП / А. А. Баканов, А. А. Ласуков // Инновационные технологии и экономика в машиностроении : труды IV Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых – Томск : Издательство Томского политехнического университета, 2013. – С. 191–193.

Obrabotka Metallov 2009 No. 1

УДК 621.9 *ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СБОРНЫХ СВЕРЛ СО СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ А.А. БАКАНОВ, ассист. канд. техн. наук., ТПУ, г. Томск Разработанный автором подход по анализу геометрии сборных сверл позволяет целенаправленно совершенство- вать их конструкции. An approach to geometry analysis of assembled drilling tools developed by the author allows us to purposefully improve their design. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СБОРНЫЕ СВЕРЛА, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, МЕТОДИКА РАСЧЕТА. Высокая эффективность применения сборных резцов и фрез с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП) из твердого сплава обусловила появление в последние годы разнообразных концевых лезвийных ин- струментов (фрез, сверл, зенкеров, расточных блоков и т.п.), оснащенных данным типом режущих элементов. Ре- зультаты использования такого инструмента при обработ- ке сталей повышенной твердости (в частности, при свер- лении объемно-закаленных рельсов) показали его низкую работоспособность. При проектировании этих инструментов необходи- мо учитывать специфическое свойство их конструк- ции, заключающееся в том, что получаемые геометри- ческие параметры для каждой точки режущей кромки определяются способом ориентации СМП заданной формы в корпусе. Дополнительная трудность анализа геометрии связана с тем, что чем ближе рассматри- ваемая точка режущей кромки к оси инструмента, тем больше изменится положение статической основной плоскости P Vc и соответственно статической плоскости резания P nc [1]. Статические геометрические параметры в произ- вольной точке лезвия сборных сверл определяются по известной форме СМП с учетом ее ориентации в корпу- се. За начало отсчета принимается вершина О (рис.1, а ), в которой скорость резания максимальна. Станочные оси координат xyz имеют следующие направления от- носительно инструмента: O x – вдоль оси сверла; O y – по радиусу; O z – касательно к диаметру. Ориентация СМП в корпусе задана двумя углами: осевым γ x и радиальным γ y , положительные значения которых также показаны на рис.1, а . В отличие от γ x , имеющего одинаковые значение для всех точек главной режущей кромки, величина γ y за- висит от радиуса точки А . Инструментальная система координат x и y и z и с цен- тром в точке О жестко связана с СМП, причем ее пло- скость x и Оy и всегда параллельна опорной поверхности гнезда корпуса под режущую пластину [1]. На рабочих чертежах концевых инструментов часто угол γ y задается расстоянием С от вершины СМП до диаметральной пло- скости, параллельной обеим пластинам (рис. 1, а ). Тогда в точке О имеет место формула , где R и – радиус инструмента. а б Рис.1. Расчетные схемы для сборного сверла: а – углы ориентации СМП в корпусе сверла; б – статические геометрические параметры ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (42) 2009 31 ИНСТРУМЕНТЫ

Made with FlippingBook

Родин П.Р. (1971) Геометрия режущей части спирального сверла

Приведены результаты исследования геометрических параметров режущей части сверл при винтовой и плоской передней поверхности, а также при конической, винтовой и плоской задней поверхности. Особенно подробно рассмотрена заточка сверл по плоским поверхностям, получившая распространение в последние годы и еще недостаточно разработанная. Дана оценка интенсивности загрузки различных точек режущих кромок с учетом изменения скорости резания и толщины среза. Рассматриваются недостатки конструкции режущей части сверла, определены возможные направления ее совершенствования. Результаты исследования доведены до удобных для практического применения формул, таблиц и графиков, с помощью которых можно вести проектирование сверл с оптимальными эксплуатационными свойствами, геометрическими параметрами, а также проводить расчеты по настройке сверлозаточных станков и приспособлений

Предназначена для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских институтов, проектных и промышленных предприятий, занимающихся проектированием и эксплуатацией спиральных сверл, а также может быть использована преподавателями и студентами машиностроительных вузов.

ЛИТЕРАТУРА

Аршинов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. М., «Машиностроение», 1964.

Грановский Г. И. Металлорежущий инструмент. М., Машгиз, 1954.

Гладилин А. Н., Малевский И. П. Справочник молодого инструментальщика по режущему инструменту. М., «Высшая школа», 1965.

Дибнер Л. Г., Шкурин Ю. П. Заточка спиральных сверл.  М., «Машиностроение», 1967. 

