Технические науки/3.Отраслевое машиностроение

К.т.н. Кондрашов С.Г.

Херсонский национальный технический университет

ПРИМЕНЕНИЕ САПР Solid-Works ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРЕКТИРОВАНИЯ СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ

Конструкция спирального сверла известна уже более ста лет и является самым универсальным инструментом для обработки отверстий, одним из самых распространенных и самых изученных. Над исследованием геометрии спирального сверла, его эксплуатационных характеристик и условий работы работали такие ученые, как И.И. Семенченко, В. Г. Алексеев, Г.И. Грановский и другие. Фундаментальные труды по исследованию геометрии спирального сверла принадлежат П.Р.Родину [1]. В то же время спиральное сверло является инструментом, работающим в тяжелых условиях и имеющим самую неблагоприятную геометрию среди известных типов режущих инструментов. Причинами этого являются: изменение углов вдоль режущей кромки, что влечет за собой изменение нагрузки текущей точки кромки и, следовательно, неравномерный ее износ; наличие зоны в середине сверла, в которой скорость резания стремится к нулю и точки, в которой скорость равна нулю; затрудненные условия образования и удаления стружки и некоторые другие.

Геометрические параметры сверла, т.е. уравнения передней и задней поверхностей, расположение секущих плоскостей, значения рабочих углов описываются системами довольно сложных и громоздких уравнений с использованием аппарата векторной алгебры, методик дифференциального исчисления и начертательной геометрии. Так, уравнение поверхности резания имеет вид [1]:

Ā=i(d cosε-dctgμ·sinε)+j(dsinε+dctgμ·cosε)+k(dctgμ·ctgφ+Sε ⁄ 2π),

Векторы ē и ū, касательные к винтовым передней и задней поверхностям, можно определить из следующих соотношений:

ē = ∂Ā ∕∂μ , ū = ∂Ā ⁄∂ε

Значения передних γ и задних α углов определяют, как углы между касательной к поверхности Ā , нормалью к этой поверхности и векторами ē и ū. Очевидно, практическое применение приведенных формул при проектировании новых инструментов и исследовании их геометрии затруднительно, требует значительных затрат времени и не дает визуализации проведенных исследований и расчетов.

В то же время ведущие инструментальные фирмы, такие как Sandvik Coromant, Krupp Widia etc., а также отечественные ученые постоянно работают над совершенствованием конструкций сборных сверл с механически закрепляемыми неперетачиваемыми пластинами, которые характеризуются сложной пространственной ориентацией опорных плоскостей и рабочих поверхностей неперетачиваемых пластин, которые в свою очередь в общем случае имеют достаточно сложную геометрию (неплоские передние поверхности, наличие стружкозавивающих лунок и т.д.)

Решить задачу оперативного исследования геометрии такого сложного пространственного тела, каким является спиральное сверло, определение величин рабочих углов в различных секущих плоскостях с визуализацией результатов исследований позволяет САПР Solid-Works.

Попытка такого исследования, позволяющего проследить динамику изменения передних и задних углов стандартного спирального сверла предпринята в данной работе. На рисунках 1,2,3 и 4 показаны сечения главной секущей плоскостью, перпендикулярной главной режущей кромке в текущих точках, перемещающихся от периферии сверла к центральной части. Положения точек показаны в правых нижних углах рисунков. Легко видеть, что значения задних углов α при движении к центру сверла увеличиваются от 24˚ до 38˚, передние углы в это время резко уменьшаются и переходят в область отрицательных значений.

Рис.1. α=24˚33΄, γ=+27˚25΄ Рис.2. α=26˚37΄, γ=+19˚8΄

Рис.3. α= 30˚14΄, γ= +11˚29΄ Рис.4. α=38˚, γ= -0˚35΄

На рисунках 5 и 6 показаны сечения осевой плоскостью и динамика изменения задних углов в этой плоскости. Полученные значения полностью коррелируются с классическими представлениями о геометрии стандартного спирального сверла, в то же время очевидно, что с помощью Solid Works легко получать адекватную визуализацию отдельных этапов проектирования новых конструкций сверл и исследования их геометрии.

Рис.5 Рис.6

Приведенные результаты позволяют оперативно вносить коррективы в конструктивные и геометрические параметры конструируемых сверл, рекомендовать те или иные изменения в конструкцию и тем самым оптимизировать конструкцию сверла.

Литература

1.Родин П.Р. Геометрия режущей части спирального сверла. Техника, Киев, 1971. – 137с.

2. Кондрашов С.Г. Повышение эффективности обработки отверстий многолезвийным инструментом. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. КПИ, Киев, 1990.-250с.