3.1.1. Особенности геометрии и конструкции универсального (спирального) сверла
Общетехнические дисциплины / Режущий инструмент / 3.1.1. Особенности геометрии и конструкции универсального (спирального) сверла
Типичным представителем сверлящего инструмента являются универсальные (спиральные) сверла.
Спиральное сверло состоит из следующих частей (рис. 3.1): режущая часть 1, транспортирующая часть 2, шейка 3, хвостовик 4 и лапка 5.
Режущая часть сверла. Участки сверла, производящие резание, образуют режущую часть сверла. Режущая часть имеет две главные 1, две вспомогательные 2 и одну поперечную 3 режущие кромки (рис. 3.2). Главные режущие кромки наклонены к оси сверла под углом — главным углом в плане. Обычно рассматривают не угол , а его удвоенное значение 2– угол при вершине. Значения угла 2для стандартных быстрорежущих сверл принимают в пределах 118…1200, а для твердосплавных сверл – 130…1400.
Поперечная кромка 3 с проекциями режущих кромок образует угол
Рис. 3.1. Конструкция спирального сверла
Рис. 3.2. Режущая часть сверла
Передний угол главных режущих кромок определяется в нормальном сечении N-N и является величиной переменной. Наибольшее его значение на периферии сверла, а
наименьшее – в центре. Его максимальное значение находится по следующей зависимости:
. (3.1)
Передний угол может быть определен и в цилиндрическом сечении — в каждой точке режущей кромки он равен углу наклона винтовой канавки:
. (3.2)
Задний угол главных режущих кромок сверла, как и передний, может измеряться в двух сечениях: в цилиндрическом
и нормальном .
Эти углы связаны между собой зависимостью:. (3.3)
Задние углы являются переменными; минимальное значение они принимают на периферии сверла. Для стандартных сверл из быстрорежущей стали принимается равным 8…150, для твердосплавных сверл =4…60.
Угол наклона винтовых канавок сверла оказывает влияние на прочность и жесткость сверл, а также на стружкоотвод. Рекомендуются следующие значения углов : для обработки хрупких материалов (чугун, бронза и др.) ; для обработки материалов средней прочности и вязкости (конструкционные стали) ; для обработки вязких материалов (алюминий, медь) .
Иногда, кроме угла
, (3.
4)
где D – диаметр сверла; — угол наклона стружечной канавки на диаметре D.
Рис. 3.3. Форма поперечного сечения транспортирующей части сверла
Транспортирующая часть сверла (рис. 3.3) предназначена для удаления стружки из зоны резания и служит для направления сверла в отверстии ленточками . Ширина ленточек должна быть возможно меньшей для снижения трения об обрабатываемое отверстие, но вместе с тем и такой, чтобы обеспечить достаточную прочность ленточек.
Ширину ленточки следует выбирать по формуле:
. (3.5)
Ленточки по длине сверла имеют обратную конусность в пределах 0,03…0,12 мм на каждые 100 мм длины сверла – для быстрорежущих сверл и 0,1…0,2 мм – для твердосплавных сверл.
Диаметр сердцевины сверла К принимается равным (0,125-0,145)dи с целью упрочнения инструмента увеличивается к хвостовику сверла (до 1,7 мм на 100 мм длины).
Диаметр спинки сверла выбирают по зависимости .
Угол стружечной канавки сверла обычно равен углу спинки или больше него на 2…30. Исходя из этого, определяется ширина пера в нормальном к оси сечении. На чертеже инструмента обычно указывается ширина пера в сечении, нормальном направлению стружечной канавки, связанная с зависимостью
. (3.6)
Радиусы дуг, образующих профиль винтовой канавки сверла, принимаются равными и , а центры дуг лежат на прямой, проходящей через центр поперечного сечения сверла.
Шейка выполняется только у сверл с коническим хвостовиком и служит для выхода шлифовального круга, а также для маркировки сверла.
Хвостовики спиральных сверл изготавливаются цилиндрическими или коническими с конусами Морзе, которые стандартизированы ГОСТ 25557-82.