Жилис В. И. Прогрессивные конструкции спиральных сверл. «Машиностроитель», 1965, № 4.

Иноземцев Г. Г., Царенко М. А. Плоская заточка  сверл для глубокого сверления. М., ГосИНТИ, 1966. 

Кириллов К. Н., Кириллова О. М. Сверление отверстий в деталях из труднообрабатываемых материалов. М., «Машиностроение», 1965.

Климов и д р. Справочник инструментальщика-конструктора.  Москва — Свердловск, Машгиз, 1958. 

Ларин М. Н. Оптимальные геометрические параметры режущей части инструментов. М., Оборонгиз, 1963.

Можаев С. С. Аналитическая теория спиральных сверл. Л.,  Машгиз, 1948. 

Пазюк Е. М. Инструмент для обработки отверстий. Л., Лениздат, 1952.

Родин П. Р., Филоненко С. Н., Змиевец В. Т.  Рациональные способы заточки сверл. Научные записки ОПИ, Одесса, 1960. 

Рудник С. С. Аналитическое исследование геометрии заточки спирального сверла при наклонном положении образующегося конуса. Известия КПИ, т. IX. Киев, 1949.

Семенченко И. И. Режущий инструмент, М., ОНТИ, 1936.

Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. И.  Проектирование металлорежущих инструментов. М., Машгиз. 1962. 

Солнцева Т. Е. Анализ современных методов заточки.—  «Вестник машиностроения», 1959, № 6. 

Спиральные сверла. Сборник материалов Всесоюзного совещания по спиральным сверлам. М., НИИМАШ, 1966.

Шевченко Н. А. Геометрические параметры режущей кромки инструментов и сечения среза. М., Машгиз, 1957.

(PDF) Влияние параметра геометрии сверла на шероховатость поверхности и морфологию отверстия при хирургическом сверлении кости

Международный журнал прикладных инженерных исследований ISSN 0973-4562 Том 12, номер 6 (2017) стр. 981-986

© Research India Publications . http://www.ripublication.com

981

Влияние параметра геометрии сверла на шероховатость поверхности и отверстие

Морфология хирургического сверления кости

M.S. Нооразизи1, Р. Изамшах2,2, *, М.С. Касим2 и М. Хадзли2

1 Факультет машиностроения, Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya,

76100 Durian Tunggal, Малакка, Малайзия.

2 Центр передового производства, Факультет машиностроения, Universiti Teknikal Malaysia Melaka,

Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Малакка, Малайзия.

* Автор, ответственный за переписку

Реферат

В хирургической процедуре сверления кости критически важны характеристики отверстия, а именно шероховатость поверхности

и морфология отверстия, поскольку

влияет на прочность границы раздела между винтом и имплантатом

, что важно для ранних и здоровый рост костей.

Качество отверстия в значительной степени зависит от геометрической конструкции сверла

и условий процесса сверления. В этой статье

будет определена взаимосвязь между геометрическим параметром сверла

и углом проникновения при бурении скважины

. План эксперимента (DOE)

исторических данных матрицы метода поверхности отклика (RSM)

были приняты для оценки корреляции между параметром геометрии сверла

и характеристиками отверстий (шероховатость поверхности

и морфология отверстия).Всего 51 сверло было разработано

и изготовлено с различной геометрией, а именно с углом при вершине

, углом винтовой линии и толщиной стенки при различных условиях угла проникновения

(00, 150 и 300). Из проведенного исследования

было установлено, что угол бурения был

наиболее значимым фактором, влияющим на производительность ствола

, за которым следует угол при вершине сверла. Кроме того, взаимодействие

между углом наклона спирали и толщиной стенки также контролировало значение шероховатости поверхности отверстия

.

Ключевые слова: хирургическое сверло, сверление кости, шероховатость поверхности

ВВЕДЕНИЕ

В ортопедической костной хирургии

основные методы восстановления и реконструкции перелома кости достигаются

путем сверления кости и фиксации отдельных частей вместе

с помощью винтов, проводов или пластин. В большинстве случаев процесс сверления

создает несколько проблем с качеством отверстий, таких как

, такие как точность отверстий, шероховатая поверхность, микротрещины и зуботочение при сверлении

[1].Качество скважины связано с числами

фактора, включая параметр бурения, геометрию бурового долота

и условия бурения [2-3]. За годы

было предложено множество различных конструкций и геометрий буровых долот

, каждое из которых принесло свои многообещающие результаты [4-6]. Тем не менее, большая часть из

