11.3.Силы резания при сверлении

Сверло работает в тяжелых условиях и испытывает большие напряжения, вызываемые силами резания в результате значительных деформаций стружки и трения между стружкой, сверлом и стенками отверстия. При сверлении, как и при точении, равнодействующие силы резания, приложенные к режущим кромкам, можно разложить на следующие составляющие (рис. 11.4):

1. Равнодействующая сила сопротивления – действует на каждую режущую кромку сверла (приложенная в точку ).

2. Раскладывают на три составляющие в трех взаимно перпендикулярных направлениях , , .

Силы, действующие по оси , взаимно уравновешиваются, т.к. равны по величине и противоположны по знаку. Сила – радиальная составляющая, – действует параллельно оси сверла и действует по направлению подачи, – главная или тангенциальная составляющая, создает крутящий момент.

3.Сила, создаваемая при внедрении в материал поперечной кромки, направлена вверх по оси . Исследованиями установлено, что . Таким образом, часть силы тратится на преодоление сопротивления поперечной кромки.

4. Остальное идет на преодоление трения ленточки об обработанную поверхность и на силу .

5.Сила подачи или осевая сила - действует вдоль оси сверла и равна сумме проекций сил, действующих вдоль оси

.

6. Суммарный крутящий момент сопротивления, действующий на сверло. Он складывается из момента от сил из момента от силы , и от сил трения на цилиндрических ленточках сверла

,

Рис. 11.101. Силы резания при сверлении

Действующая на сверло в процессе работы осевая сила и крутящий момент являются исходными для расчета сверла и частей станка на прочность (деформацию) и для определения мощности резания.

Мощность, затрачиваемая на сверление: . Где - крутящий момент, действующий на сверло, - число оборотов сверла в минуту.

Потребная мощность привода главного движения станка: . Где - коэффициент полезного действия станка.

Для определения величины момента и осевой силы применяют приборы, так называемые сверлильные динамометры. По принципу действия они могут быть электрическим (индукционные и емкостные) и гидравлические.

Момент и силы подачи при сверлении зависит от геометрических параметров режущей части сверла, диаметра сверла, подачи, смазочно-охлаждающих технологических средств и физико-механических свойств обрабатываемого материала.

Подсчет силы и крутящего момента при сверлении ведут по обобщенным формулам и обновляемым при появлении новых инструментов и новых обрабатываемых материалов.

где - коэффициенты, зависящие от обрабатываемого материала, геометрии сверла, инструментального материала и других условий обработки;

- диаметр сверла, мм;

- общие поправочные коэффициенты на измененные условия работы.

При сверлении конструкционных углеродистых сталей сверлом из быстрорежущей стали Р9 , Нм, при сверлении чугуна

Анализ приведенных обобщенных формул и экспериментальные исследования показывают следующее:

• влияние геометрических параметров инструмента. При увеличении угла до 25-35 приводит к уменьшению крутящего момента, т.к. уменьшается работа пластической деформации. С увеличением угла увеличивается угол , что уменьшает работу пластического деформирования, повышает процесс стружкообразования;

• с уменьшением угла уменьшается осевая сила и увеличивается момент сопротивления, т.к. увеличивается ширина среза и уменьшается толщина срезаемого слоя. Это приводит к увеличению сил резания, действующих на режущую кромку;

• на величину осевой силы оказывает влияние длина поперечной режущей кромки, и для уменьшения проводят подточку поперечной кромки. На крутящий момент поперечная кромка влияет незначительно;

• влияние диаметра сверла: с увеличением диаметра сверла увеличивается осевая сила и момент, т.к. увеличивается глубина резания и сечение срезаемого слоя;

• влияние подачи: с увеличением подачи увеличивается сила подачи и крутящий момент, но не в такой степени как при увеличении диаметра инструмента. С увеличением подачи уменьшается скорость резания, чтобы сохранить стойкость инструмента;

• влияние смазочно-охлаждающих технологических средств: их применение способствует уменьшению осевой силы и уменьшению крутящего момента примерно на 10-35% - при обработке стали и на 10-18% - чугуна, по сравнению с работой всухую;

• влияние глубины просверливаемого отверстия: с увеличением глубины просверливаемого отверстия стойкость сверла уменьшается, т.к. ухудшается условие работы, отвод тепла, увеличивается трение стружки о стенки канавки, затрудняется подвод смазочно-охлаждающих технологических средств. При глубине отверстия скорость уменьшается.