Лапка служит для выбивания сверла из шпинделя или из оправки.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что на стойкость сверл влияет большое число факторов, главными из которых являются:
– точность выполнения режущих элементов сверл;
– геометрия режущей части: двойной угол при вершине 2, угол наклона винтовой стружечной канавки , задний угол ;
– способ заточки;
– жесткость инструмента и системы СПИД, а также величина вылета сверла;
– применяемые режимы резания и условия эксплуатации сверл.
Обобщенные данные отечественного и зарубежного передового научно-технического опыта позволяют определить главные направления в развитии современных конструкций быстрорежущих спиральных сверл:
1. Повышение динамических характеристик сверла – прочности, жесткости и виброустойчивости — за счет установления рациональной толщины сердцевины; увеличения диаметра спинки сверла; уменьшения длины спирали и вылета сверла; применения различных методов заточки сверла и подточки сердцевины; применения термообработки, обеспечивающей максимальную прочность и жесткость; увеличения жесткости крепления сверла путем применения конических цапф для цилиндрических сверл; изыскания новых конструкций и т.
д.
2. Повышение точности выполнения геометрических параметров режущей части сверла – приближение к идеальному сверлу, которое имеет нулевое биение ленточек на всей длине спирали и полную симметричность лезвий.
3. Изыскание и применение современных инструментальных материалов для изготовления спиральных сверл, обеспечивающих высокую красностойкость при высокой прочности и достаточной упругости, например, заменой быстрорежущей стали Р6М5 в тяжелых условиях сверления на стали повышенной производительности.
4. Улучшение структуры и термообработки сталей применением быстрорежущих сталей с минимальной карбидной неоднородностью, обеспечивающих получение гарантированной термообработки по единой технологии для данной марки стали.
Конструкции спиральных сверл. Не рассматривая подробно всего многообразия существующих конструкций сверл, форм режущей части, подточек перемычки и ленточек, проанализируем лишь некоторые конструкции, удовлетворяющие первому, главному требованию в совершенствовании спиральных сверл – увеличению динамических характеристик сверла.
Спиральные сверла
Спиральные сверла предназначены для сверления сквозных и глухих отверстий в металлах и других конструкционных материалах. Эксперт Гарвин расскажет о видах и особенностях сверл, покажет, как правильно выбрать и использовать их.
Спиральные сверла
Конструкция. Преимущества. Особенности.
В конструкцию спирального сверла входят:
1. Рабочая часть.
Включает в себя две спиральные винтовые канавки, которые образуют режущие элементы.
2. Хвостовик.
Предназначен для закрепления сверла в оснастке. Различают свёрла с цилиндрическим и коническим хвостовиком.
Преимущества спиральных сверл:
Большой запас под переточку.
Отличный отвод стружки.
Универсальность применения.
Особенности профессиональных спиральных сверл:
Материал изготовления.
Профессиональные свёрла изготавливают из быстрорежущих сталей HSS, Р6М5, M2. Материалы отличаются повышенным содержанием легирующих составов вольфрама и молибдена, что обеспечивает их повышенную прочность.
Метод получения профиля.
В профессиональных изделиях профиль получают при помощи шлифования, что увеличивает точность исполнения инструмента и продлевает срок его службы относительно более простых катаных сверл.
Дополнительная заточка острия.
Обеспечивает хорошую центровку и снижает нагрузку на сверло.
В ассортименте ГаражТулс представлены профессиональные спиральные сверла под брендом Garwin. Они имеют дополнительную заточку острия, а их профиль получен путем шлифования. Поле допуска диаметров h8 – аналогично отечественным сверлам классов точности А1 и В1. Рассмотрим их особенности.
Цилиндрический хвостовик. Средняя серия
Без покрытия и дополнительного легирования (GM-SG)
Материал:
импортная быстрорежущая сталь HSS. Аналог отечественного сплава Р6М5.
Исполнение:
DIN 338 – немецкий стандарт на спиральные сверла с цилиндрическим хвостовиком, средней серии.
Аналог отечественного ГОСТа 10902-77.
Материалы не тверже 25 HRC
Предназначены для сверления отверстий в деталях из углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов, чугуна и других материалов с твердостью не выше HRC 25.