исследований была выполнена при идеальном нормальном бурении

оси угла проникновения, что не соответствует реальному случаю

.Как правило, в обычной ортопедической хирургии сверление кости

выполнялось с использованием ручных сверл, а углы проникновения

в значительной степени зависят от навыков хирурга и обычно отклоняются от нормальной оси

. Шероховатость поверхности при сверлении

является одним из важнейших критериев при оценке качества сверления

[10]. При сверлении кости получение гладкой поверхности

с шероховатостью на поверхности отверстия имеет решающее значение

, поскольку это может повлиять на прочность границы раздела между винтом

и имплантатом, что необходимо для раннего и здорового роста кости

.Следовательно, жесткие допуски и мелкая текстура поверхности

имеют решающее значение для способности к остеоинтеграции. Качество отверстия

во многом зависит от геометрии сверла

и условий процесса бурения, которые будут рассмотрены в этой статье. В этой статье соотношение

между геометрическим параметром сверла и углом проникновения

для производительности ствола будет обозначено как

как фундамент и исходные данные для оптимизации геометрического элемента сверла

.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

В этом эксперименте стержень из нержавеющей стали AISI 420B медицинского класса

диаметром 4,3 мм был заточен для формирования сверла

долот, как показано на рисунке 1, с разными углами, а именно углом точки

, углом винтовой линии и толщина стенки, как показано в Таблице 1.

Сверло из нержавеющей стали демонстрирует хорошую коррозионную стойкость, а

может минимизировать эффекты износа инструмента. Всего 51 скважина было пробурено

с повторением 3 скважин для каждого спуска.Чтобы исключить влияние износа устройства

на результат, устройство

очищалось щеткой и влажной тканью перед каждым процессом сверления

.

В качестве рабочего материала

была выбрана свежая бычья кортикальная кость бедра из-за его свойств близости и характеристик

с человеческой костью [7-9]. Свежие образцы коры (компактная кость)

представляют собой срезы из бедренной кости крупного рогатого скота с однородной толщиной

4 мм, как показано на Рисунке 2.

Таблица 1. Расчет геометрических параметров сверла

Геометрия, параметры и надежные державки Решают проблемы бурения

Производители сверл добавляют новые функции для повышения производительности.

Правильный выбор сверла, геометрия, заложенная в сами сверла, применение правильных параметров сверления, а также несколько советов и уловок от профессионалов помогут решить такие серьезные проблемы, как поломка сверла, непрерывная стружка, биение инструмента, плохое качество края отверстий и низкая стойкость инструмента.

Paramount использует правильный инструмент. «Сверла ломаются по многим причинам, от использования неправильных параметров резания до использования неподходящего сверла для выполняемой работы, – сказал Мартин Хоббс, специалист по сверлению и фрезерованию, Запад США, Sandvik Coromant, Fair Lawn, Нью-Джерси. Помогут новые технологии; однако ничто так не продлевает срок службы инструмента, как правильная настройка и применение инструмента ».

Производители избавились от догадок из многих процессов, которые раньше приходилось решать самим магазинам при выборе правильного сверла для резки различных материалов – например, углеродистой стали по сравнению с алюминием или нержавеющей сталью.

YG-1 построил выбор сверл на основе обрабатываемого материала в трех каталогах. «Мы говорим:« Эй, что вы сверляете? »- сказал Пилгер. «Вы сверляете сталь? Вы выбираете стальное сверло. Вы сверляете нержавеющую сталь? Вы можете использовать нашу дрель из нержавеющей стали ».

Walter USA LLC, Ваукеша, Висконсин, имеет различные технологии для борьбы с поломкой инструмента, в том числе новые покрытия класса
, включая собственное покрытие TiSiAlCrN / AlTiN для сопротивления износу, – сказал Саранг Гаруд, менеджер по маркетингу.Walter предлагает полное и точечное покрытие на свои сверла.

Эдвин Тонн, специалист по обучению и технический специалист компании Horn USA Inc., Франклин, Теннесси, сказал, что выбор геометрии сверла, соответствующей материалу и применению, имеет решающее значение.

«Системы DDM и DDP компании Horn являются примером адаптации точки бурения к области применения», – сказал Тонн. «Система DDM хорошо работает с такими сложными сплавами, как титан и никель, но может быть не лучшим выбором для железа. Проконсультируйтесь с поставщиком сверла для получения наилучшей рекомендации.”

