Образование стружки

Сверло — более сложный инструмент, чем резец. В более сложных условиях протекает и процесс резания сверлом: затруднен отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости; наблюдается значительное трение стружки о поверхность канавок сверла, трение стружки и самого сверла об обработанную поверхность; вдоль режущей кромки возникает резкий перепад скорости резания (от v_mах до нуля), так что в отдельных точках режущей кромки срезаемый слой деформируется и срезается с разной скоростью; различная деформация имеет место и в связи с переменным углом γ вдоль всей режущей кромки спирального сверла, а потому по мере приближения точки режущей кромки к периферии сверла деформация срезаемого слоя уменьшается (вследствие увеличения v и γ).

Все это вызывает более тяжелые, по сравнению с точением, условия процесса стружкообразования при сверлении, большие деформации срезаемого слоя, увеличенное тепловыделение и повышенный нагрев сверла. Процесс стружкообразования на небольшом участке режущей кромки подчиняется тем же закономерностям и сопровождается теми же явлениями, что и при точении; упругие и пластические деформации, тепловыделение, наростообразование, упрочнение, износ инструмента здесь возникают по тем же причинам. Как и при точении, на температуру резания при сверлении скорость резания оказывает большее влияние, чем подача. При сверлении сталей образуется в основном сливная стружка, а при обработке чугунов — стружка надлома.

Силы, действующие на сверло

На все элементы сверла при резании действуют некоторые силы сопротивления стружкообразованию. Разложим равнодействующую силу сопротивления на каждой режущей кромке на силы в трех взаимно перпендикулярных направлениях: Р_z, Р_в и Р_Г (рис. 184). Горизонтальные силы Р_Г, действующие на обеих режущих кромках, можно считать* взаимно уравновешенными. Силы Р_B, направленные вверх, препятствуют проникновению сверла в глубину заготовки. В этом же направлении действует и сила Р₁ на поперечной кромке. Кроме того, продвижению сверла препятствуют силы трения на ленточках сверла (в результате трения об обработанную поверхность отверстия) и силы трения от сходящей стружки Р_т.

Принимая вследствие малого значения толщины перемычки сверла действие сил вдоль одной прямой.

Для проникновения сверла в обрабатываемую заготовку к сверлу от станка должна быть приложена такая сила Р’, которая могла бы преодолеть сумму сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла:

Суммарная сила от указанных сил сопротивления в осевом направлении сверла называется осевой силой Р (или усилием подачи). Силы сопротивления проникновению сверла Р_в, возникающие на режущих кромках, составляют около 40% общего сопротивления (или силы Р); силы сопротивления, возникающие па поперечной кромке (Р₁), составляют 57% и силы от трения Р_т — около 3%. Силы, препятствующие продвижению сверла в материал, преодолеваются механизмом подачи сверлильного станка, который и рассчитывается по максимальной осевой силе Р.

При эксплуатации станка с заданными условиями сверления необходимо, чтобы сумма сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла, или осевая сила Р, была меньше или, в крайнем случае, равна наибольшей силе Р_mах, допускаемой механизмом подачи станка (во избежание поломки слабого звена механизма подачи), т. е. Р ≤ Р_mах. Наибольшая сила Ртах рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

Сила Р_z создает момент сопротивления:

M_cp = P_zx

Суммарный момент от сил сопротивления резанию складывается из момента от сил Р_z, момента от сил скобления и трения на поперечной кромке М_п.к, момента от сил трения па ленточках М_л и момента от сил трения стружки о сверло и обработанную поверхность М_с, т. е.

Измерения показывают, что 80% общего момента сопротивления резанию приходится на долю режущих кромок, 8%—на поперечную кромку и 12% — на трение стружки о сверло и стенки отверстия и сверла своими ленточками об обработанную поверхность (М_л + М_с). Для того чтобы на данном станке могло быть осуществлено резание, кроме указанного выше условия проникновения сверла, необходимо, чтобы суммарный момент сопротивления резанию был преодолен вращающим (крутящим) моментом станка, т. е. М_вр≥ М.

Суммарный момент сопротивления резанию М должен быть меньше или, в крайнем случае, равен не только вращающему моменту М_вр, развиваемому электродвигателем станка на данной ступени частоты вращения шпинделя, но и меньше, или в крайнем случае, равен максимальному крутящему моменту М’_вр, допускаемому слабым звеном механизма главного движения станка (во избежание поломки его), т. е. М ≤ М’_вр. Если момент М_вр легко подсчитывается по приведенной выше формуле, то момент М’_вр рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

По силе Р и моменту М можно рассчитать необходимую (потребную) мощность электродвигателя сверлильного станка. Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т. е:

N_рез = N_вр + N_под

Мощность, затрачиваемая на вращение,

где М — момент от сил сопротивления резанию в кгс*мм; n — частота вращения сверла в об/мин.

Мощность, затрачиваемая на подачу сверла,

где Р — осевая сила в кгс.

Расчеты показывают, что, как и при токарной обработке, мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5—1,5% мощности, затрачиваемой на вращение сверла) и ею можно пренебречь. Поэтому:

или

Зная мощность, затрачиваемую на резание, легко подсчитать и необходимую (потребную) мощность электродвигателя станка N_M), которая обеспечит проведение процесса резания при сверлении при определенных условиях работы.

Сравнивая N_M с действительной мощностью электродвигателя станка N_ст, легко проверить возможность осуществления процесса сверления на заданном станке при заданных условиях резания. Однако, как и при проверке возможности осуществления процесса сверления на заданном станке по моменту, необходимо учитывать не только мощность электродвигателя станка, но и мощность на шпинделе по слабому звену механизма главного движения станка N`<sub>шп</sub>. Во избежание поломки этого слабого звена должно быть соблюдено условие N<sub>рез</sub> ≤N`_шп. Наиболее слабое звено механизма главного движения станка проверяют по моменту или по мощности, в зависимости от того, какие данные приводятся в паспорте станка.