Работа со всеми типами оборудования
Применяются практически со всеми типами оборудования – пневматическими, электрическими, аккумуляторными дрелями и в сверлильных станках. При наличии специальной оснастки, в универсальных токарных, фрезерных станках и станках с ЧПУ.
Угол заточки 118°
Универсальный вариант для широкого спектра обрабатываемых материалов.
Угол наклона винтовой канавки от 16° до 32°
Обеспечивает оптимальный вывод стружки из рабочей зоны.
Рекомендуемая глубина сверления 5xD
т.е. до 5 диаметров сверла. Для более глубоких отверстий рекомендуем обратить внимание на длинную серию сверл 101315. Далее мы рассмотрим ее подробно.
Покрытие TIN
Нитрид титана увеличивает износостойкость на 60-80%, позволяет сверлить нержавеющие стали.
Не рекомендуется обработка алюминия и его сплавов в связи с налипанием стружки на покрытие.
Тем не менее, если обработка нержавеющих сталей – главная задача, рекомендуем выбрать сверла, легированные кобальтом. Рассмотрим их подробнее.
Легирование кобальтом
Легирование кобальтом
и угол заточки 135°
Позволяют работать с нержавеющими сталями и другими труднообрабатываемыми материалами твердостью до 30 HRC.
Угол наклона винтовой канавки – от 31° до 37
Обеспечивает лучший вывод стружки из рабочей зоны в тяжелых условиях резания.
Остальные характеристики аналогичны спиральным сверлам без покрытия и дополнительного легирования.
Если необходимо проделывать глубокие отверстия обратите внимание на сверла длинной серии. Рассмотрим их подробнее.
Цилиндрический хвостовик. Длинная серия
Покрытие TIN
Длинная серия инструмента.
По большинству характеристик аналогична спиральным сверлам средней серии с покрытием TiN, которые мы рассмотрели ранее.
Главные отличия:
- Возможность проделывать глубокие отверстия 10xD, т.е. до десяти диаметров сверла.
- Исполнение по DIN 340, аналог отечественного ГОСТа 886-77.
Конический хвостовик. Средняя серия
Покрытие без дополнительного легирования
Исполнение по DIN 345, аналог отечественного ГОСТа 10903
Материалы не тверже 25 HRC
Свёрла предназначены для сверления отверстий в деталях из углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов, чугуна и других материалов с твердостью не выше HRC 25.
Машинное применение
Свёрла предназначены для машинного применения в различных станках.
Угол заточки 118°
Универсальный вариант для широкого спектра обрабатываемых материалов.
Угол наклона винтовой канавки – от 25° до 30°
Угол наклона винтовой канавки от 25° до 30° обеспечивает лучший вывод стружки из рабочей зоны в тяжелых условиях резания.
Рекомендуемая глубина сверления 5xD
т.е. до 5 диаметров сверла. Для более глубоких отверстий рекомендуем обратить внимание на длинную серию сверл 101315. Далее мы рассмотрим ее подробно.
Преимущества сверл с коническим хвостовиком
Высокая скорость смены сверла
Хвостовик вставляется во втулку, откуда его легко выбить клином.
Надежное центрирование
Конический хвостовик исключает даже небольшие смещения сверла.
Защита от проворота
Так называемая «лапка» не позволяет сверлу провернуться.
Сверла больших диаметров
Максимальный диаметр конического сверла 90 мм, тогда как у цилиндрического — не более 25.
Видео-обзор: профессиональные спиральные сверла
Профессиональные спиральные сверла Garwin
Цилиндрический хвостовик.
Средняя серия.
Обработка углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов, чугуна и других материалов с твердостью не выше HRC 25
Цилиндрический хвостовик. Средняя серия. Покрытие TiN.
Износостойкость выше на 60-80%, обработка нержавеющих сталей.
Цилиндрический хвостовик. Средняя серия. Легирование кобальтом.
Самая высокая износостойкость, лучший вывод стружки, работа по труднообрабатываемым материалам твердостью до 30 HRC.
Цилиндрический хвостовик. Длинная серия. Покрытие TiN
Позволяет проделывать глубокие отверстия 10xD, т.е. до десяти диаметров сверла.