Horn также предназначена для обработки нержавеющих и кислотостойких сталей, а также упомянутых титановых и никелевых сплавов Tonne. Они имеют внутреннее охлаждение и новые покрытия, которые продлевают срок службы инструмента.

Инструменты типа DDP компании наиболее подходят для обработки нелегированных сталей, стального литья и легированных сталей с пределом прочности до 1000 Н / мм2. У них тоже есть внутреннее охлаждение, хотя есть вариант, подходящий для заливного теплоносителя.

Марлон Бландон, менеджер по продукции для фрезерования резьбы, Emuge Corp., Западный Бойлстон, Массачусетс, сказал, что магазины могут продлить срок службы своих инструментов, правильно подбирая инструменты.

«Выбор инструмента сильно повлияет на срок службы инструмента», – сказал он.«Сверла из быстрорежущей стали – дешевое решение, но редко лучший вариант. Высокоскоростные кобальтовые сверла будут работать более эффективно при повышенных температурах, но срок службы и производительность инструмента не могут конкурировать с твердосплавными сверлами. Хотя твердосплавные сверла обычно являются лучшим вариантом, следует учитывать множество вариантов геометрии инструмента и обработки поверхности ».

Бландон предложил контрольный список возможных причин проблем, если нужный инструмент уже используется. Покрытия поверхности, геометрия и параметры нанесения входят в его список, но также и другие важные факторы.

«Предполагая, что режущий инструмент изготовлен в соответствии с высочайшими стандартами качества, срок службы инструмента должен быть одинаковым от одного инструмента к другому, когда он используется с одним и тем же материалом и в одном и том же применении», – сказал Бландон. «Если стойкость инструмента непостоянна, то проблема заключается либо в однородности материала обрабатываемой детали, либо в износе шпинделя станка, жесткости державки, фиксации детали или в применении СОЖ».

Геометрия сверла: Overachiever

Производители сверл также используют геометрию для придания своей продукции конкретному материалу, а также для облегчения удаления стружки, улучшения качества поверхности, увеличения срока службы инструмента и предотвращения поломки сверла.

Blandon сказал, что производители изменяют конструкцию канавок и геометрию наконечника своих сверл в соответствии с конкретными материалами.

«Высокопроизводительные твердосплавные сверла – лучший вариант для больших партий продукции или отверстий более высокого качества», – сказал он. «Они более дорогие, но обычно имеют конструкцию с канавками и острием, предназначенными для скручивания и защелкивания стружки до приемлемых размеров, которые можно эффективно удалять от режущей кромки».

Геометрия перемычки сверла также очень важна для удаления стружки, – сказал Бландон.Перегородка или стержень сверла должны быть постоянными или параллельными от вершины сверла до задней части канавки. Сверла из быстрорежущей стали обычно имеют увеличивающуюся конусность перемычки, что уменьшает расстояние между канавками и хвостовиком. Это ограничивает выход стружки из канавки.

«Некоторые новые твердосплавные сверла HP, предназначенные для обработки более глубоких отверстий, теперь имеют обратную конусность перемычки, при которой перегородка на самом деле меньше сзади, чем в точке», – сказал он. «Это обеспечивает максимальное пространство для стружки внутри канавки.”

Сверла также используют геометрию режущей кромки в своих интересах. По словам Бландона, традиционный стружколом на сверле из быстрорежущей стали имеет ряд небольших зазубрин на режущей кромке, которые создают прерывистые стружки. Однако это не практичная конструкция сверла с твердосплавной основой из-за хрупкости материала по сравнению с быстрорежущей сталью.

По словам Бландона, вместо ультрасовременного стружколома в высокопроизводительных твердосплавных сверлах, таких как серия Emuge EF, используются канавки различной формы, которые раскатывают материал внутри канавки и вызывают его растрескивание.При работе с надлежащей скоростью и подачей (которые влияют на толщину стружки) эти сверла исключают образование длинных, вязких стружек, которые приводят к засорению канавок и разрушению сверла. Другое преимущество конструкции высокопроизводительного твердосплавного сверла состоит в том, что устранение длинной стружки позволяет сверлу работать с постоянной скоростью подачи без циклов клевания.

«Использование геометрии канавок с двумя краями поможет улучшить качество поверхности», – сказал Бландон. «Второй задний запас поможет отполировать внутреннюю поверхность просверленного отверстия во время цикла сверления.”

YG-1 указал, что сегодня существует несколько различных способов сверления, и, вероятно, наиболее распространенным явлением является поломка сверл с твердосплавными сверлами, используемыми для определенных материалов и для определенных диаметров отверстий. Магазины используют их для сверления отверстий, которые являются достаточно точными, быстрыми и воспроизводимыми, учитывая, что их диапазоны диаметров соответствуют предлагаемым диаметрам.

