Сверление и сверла 101: изучите основы точного сверления | MachineMFG

Сверление и сверла 101: изучите основы точного сверления

0
(0)

Бурение

Различные процессы резания - сверление, рассверливание или зенкерование - выполняются с помощью различных типов сверл.

Сверление - это процесс резки, в результате которого образуются отверстия с помощью спиральные дрелиПлоские сверла или центровочные сверла для работы с твердыми материалами для создания сквозных или глухих отверстий.

Развертка увеличивает диаметр уже существующего отверстия в заготовке с помощью разверточного сверла.

Зенкерование выполняется с помощью зенкера на одном конце уже существующего отверстия для получения зенкеров, конических отверстий, частичных плоскостей или сферических форм, которые используются для установки крепежа.

Рисунок 1

Существует два основных метода бурения:

1) заготовка остается неподвижной, в то время как сверло вращается и продвигается в осевом направлении. Обычно применяется на сверлильных, расточных станках, обрабатывающих центрах или комбинированных станках;

2) заготовка вращается, а сверло продвигается только в осевом направлении, что обычно применяется на токарных станках или станках для глубокого сверления. Спиральные сверла позволяют получать отверстия диаметром от 0,05 мм до 100 мм, а плоские - до 125 мм. Для отверстий диаметром более 100 мм обычно сначала делается предварительно просверленное отверстие меньшего размера (или резервное литое отверстие), а затем отверстие растачивается до требуемого размера.

Во время сверления скорость сверления (v) - это окружная скорость внешнего диаметра сверла (м/мин), а скорость подачи (f) - это осевое расстояние, на которое перемещается сверло (или заготовка) за один оборот при сверлении отверстия (мм/r).

На рисунке 2 показаны параметры сверления спиральным сверлом. Поскольку спиральное сверло имеет две режущие кромки, скорость подачи на каждый зуб рассчитывается как af=f/2 (мм/зуб).

Существует две глубины резания: при сверлении отверстий она рассчитывается как половина диаметра сверла (d); при развертывании она рассчитывается как (d-d0)/2, где d0 - диаметр существующего отверстия.

Толщина стружки, срезаемой каждым зубом, равна a0=afsin(Κr), единицы измерения - миллиметры, где Κr - половина угла острия сверла.

При использовании спиральных сверл для сверления стальных материалов скорость сверления обычно устанавливается в пределах 16-40 м/мин; при использовании твёрдый сплав Сверла могут удвоить скорость сверления.

Рисунок 2 Сверлильные элементы спирального сверла.

В процессе сверления спиральное сверло имеет две основные режущие кромки и одну поперечную кромку, которые обычно называют "одна точка (центр сверла) и три лезвия", участвующие в резании.

Спиральное сверло работает в полузакрытом состоянии, когда поперечная кромка сильно зажата и удаление стружки затруднено. Поэтому условия обработки сложнее и труднее, чем при токарной обработке или других методах резания, что приводит к снижению точности обработки и шероховатости поверхностей.

Точность сверления стальных материалов обычно составляет IT13-10, при этом шероховатость поверхности Ra20-1,25 мкм, а точность развертывания может достигать IT10-9, при шероховатости поверхности Ra10-0,63 мкм.

Качество и эффективность процесса сверления во многом зависят от формы режущей кромки сверла.

В процессе производства форма и угол режущей кромки спирального сверла часто изменяются путем заточки, чтобы снизить сопротивление резанию и повысить производительность сверления. Китайское групповое сверло - пример спирального сверла, изготовленного таким методом.

Если отношение глубины (l) к диаметру (d) просверленного отверстия больше шести, это считается глубоким бурением. Сверло, используемое для глубокого бурения, тонкое и имеет низкую жесткость. Во время сверления сверло склонно к отклонению и трению о стенки отверстия, что затрудняет охлаждение и удаление стружки.

Поэтому, когда соотношение l/d превышает 20, требуется специально разработанное долото для глубоких отверстий, а для охлаждения и промывки стружки используется смазочно-охлаждающая жидкость с определенным расходом и давлением, чтобы достичь качественных результатов бурения с высокой эффективностью.

