Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

Дудак Н.С.¹, Мусина Ж.К.¹, Итыбаева Г.Т.¹, Касенов А.Ж.¹, Таскарина А.Ж.²

¹ г. Павлодар, Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова, Республика Казахстан

² г. Алматы, Казахский национальный технический университет

им. К.И. Сатпаева, Республика Казахстан

Конструкция и кинематика уравновешенного двухвершинного спирального сверла без поперечной кромки

При сверлении двухвершинным спиральным сверлом без поперечной кромки ширина перьев не одинакова, т.к. на одном из перьев прорезана канавка, устраняющая поперечную кромку, вследствие чего возникает поперечная сдвигающая сила, которая уводит сверло, что приводит к разбивке отверстия и ухудшения качества обработки отверстий.

В массовом производстве сверление отверстий выполняется использованием кондукторных втулок, что снижает разбивку, но сдвигающая сила будет увеличивать износ сверла и кондукторной втулки. Поэтому надо уравновешивать работу сверла для повышения точности.

Рассмотрим схему действующих сил в процессе сверления на двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки. На сверло действуют силы: P_z – тангенциальные силы от действия крутящего момента М_кр; P_х – осевые силы от осевой силы Р_о; P_у – радиальные силы, действие которых направлено перпендикулярно оси сверла (рисунок 1).

Как видно из рисунка 1,а, на каждом из перьев на режущие кромки действуют силы Р_х и Р_у. На широком пере результирующая сила больше на величину, равную ширине канавки b_к, следовательно это вызывает дополнительную радиальную сдвигающую силу, которая приводит к уводу сверла и разбивки отверстия.

Для определения условий уравновешенности нужно добиться такого положения, чтобы:

1. Крутящие моменты на обоих перьях сверла были одинаковыми для создания условия отсутствия сдвигающей поперечной силы.

2. Осевые силы на обоих перьях были одинаковыми, чтобы исключить изгибающий момент на поперечном сечении сверла, условно действующий в плоскости, в которой расположены вершины сверла.

Для выполнения таких расчётов и определения условия равновесия (без количественной оценки) ограничивается использованием метода определения единичных сил и моментов, при котором принимается равенство единице действующей силы на единицу длины режущих кромок, что даёт в результате единичную силу, равную суммарной длине режущих кромок. При этом нужно учесть, что равенство углов наклона режущих кромок позволяет свести величину единичной силы к проекции на плоскость поперечного сечения сверла, а именно на линию, проходящую через ось сверла.

Аналогично для определения единичного момента вычисляется сила и плечо действия силы.

Исходя из выше изложенного составим уравнение сил, действующих на перья от осевой продольной силы

Так как силы приняли равным единице, тогда

(1)

где l₁, l₂, l₃, l₄ – длины режущих кромок 1, 2, 3, 4.

Длины режущих кромок l₁, l₂, равны и для упрощения расчётов принимаем равной c, а длина режущей кромки l₄ меньше остальных на величину b_к, ширины прорезанной канавки и равна или , тогда подставив в уравнение 1 получим

. (2)

Анализ уравнения 2 показывает, что суммарная длина режущих кромок на широком пере, больше укороченного на величину b_к, а следовательно и и силы действующие на широком пере, не срезанного канавкой больше.

а)б)

а) не уравновешенным

б) уравновешенным

Рисунок 1 – Схема действующих сил при сверлении двухвершинным спиральным сверлом без поперечной кромки

Для равномерного распределения и уравновешивания сил на перьях выполняем подточку ленточки на широком пере, не срезанном канавкой, шириной а длиной l (рисунок 1,б).

Следовательно, разбивка отверстия из-за неравномерного распределения сил на перьях сверла исключается и повышается качество обработки отверстий двухвершинным спиральным сверлом без поперечной кромки.

На рисунке 2 представлена конструкция и конструктивные элементы двухвершинного спирального сверла без поперечной кромки с подточкой ленточки пера, не укороченного прорезанием канавки между перьями сверла: 1, 2 – внешние режущие кромки; 3, 4 – внутренние режущие кромки; 5 –винтовая стружечная канавка; 6 – шейка; 7 – конический хвостовик с конусом Морзе; 8 – лапка; 9 – направляюще-выглаживающие ленточки; вид К – вид слева на сверло; 2φ – угол на внешних режущих кромках; 2φʹ – угол, вершина которого направлена к хвостовику, срезавший переднюю приосевую часть – вершину и поперечную кромку; ω – угол наклона спиральной (винтовой) стружечной канавки; ψ – угол наклона канавки; f – ширина ленточки; f_н – ширина направляюще-выглаживающие ленточки; l₁ и l₂ – длина внешних режущих кромок соответственно; l₃ и l₄ – длина внутренних режущих кромок соответственно; l_реж – длина режущей части; l_р – длина рабочей части сверла; S_oc – осевая подача мм/об; b_к – ширина канавки; l_к – длина канавки; а – ширина подточки режущей кромки 1; – длина подточки режущей кромки 1.

Рисунок 2 – Двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки с подточкой ленточки

Таким образом, подточка ленточки на широком пере, не срезанного канавкой, обеспечивает равномерное распределение действующих сил при сверлении; радиальные силы на обоих перьях уравновешиваются вследствие чего уменьшается разбивка отверстия и повышается точность и качество обработки отверстий; выполнен кинематический анализ, что позволит в дальнейшем назначать оптимальные геометрические параметры режущей части и подточки ленточки.

Литература:

1. Предварительный патент Республики Казахстан № 19559 на изобретение. Двухвершинное спиральное сверло без поперечной кромки с направляющими ленточками / Дудак Н.С., Мусина Ж.К.; опубл. 16.06.2008, Бюл. № 6. – 6 с.: ил.