«Для углеродистой стали мы рекомендуем наше сверло из углеродистой стали или наше общее сверло Dream Drill; для нержавеющей стали 304 мы рекомендуем версию Dream Drill из нержавеющей стали », – сказал он.«Каждое из этих сверл имеет правильную геометрию и покрытие, которое наилучшим образом подходит для этих материалов и этих применений».

Цельнотвердосплавное сверло Dream Drill имеет прочную геометрию, позволяющую вырезать стружку. «Все будет по-другому, если просверлить то же отверстие в нержавеющей стали», – сказал Пилгер. «Таким образом, у него есть геометрия, позволяющая получить лучшую стружку. У него небольшой крючок, который помогает более точно вставить фишку во флейту ».

Хоббс из Sandvik Coromant сказал, что вставные корончатые сверла, такие как CoroDrill 880 и CoroDrill 881 его компании, позволяют изменять геометрию и качество покрытия, что помогает разрушать стружку.По своей природе корончатые сверла создают гармоническую вибрацию, которая помогает ломать стружку. Этих гармонических колебаний иногда бывает недостаточно, и все же могут возникать длинные или непрерывные стружки.

При использовании более длинных сверл, сказал Хоббс, предварительное сверление отверстия является неизбежным и необходимым процессом, чтобы предотвратить поломку более длинного сверла. Процесс для более длинных сверл также требует особого внимания к тому, чтобы более длинное сверло входило в отверстие на более медленных скоростях и подачах, а также не включать сквозную охлаждающую жидкость, пока сверло не окажется в отверстии и не будет готово к сверлению.В это время можно применить соответствующие режимы резания и подать СОЖ.

«Чем дальше острие сверла находится от державки, тем больше повреждается острие сверла и тем сильнее сказывается на качестве отверстия сверло с круглым вырезом», – сказал Хоббс.

Гаруд сказал, что станок DC170 Вальтера с его уникальным сочетанием радиальных полей, каналов для охлаждающей жидкости и твердосплавной массы непосредственно за режущей кромкой помогает продлить срок его службы за счет эффективного рассеивания даже экстремальных температур.

Когда действовать быстрее или медленнее

Правильные параметры сверления, включая скорость и скорость подачи, могут повлиять на поломку сверла, удаление стружки, заусенцы отверстий и качество поверхности.

Horn’s Tonne заявила, что во многих случаях конечные пользователи используют параметры скорости и подачи, которые слишком низкие для используемой ими системы бурения.

«Скорость резания должна быть достаточно высокой, чтобы избежать скопления материала или нароста на кромке [BUE]», – добавил он.«Когда происходит BUE, сверло ведет себя как тупой инструмент и, таким образом, создает давление, слишком высокое для острия сверла».

Для большинства операций твердого сверления приблизительная осевая сила (Z) может составлять 3000–4000 Н (674–900 фунтов / фут), а тупая режущая кромка может легко удвоить это значение. Проконсультируйтесь с производителем инструмента относительно рекомендуемых параметров скорости и оставайтесь в пределах указанного диапазона, посоветовал Тонн. Для подачи всегда проходите больше, чем ширина кромочной подготовки, и меньше, чем максимальная подача на оборот.

Для борьбы с заусенцами уменьшите подачу на 50 процентов, пока не будут задействованы поля.Заусенцы на выходе немного сложнее, но их также можно улучшить, уменьшив подачу на 50 процентов, когда сверло находится на расстоянии 0,5 мм от выхода.

«Геометрия материала играет огромную роль в уменьшении заусенцев на выходе», – сказал Гаруд. «Например, сверла Xtreme-CI марки Walter-Titex предназначены для уменьшения заусенцев на выходе из чугуна». По его словам, на углах режущих кромок сверл имеется скошенная кромка, которая значительно уменьшает заусенцы.

«Аналогичная технология существует и для сверл по алюминию», – сказал Гаруд.«Наши сверла DC170 имеют радиальные поля, которые помогают обеспечить отличную чистовую обработку отверстий. Добавление дополнительных полей от земли (четыре вместо двух) также может значительно улучшить качество обработки отверстия ».