Спиральное сверло с коническим хвостовиком.
Спиральное сверло с прямым хвостовиком.
Плоское сверло.

Сверла

Сверло - это режущий инструмент Используется для сверления отверстий в твердых материалах, как для создания сквозных, так и глухих отверстий, а также для увеличения существующих отверстий.

Обычно используются спиральные, плоские, центровые, глубокие и зенкерные сверла. Хотя развертки и зенкеры не используются для сверления отверстий в твердых материалах, их часто относят к сверлам.

Центральное сверло.
Зенкер для сверления отверстий.
Развертка

Рисунок 3. Различные типы сверл.

Спиральные сверла являются наиболее широко используемыми инструментами для обработки отверстий. Диаметр варьируется от 0,25 мм до 80 мм. В основном они состоят из рабочей части и хвостовика.

Рабочая часть имеет две спиралевидные канавки, напоминающие скрученную ленту, поэтому его называют спиральным сверлом. Чтобы уменьшить трение между направляющей частью и стенкой отверстия во время сверления, диаметр спирального сверла постепенно уменьшается от кончика к хвостовику в конической форме.

Угол спирали спирального сверла в основном влияет на размер переднего угла режущей кромки, прочность лезвия кромки и эффективность удаления стружки. Обычно он составляет от 25° до 32°.

Спиральная канавка может быть обработана фрезерованием, шлифованием, горячей прокаткой или горячим выдавливанием, а режущая часть сверла формируется после заточки.

Верхний угол режущей части стандартного спирального сверла составляет 118°, угол наклона поперечной кромки - от 40° до 60°, а задний угол - от 8° до 20°. По конструктивным причинам передний угол постепенно уменьшается от внешнего края к середине, а на поперечной кромке имеется отрицательный передний угол (примерно до -55°), который оказывает прижимное действие при сверлении.

Для улучшения режущих свойств спирального сверла его режущая часть может быть заточена в различные формы (например, групповые сверла) в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Хвостовик спирального сверла имеет две формы: прямой хвостовик и конический хвостовик. При обработке первый зажимается в сверлильном патроне, а второй вставляется в коническое отверстие шпинделя или задней бабки станка.

Как правило, спиральные сверла изготавливаются из быстрорежущей стали. Спиральные сверла с цементированный карбид Лезвия или зубья подходят для обработки чугуна, закаленной стали, неметаллических материалов и т.д., а маленькие спиральные сверла из твердого сплава используются для обработки деталей приборов, печатных плат и т.д.

Рисунок 4. Структура спирального сверла.

Режущая часть плоского сверла имеет лопатообразную форму, его конструкция проста и не требует больших затрат на изготовление. Режущая жидкость легко вводится в отверстие, но эффективность резания и удаления стружки невысока. Плоские сверла можно разделить на два типа: цельные и сборные.

Интегральный тип в основном используется для сверления микроотверстий диаметром от 0,03 мм до 0,5 мм. Сборные плоские сверла имеют сменные лезвия и могут иметь внутреннее охлаждение. Они используются в основном для сверления больших отверстий диаметром от 25 мм до 500 мм.

К глубоким сверлам обычно относят инструменты, у которых отношение глубины отверстия к его диаметру превышает 6. Обычно используются такие виды глубоких сверл, как пистолетные, глубокие сверла BTA, струйные, глубокие сверла DF и т. д. Для обработки глубоких отверстий также часто используются зенкерные сверла.

Развертки имеют 3-4 зубца и более жесткие, чем спиральные сверла. Они используются для расширения существующих отверстий и повышения точности и гладкости обработки.

Зенкерные сверла имеют несколько зубьев и используются для придания формы концам отверстий, например, для зенкования отверстий под различные типы винтов с потайной головкой или для сплющивания внешней торцевой поверхности отверстий.

Центровые сверла используются для сверления центровых отверстий в заготовках типа "вал". По сути, они состоят из спиральных и цековных сверл с очень малым углом спирали и также называются составными центровыми сверлами.