Конический хвостовик. Средняя серия.
Высокая скорость смены сверла, надежное центрирование защита от проворота, возможность подобрать сверло с диаметром до 90 мм.
ГАРВИН — удобный поставщик инструмента с 1995 года
Санкт-Петербург
Выбор подходящей конструкции сверла
Если бы машинистов и производителей инструментов попросили назвать общие операции обработки, они, вероятно, ответили бы разнообразными списками, основанными на опыте. Несмотря на разнообразие, все списки, вероятно, включают бурение.
Сверление — это производственный процесс, который использовался на протяжении тысячелетий. Его корни можно проследить до Древнего Египта, когда строители пирамид просверливали отверстия в скале, чтобы построить массивные сооружения. Ранние методы были грубыми по сегодняшним меркам. Но по мере того, как мир становился все более промышленно развитым, достижения в области материалов для заготовок и потребность в большей точности потребовали совершенствования технологии сверления.
На некоторых производственных предприятиях, например, на тех, где происходит механическая обработка, сверление является неотъемлемой частью производства продукции.
В других видах производства, таких как производство продуктов питания, бурение не является неотъемлемой частью производства, но, безусловно, необходимо для обслуживания машин и оборудования. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что обработка отверстий является важным процессом во всех типах современного производства.
Сменные твердосплавные наконечники отлиты таким образом, чтобы соответствовать форме корпуса сверла. Изображение предоставлено К. Тейт
Сверление, известное большинству людей, восходит к изобретению спирального сверла Стивеном Морзе, которое было запатентовано в 1863 году. Хотя сверла производились веками, его конструкция спирального сверла является наиболее знакомой и основой для многих современных сверлильных инструментов. Это было серьезным изменением. Теперь человек мог сверлить вертикально и по-прежнему удалять стружку, не обрезая ее заново.
Спиральное сверло легко узнать по характерным спиральным канавкам или канавкам, которые проходят по большей части его длины.
Спиральные канавки вытягивают стружку из отверстия и обеспечивают доступ смазочно-охлаждающей жидкости к рабочей зоне. Название произошло от производственного процесса, разработанного Морзе, при котором заготовки круглых сверл скручивались после фрезерования канавок.
Современные спиральные сверла обычно изготавливаются из быстрорежущей стали, но широко распространены спиральные сверла из кобальтового сплава, твердосплавные и твердосплавные. Спиральные сверла доступны в бесчисленных размерах, длинах, типах хвостовиков и углах вершины в зависимости от того, образует ли материал заготовки длинную или короткую стружку. Это разнообразие делает спиральную дрель незаменимой в большинстве случаев.
Укажите или замените
Сменные твердосплавные пластины коренным образом изменили режущие инструменты в середине 20-го века, открыв новые конструкции инструментов и повысив эффективность всех видов механической обработки, включая сверление.
Сверла со сменными твердосплавными пластинами стали обычным режущим инструментом, поскольку они обладают рядом преимуществ.
Сверла со сменными пластинами имеют скорость проходки в четыре-пять раз выше, чем сверла из быстрорежущей стали, что приводит к сокращению времени цикла. Твердосплавные пластины также продлевают срок службы инструмента по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали, особенно при резке труднообрабатываемых материалов.
Сменные твердосплавные пластины обеспечивают долгий срок службы, высокую производительность и простоту замены кромки. Изображение предоставлено К. Тейт
Увеличенный срок службы инструмента и возможность индексировать или поворачивать пластину, не снимая фрезу со станка, снижают затраты, связанные с заменой режущей кромки. Сверла со сменными пластинами также позволяют конечным пользователям просверливать отверстия на неровных поверхностях, где другие типы инструментов засверливались бы с трудом. В отличие от больших сверл из быстрорежущей стали, для сверл со сменными пластинами требуются направляющие отверстия.
По мере того как сверла со сменными пластинами набирали популярность, производители инструментов начали расширять технологию, разрабатывая сверла со сменными твердосплавными наконечниками.
Сверла со сменными наконечниками аналогичны сверлам со сменными пластинами и обеспечивают многие из тех же преимуществ, таких как повышенная скорость проходки, длительный срок службы инструмента, низкие требования к техническому обслуживанию и снижение затрат на складские запасы.