Pilger из YG-1 заметил, что, когда клиенты начинают использовать твердосплавные сверла, они часто смотрят на значения скорости и подачи в каталоге, которые кажутся очень высокими, поэтому они снижают скорость. В результате сверло работает слишком медленно и не выделяет достаточно тепла. Затем материал прилипает к сверлу и отслаивается, снимая покрытие и карбид.Со временем сверло теряет размер и ломается.

Там, где уместно уменьшить скорость и подачу, так это с поперечными отверстиями, сказал Пильгер. Когда сверло приближается ко второй твердой части, уменьшите скорость и подачу на 50 процентов и повторно войдите в отверстие. Это дает дрели время, чтобы оставить след и начать действовать. Затем увеличьте скорость и увеличьте подачу.

«В противном случае вы можете услышать болтовню, сломать дрель или увидеть, как она ходит», – сказал он. «Дело в том, что вы получаете несоответствие, потому что вы ударяетесь о неровную поверхность и пытаетесь минимизировать это несоответствие.”

Бывает время, когда хочется ускориться. «При сверлении очень распространенный способ улучшить качество стружки – отрегулировать один из параметров на станке», – сказал Пилгер. «Итак, когда у вас возникают проблемы со стружкой и вы хотите получить стружку лучшего качества, вы немного увеличиваете подачу стали [0,008–0,014 ipr или 0,2–0,36 мм / об]».

Хоббс из Sandvik Coromant согласился с тем, что очень важно знать, какой диапазон режимов резания сверла соответствует обрабатываемому материалу. «Высокая скорость подачи может привести к образованию слишком толстой стружки или даже к перегрузке стенки сверла, что приведет к поломке сверла», – сказал он.«Низкое количество корма может привести к образованию длинных, вязких и нежелательных стружек».

Более высокие скорости подачи часто используются для разрушения стружки, делая стружку более толстой и более склонной к разрушению. По словам Хоббса, бывают случаи, когда лучше увеличить площадь поверхности и уменьшить скорость подачи, чтобы сломать стружку.

Иногда программные прерывания движения подачи могут помочь измельчить стружку или, в крайних случаях, цикл клевания может решить проблему, сказал Уолтерс Гаруд.

Уметь удерживать их

Выбор правильной системы крепления инструмента и периодический осмотр ее на предмет ее исправного рабочего состояния могут продлить срок службы инструмента и помочь произвести отверстия более высокого качества.

«Выбор держателя действительно важен, когда вы работаете в высокопроизводительных средах, таких как автомобильная промышленность», – сказал Пильгер.«В большинстве случаев наши клиенты обычно без проблем держат наши сверла с цанговыми патронами. Однако при бурении больших объемов с высокой производительностью необходимы гребневые держатели с более сильным зажимным усилием ».

Но если вы хотите немного увеличить его, устранить биение и лучше удерживать сверло, есть несколько вариантов. Один из них представляет собой держатель с горячей посадкой, а другой – цанговый патрон с гидравлическим давлением. Эти две системы захватывают гораздо большую часть хвостовика. Фактически, университетские исследования показали, что такая установка улучшает биение примерно на 50 процентов и увеличивает срок службы инструмента на 20-25 процентов.

«В условиях высокой производительности мы настоятельно рекомендуем систему горячей посадки или гидравлический патрон для наших твердосплавных сверл», – сказал Пильгер.

Хоббс из Sandvik Coromant согласился с тем, что метод, используемый для удержания сверл, имеет решающее значение для производительности сверла и срока службы инструмента. Насколько надежно удерживается сверло, напрямую влияет на качество отверстия, например на округлость и качество поверхности, а также на стойкость инструмента. Более слабые методы крепления инструмента позволяют увеличить биение на конце сверла.

Это биение приводит к резанию одной стороны сверла больше, чем другой.Когда это происходит, сверло не только режет и изнашивается больше на этой стороне, но и ухудшается качество отверстия из-за того, что сверло стремится выйти за пределы центра и зарубить боковые стенки отверстия.

«Термоусадочные и гидравлические державки, такие как CoroChuck 930 от Sandvik Coromant, обеспечивают наиболее стабильную фиксацию сверла и по сравнению с такими методами, как цанги ER, могут даже удвоить срок службы инструмента», – сказал он.

Метод, используемый для удержания сверла, становится тем более важным, чем дольше оно становится.По словам Хоббса, длинные сверла, диаметр которых в 10, 15, 20, 30 и 40 раз больше диаметра, никогда не следует удерживать в каком-либо держателе, который не является абсолютно жестким.

«Термоусадочные и гидравлические держатели удерживают сверла по центру лучше, чем цанговые патроны Weldon или цанговые патроны», – сказал он. «Эта жесткость помогает предотвратить выход сверла за пределы круглой кромки сверла».

Tonne рекомендовала использовать высокопроизводительную систему цанговых патронов, такую ​​как Horn Fahrion Centro P, которая может увеличить срок службы инструмента более чем на 50 процентов из-за чрезвычайно жестких допусков биения конуса и цанги.

Emuge’s Blandon требует регулярного технического обслуживания. «Шпиндели обрабатывающего центра необходимо надлежащим образом обслуживать, чтобы уменьшить или исключить биение в точке сверления», – сказал он. «Если шпиндель загрязнен или изношен, сверло будет вращаться неравномерно. Это может привести к неравномерной нагрузке на острие сверла, что может вызвать выкрашивание режущих кромок и выход сверла из строя. На сегодняшний день лучшей технологией для сверления обычно является гидравлический патрон или конструкция механической втулки Emuge FPC », – заявил Бландон.

Исследование влияния геометрических параметров спирального сверла на производительность сверления нержавеющей стали

[1] ИКС.Ф. Чжоу, Ф. Фанг, J.Q. Цзян. Инструментальная инженерия Vol. 42 (2008), стр.29 (на китайском языке).

[2] X.B. Ван, Х. Лей. Инструментальная инженерия Vol.33 (1999), стр.11 (на китайском языке).

[3] Л.С. Сюн, Х. Ши, Ю. Чен. Инструментальная инженерия, Vol. 39 (2005), стр.11 (на китайском языке).

[4] H.C. Чьян К.Ф. Эманн. Jour. Англ. Manuf. Vol. 216 (2002), стр.61.

[5] Ю.Ф. Цай. Диаграмма обычного спирального сверла и сверла Ni Fu-zhi, Machinery Industry Press, Пекин (2008), в печати.

[6] Ю.М. Лу, W.Y. Чен. Китай Машиностроение Vol. 11 (2000), стр.292 (на китайском языке).

[7] Ю.Д. Чен, Х. Цзян. Машинный дизайн Vol.17 (2000), стр.25 (на китайском языке).

[8] П. Чжан. Инженер-механик Том. 12 (2007), с.147 (на китайском языке).

[9] ГРАММ.Л. Ма, Q.X. Цао. Журнал Хэнаньского машиностроительного и электротехнического колледжа Vol. 10 (2002), стр.39 (на китайском языке).

Оптимизация геометрии бурового долота и параметров процесса резки гибридных композитных / металлических конструкций в новых самолетах

Аннотация

Благодаря своим желаемым характеристикам прочности к весу, полимерные композиты, армированные углеродным волокном, были излюбленными материалами для конструкционных применений в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, транспортная, спортивная и энергетическая.Они снижают вес всей конструкции и, как следствие, снижают расход топлива. Использование легких материалов, таких как титан и его сплавы, в современных самолетах также значительно увеличилось за последние пару десятилетий. Титан и его сплавы обладают высоким отношением прочности к массе, высокой прочностью на сжатие и растяжение при высоких температурах, низкой плотностью, отличной коррозионной стойкостью, исключительной эрозионной стойкостью, превосходным сопротивлением усталости и относительно низким модулем упругости.Хотя в настоящее время в планерах все чаще используются гибридные конструкции из композит / металл, количество исследований, касающихся сверления штабелей композит / металл, очень ограничено. Во время сверления многослойных материалов могут возникнуть различные проблемы из-за очень разных свойств этих материалов. Условия обработки сверления таких структур играют важную роль в износе инструмента, качестве отверстий и стоимости обработки. Исследовательская работа в этой диссертации направлена ​​на исследование сверления гибридной структуры углепластика / Ti6Al4V и оптимизацию параметров процесса и геометрии сверла.Исследовательская работа состоит из полного экспериментального исследования, включая испытания на бурение, измерения на месте и после завершения и связанный с этим анализ; и анализ методом конечных элементов, включая полностью трехмерные модели конечных элементов. Экспериментальные исследования были сосредоточены на таких параметрах бурения, как осевое усилие, крутящий момент, расслоение, образование заусенцев, шероховатость поверхности и износ инструмента. Был разработан алгоритм количественного анализа расслоения, вызванного бурением, на основе изображений. В ходе численного анализа были разработаны новые трехмерные конечно-элементные модели бурения углепластика, гибридной структуры Ti6Al4V и углепластика / Ti6Al4V с использованием трехмерной сложной геометрии сверла.Определяемая пользователем подпрограмма была разработана для моделирования поведения материалов и отказов углепластика. Влияние параметров процесса на производительность бурения было исследовано и сопоставлено с экспериментальными результатами. В этом исследовании смоделировано влияние геометрии бурового долота.