Применение параболического сверла при обработке глубоких отверстий

Когда механики выбирают сверло для конкретной задачи по обработке отверстий, в первую очередь необходимо учитывать глубину обрабатываемого отверстия. Чем глубже обрабатываемое отверстие, тем больше стружки необходимо сбрасывать в процессе обработки.

Если образовавшаяся в процессе обработки стружка не может быть своевременно и эффективно удалена, она может заблокировать стружкоотводящую канавку сверла, тем самым задерживая процесс обработки и, в конечном счете, влияя на качество обработки отверстия.

Поэтому эффективное удаление стружки является ключевым фактором успешного выполнения задачи по обработке отверстий из любого материала.

Отношение длины к диаметру сверл

Когда технологический персонал выбирает наиболее подходящий тип сверла для конкретной задачи обработки отверстия, ему необходимо рассчитать соотношение длины и диаметра сверла.

Отношение длины к диаметру - это отношение глубины обрабатываемого отверстия к диаметру сверла. Например, если диаметр сверла составляет 12,7 мм, а глубина обрабатываемого отверстия - 38,1 мм, то соотношение длины и диаметра составляет 3:1.

Когда отношение длины к диаметру составляет примерно 4:1 или меньше, большинство стандартных спиральных сверл могут плавно отводить стружку, срезанную режущей кромкой сверла.

Однако, когда отношение длины к диаметру превышает указанный диапазон, для эффективной обработки требуются специально разработанные сверла для глубоких отверстий.

Как только отношение длины к диаметру обрабатываемого отверстия превысит 4:1, стандартным спиральным сверлам станет трудно поднимать стружку из зоны резания и выводить ее за пределы отверстия. Стружка быстро забивает стружкоотводящую канавку сверла.

В этот момент необходимо остановить сверление, вытащить сверло из отверстия, очистить канавку для удаления стружки, а затем возобновить сверление, чтобы продолжить резку.

Для достижения требуемой глубины отверстия необходимо многократно повторить вышеописанную операцию. Такой метод сверления обычно называют "сверлением с шагом". Использование "пекового сверления" для обработки глубоких отверстий приводит к сокращению срока службы инструмента, снижению эффективности обработки и ухудшению качества обработанного отверстия.

Каждый раз, когда сверло извлекается из отверстия для очистки от стружки и снова вставляется в отверстие, оно может отклониться от центральной линии отверстия, что приведет к увеличению диаметра отверстия за пределы заданного диапазона допусков на размер.

Чтобы решить проблему обработки глубоких отверстий, производители сверл в последние годы разработали два новых типа сверл для обработки глубоких отверстий - обычные параболические сверла и параболические сверла с широким лезвием.

Обычный параболический бур

Стружкоотводящая канавка параболического сверла имеет параболическую форму и специально используется для непрерывного сверления глубоких отверстий с отношением длины к диаметру до 15:1 и твердостью материала не более 25-26 HRC (включая низкоуглеродистую сталь, различные алюминиевые сплавы, медные сплавы и т.д.).

Например, параболическое сверло диаметром 12,7 мм может успешно обрабатывать отверстия глубиной до 190 мм.

Благодаря большому пространству для удаления стружки обычное параболическое сверло может быстро сбрасывать стружку на режущей кромке, позволяя большему количеству смазочно-охлаждающей жидкости поступать в зону резания, что значительно снижает вероятность трения при резании и сваривания стружки.

Кроме того, это снижает потребление электроэнергии, нагрузку на крутящий момент и влияние резания при обработке.

Угол спирали параболического сверла составляет 36°-38°, что больше, чем угол спирали стандартного спирального сверла (28°-30°). Угол спирали может указывать на степень "закручивания" сверла, и чем больше угол спирали, тем быстрее сверло и скорость удаления стружки.

Еще одной особенностью обычных параболических сверл, пригодных для обработки глубоких отверстий, является более толстая сердцевина сверла (под сердцевиной сверла понимается центральная часть сверла, которая не была отшлифована после формирования канавки для удаления стружки).