Основное отличие заключается в их конструкции. Вместо того, чтобы удерживать несколько твердосплавных пластин в гнездах на стальном корпусе, сверла со сменными наконечниками принимают один твердосплавный наконечник на конце стального корпуса и напоминают проверенное спиральное сверло. Применение сверла со сменным наконечником улучшает размер отверстия и качество обработки по сравнению со сверлом со сменными пластинами.
Изготовление небольших сверл со сменными пластинами сложно, потому что они хрупкие, а их размер ограничен. Было время, когда маленькие сверла со сменными пластинами были недоступны. Магазины были вынуждены покупать более дорогие твердосплавные сверла, соглашаться с ограничениями сверл из быстрорежущей стали или использовать дополнительные операции обработки, когда сверла со сменными пластинами нужного размера не было в наличии.
Сверла со сменными наконечниками устранили этот пробел и обеспечили преимущества сверл со сменными пластинами меньшего диаметра.
Ценовая категория
Стоимость всегда является важным фактором при покупке режущего инструмента, а приобретение сверл со сменными пластинами вместе с необходимым оборудованием может быть дорогостоящим. Когда объем производства невелик, сверла со сменными наконечниками, сверла со сменными пластинами и некоторые спиральные сверла из быстрорежущей стали могут оказаться не самым экономичным выбором. Лопатчатые сверла — идеальное решение для обработки небольших отверстий диаметром более ½ дюйма.
Плоская форма и прямые канавки лопаточного сверла снижают производственные затраты. Изображение предоставлено C. Tate
Перовые сверла, которые напоминают сверла, существовавшие до оригинального спирального сверла, похожи на сверла со сменными наконечниками, поскольку имеют стальной корпус и подходят для сверления из быстрорежущей стали или твердого сплава.
Однако сверла-лопасти имеют плоское острие со шлифованными режущими кромками, в то время как твердосплавные сверла со сменными наконечниками имеют более сложную форму, которая имеет ту же форму, что и корпус сверла с канавками.
Корпуса лопаточных сверл подходят для различных точек сверления, что позволяет одному корпусу сверлить несколько разных диаметров. Кроме того, они предлагаются с большим выбором длин корпуса, часто недоступных для других типов дрелей.
Я часто сначала прибегаю к перовым сверлам, если мне нужно сделать лишь небольшое количество отверстий большого диаметра, поскольку они экономически эффективны в среде с большим ассортиментом и малым объемом, как в нашей мастерской. Лопастные сверла также прощают ошибки и хорошо работают на старых ручных станках, а также на обрабатывающих центрах стоимостью в миллион долларов. Эта возможность делает их безопасным выбором при изготовлении отверстий в дорогих деталях.
Хотя доступны и другие типы сверл, наиболее распространенными являются спиральные, сменные сверла, сверла со сменными наконечниками и сверла-лопатки.
В современном магазине большая часть машинной работы может быть выполнена с использованием одного из этих стилей.
[PDF] Расчет спирального сверла и оптимизация геометрии на основе моделирования
- title={Конструирование спирального сверла и оптимизация геометрии на основе моделирования},
автор={Эберхард Абеле и Мариан Фухара},
journal={Cirp Annals-производственная технология},
год = {2010},
объем = {59},
страницы = {145-150}
}
- Э. Абеле, М. Фухара
- Опубликовано 2010
- Материаловая наука
- Технология промышленности CIRP Annals
View Via Publisher
Bohreroptimeierung.googlecode.com
Holistic подход для моделирования. , D. Schäfer
Engineering
- 2011
Оптимизация спиральных цельных твердосплавных сверл является очень сложной задачей из-за большого количества противоречивых конструктивных параметров.
Прежние подходы рассматривают только ограниченные аспекты дизайна. Это…
Аналитическое моделирование спирального сверла на основе движения и его применение
- Вей Чжан, З. Ли, Дилин Сюн, Фэнбао Хе, Дж. Ху шероховатости поверхности, силы осевого усилия и крутящего момента, создаваемых сверлами новой геометрии с использованием GRA
на основе Taguchi. Значительной частью современных процессов удаления стружки является сверление отверстий. Многие параметры, такие как параметры резания, материал, станок, режущий инструмент и т. д., в процессе сверления отверстий…
Многоцелевая оптимизация шероховатости поверхности, силы осевого усилия и крутящего момента, создаваемых сверлами новой геометрии с использованием GRA на базе Taguchi
Значительной частью современных процессов удаления стружки является сверление отверстий. Многие параметры, такие как параметры резания, материал, станок и режущий инструмент и т.
д., в процессе сверления отверстий…Последние достижения в конструкции спиральных сверл для обработки композитных материалов: критический обзор
- С. О. Исмаил, Х. Дхакал , Э. Димла, И. Попов
Материаловедение
- 2017
В области композитных технологий неэффективная и плохая конструкция спиральных сверл в значительной степени усугубляет проблемы, связанные со сверлением композитных материалов. Попытка сообщить о некоторых…
Моделирование спирального сверления SPH для прогнозирования осевого усилия и крутящего момента
Сверление является одним из наиболее распространенных процессов в металлообработке. Силы резания, возникающие в процессе сверления, оказывают существенное влияние на точность и качество отверстий.…
Моделирование и оптимизация параметров шлифования спирального сверла на заказ на параллельном станке Biglide
- П. Зоу, М. Ким, Ф. Лю
Материаловедение
- 2017
Оптимальные параметры шлифования: полученные для индивидуально ориентированного спирального сверла с использованием генетического алгоритма, и показывают заметное улучшение точности заточки вершины сверла на параллельном станке Biglide в зависимости от требований клиентов.
Моделирование и оптимизация параметров шлифования спирального сверла нестандартного назначения на параллельном станке Biglide
Представлен метод моделирования шлифования заданных геометрических параметров спирального сверла на параллельном станке Biglide, обладающий более эффективными и экономическими возможностями для …
Исследование влияния геометрии сверла на производительность бурения и качество отверстия
- Мехтап Явуз, Х. Гекче, И. Чифтчи, Харун Гёкче, Чаглар Яваш, У. Шекер
Материаловедение
- 2020
В этом исследовании изучалось влияние геометрии сверла на производительность резания и качество отверстия в процессе сверления.
Две недавно разработанные геометрии сверла сравнивались с двумя…Исследование влияния геометрии сверла на производительность сверления и качество отверстия
В этом исследовании изучалось влияние геометрии сверла на производительность резания и качество отверстия в процессе сверления. Две недавно разработанные геометрии сверла сравнивались с двумя…
ПОКАЗАНЫ 1–10 ИЗ 24 ССЫЛОК
СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантности Наиболее влиятельные статьиНедавность
Оптимизация формы режущей кромки и режущей кромки для улучшения конструкции наконечника спирального сверла
- A. Paul, S. Kapoor, R. DeVor
- 0
- 2005
A Модель кромки долота для произвольной геометрии точки сверления
- A. Paul, S. Kapoor, R. DeVor
Business
- 20605
2 Разработана модель наклонного резания для прогнозирования осевого усилия и крутящего момента, создаваемых режущей кромкой сверла с произвольной геометрией вершины.
Геометрия режущей кромки долота моделируется с помощью математического…Оптимизация конструкции сверла с разрезным острием с помощью силового анализа
- Wen-Chou Chen, K. Fuh, Chih-Fu Wu, Biing-Rong Chang
Engineering, Materials Science
- 1996
Применение САПР для спиральных сверл
- M. McCOLL, R. Leadbetter
Business
- 1993
Программа автоматизированного проектирования (САПР) была разработана для облегчения проектирования спиральных сверл. Особенностью системы является ее способность принимать оба используемых теоретических математических параметра… анализ влияния геометрии сверла и покрытия поверхности на усилия и мощность при бурении
- J. Audy
Материаловедение
- 2008
CAD-подход к обработке винтовых канавок — I.
д., в процессе сверления отверстий…
Зоу, М. Ким, Ф. Лю
Две недавно разработанные геометрии сверла сравнивались с двумя…
Геометрия режущей кромки долота моделируется с помощью математического…