Влияние параметров обработки и геометрии режущей кромки на целостность поверхности при сверлении и изготовлении отверстий в инконеле 718

Автор (ы): Али Ахаван Фарид, Сафиан Шариф, Хамидреза Намази

Филиал: Технологический университет Малайзии (UTM)

Страниц: 6

Событие: Всемирный конгресс и выставка SAE

ISSN: 1946–3979

e-ISSN: 1946-3987

Также в: Международный журнал SAE по материалам и производству-V118-5EJ, Международный журнал SAE по материалам и производству-V118-5

Файл: Геометрические параметры ледобура.png

Сводка

Лицензирование

Я, владелец авторских прав на это произведение, публикую его под следующей лицензией:

Добавьте однострочное объяснение того, что представляет собой этот файл

История файла

Щелкните дату / время, чтобы просмотреть файл в том виде, в каком он был в тот момент.

Использование файлов

Следующая страница использует этот файл:

• WikiJournal of Science / Методы бурения льда

Глобальное использование файлов

Этот файл используют следующие другие вики:

• Использование на en.wikipedia.org

Этот файл содержит дополнительную информацию, вероятно, добавленную с цифровой камеры или сканера, которые использовались для ее создания или оцифровки.

Если файл был изменен по сравнению с исходным состоянием, некоторые детали могут не полностью отражать измененный файл.

Оптимальная геометрия сверла для создания глубоких узких отверстий определяется с помощью вычислительной модели

Улучшение конструкции буров, предназначенных для выемки глубоких ям, должно повысить их производительность и долговечность. Ученые из A * STAR разрабатывают вычислительную модель, которая может определить идеальную конструкцию буровой установки, обеспечивая значительную экономию.

При проектировании сверла решающее значение имеет эффективное удаление материала, известного как стружка.Стандартное сверло, часть сверла, которая выкапывает отверстие, удаляет стружку, имея форму спирали, которая уносит стружку по длине сверла и выводит ее из входа в отверстие. Но есть предел глубины, который может быть достигнут спиральным сверлом, обычно это расстояние от пяти до десяти диаметров сверла.

Альтернативный подход, известный как gundrilling, может создавать отверстия с отношением глубины к диаметру более трехсот. Необычная форма наконечника сверла gundrill дает ему единственную режущую кромку, которая позволяет сверлу самоцентрироваться и обеспечивает глубокие и прямые отверстия.Стружки в gundrill удаляются, пропуская жидкость через сверло под высоким давлением. Эта жидкость также действует как охлаждающая жидкость, предотвращая повреждение режущей поверхности и подшипников сверла.

Гуан Леонг Тней из Сингапурского института производственных технологий A * STAR и его коллеги теперь достигли этого, разработав новую методологию моделирования потока охлаждающей жидкости gundrill, основанную на методе, называемом вычислительной гидродинамикой. «Геометрия Gundrill сложна; изменение любого отдельного параметра может повлиять на поток охлаждающей жидкости», – объясняет Тней.«Чтобы улучшить процесс бурения, необходимо понимать поведение потока охлаждающей жидкости».

Тней и его сотрудники начали с экспериментального измерения сопротивления микросхемы, падающей через трубку, заполненную охлаждающей жидкостью. Затем команда разработала свою вычислительную модель гидродинамики, чтобы воссоздать коэффициенты сопротивления, определенные этими экспериментальными результатами. Узнав, что модель работает, исследователи смогли вычислить поток жидкости и транспортировку стружки в gundrills с различной геометрией.

Они рассмотрели общую форму наконечника, называемую контуром заточки носа, количество и форму отверстий для потока охлаждающей жидкости, проходящих внутри сверла, и угол режущей кромки. Их результаты показали, что оптимальная конструкция имеет отверстия для охлаждения в форме почки, угол заплечика нулевого градуса и контур шлифовки носа, известный как N4. «Благодаря такой оптимизации геометрии инструмента достигается примерно 30-процентное увеличение срока службы инструмента по сравнению с существующей коммерческой конструкцией gundrill», – говорит Тней.

Ссылка : Оптимальная геометрия сверла для создания глубоких узких отверстий определяется с помощью вычислительной модели (2017, 5 октября) получено 23 октября 2021 г.