Буровая сердцевина стандартного спирального сверла составляет около 20% от всего готового сверла, в то время как буровая сердцевина параболического сверла может составлять около 40% от всего сверла.

При бурении глубоких скважин более толстая буровая коронка может увеличить жесткость сверла и повысить стабильность процесса бурения. Наконечник параболического сверла имеет прорезь, поэтому можно использовать коронку большего диаметра. Кроме того, это позволяет предотвратить смещение сверла на начальном этапе бурения.

Параболические сверла изготавливаются из быстрорежущей стали и могут иметь поверхностное покрытие для улучшения режущих свойств.

Параболическое сверло с широким лезвием

Для удовлетворения потребностей в глубоком сверлении труднообрабатываемых материалов (например, закаленных материалов холодной обработки), некоторые производители инструментов разработали параболические сверла с широким лезвием.

Многие характеристики этого типа сверл аналогичны характеристикам обычных параболических сверл, например, больший угол спирали (36°-38°) для легкого удаления стружки и более толстая сердцевина сверла для большей жесткости и устойчивости при обработке глубоких отверстий.

Отличие от обычных параболических сверл заключается в форме стружкоотводящей канавки и кромки лезвия. Кромка лезвия широколезвийного параболического сверла плавно переходит в канавку для удаления стружки, делая режущую кромку сверла более прочной и жесткой. В то же время стружка может плавно выводиться через канавку для удаления стружки.

При бурении глубоких отверстий высокая температура, вызванная трением, может привести к небольшому размягчению или отжиг режущей кромки сверла, что ускоряет ее износ. Способность режущей кромки сверла сохранять твердость в процессе обработки можно выразить как "красная твердость".

Параболические сверла с широким лезвием обычно изготавливаются из быстрорежущей стали и кобальтовой быстрорежущей стали. Благодаря более высокой твердости кобальтовой быстрорежущей стали срок службы инструмента увеличивается, а износостойкость повышается.

Покрытия поверхности бурового долота

Для обычных параболических сверл и широколезвийных параболических сверл обычно используются следующие виды покрытий:

Титан нитридное (TiN) покрытие: Это покрытие позволяет значительно увеличить срок службы сверл и качество обработанных отверстий. По сравнению со сверлами без покрытия, сверла с TiN-покрытием лучше подходят для высокоскоростного сверления различных материалов (особенно различных стальных деталей).

② Покрытие из карбонитрида титана (TiCN): При соответствующей температуре резания сверла с покрытием TiCN обладают более высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, чем сверла с покрытием TiN. Они также подходят для высокоскоростного сверления различных материалов (особенно стальных деталей).

Однако их следует использовать с осторожностью при обработке цветных металлов металлические материалы поскольку покрытие TiCN имеет высокое химическое сродство с цветными металлами и подвержено износу.

③ Покрытие из нитрида титана и алюминия (TiAlN): Это покрытие позволяет увеличить срок службы сверл, особенно в условиях высокотемпературной резки. Как и покрытие TiCN, покрытие TiAlN не очень подходит для обработки материалов из цветных металлов.

Оптимизация параметров бурения

При обработке глубоких отверстий для достижения максимальной производительности резания сверла скорость сверления и подача должны быть оптимизированы в зависимости от соотношения длины и диаметра.

При соотношении длины и диаметра сверла 4:1 скорость резания следует уменьшить на 20%, а скорость подачи - на 10%.

Когда отношение длины к диаметру достигает 5:1, скорость резания следует уменьшить на 30%, а скорость подачи - на 20%. Когда отношение длины к диаметру достигает 6:1-8:1, скорость резания должна быть снижена на 40%. Кроме того, когда отношение длины к диаметру составляет 5:1-8:1, скорость подачи следует уменьшить на 20%.

Хотя цена параболического сверла в 2-3 раза выше, чем у стандартного спирального сверла, его превосходные характеристики при обработке глубоких отверстий (отношение длины к диаметру более 4:1) значительно снижают стоимость каждого просверленного отверстия, что делает его предпочтительным инструментом для механиков при обработке глубоких отверстий.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх