Анализ расчетных формул производительности, выведенных разными авторами, показал, что в большинстве случаев производительность оценивается по объему снятой стружки, при этом из конструктивных параметров инструмента учитывается только диаметр.
Причиной снижения производительности может служить недостаточная пропускная способность стружечных канавок. При параллельной работе всех ступеней пропускная способность стружечных канавок последней ступени должна обеспечить транспортировку стружки, снимаемую всеми предыдущими ступенями.
Известно, что при сверлении стандартными сверлами отверстий глубиной более 2-3 диаметров происходит пакетирование стружки в стружечных канавках инструмента. При этом крутящий момент увеличивается в 3,5-4,5 раза, что ведет к крутильным деформациям сверла и, в конечном итоге, к его поломке. При пакетировании стружки рабочий процесс сопровождается вибрациями, ростом температуры, резким снижением стойкости инструмента, а также разбиванием отверстий
В настоящее время для предотвращения пакетирования стружки осевой инструмент рекомендуется периодически выводить из отверстия для удаления стружки из канавок. При такой схеме обработки потери производительности растут прямо пропорционально количеству выводов инструмента, особенно не эффективной становится работа технологической системы при сверлении отверстий l/d>20, потери производительности при этом увеличиваютса в десятки раз.
Избежать пакетирования можно за счет выбора оптимального соотношения между конструктивными параметрами комбинированного инструмента и рабочими процессами, протекающими в технологической системе. Эта задача решена применительно к комбинированным сверлам [1]. Однако проблема транспортировки стружки по винтовым канавкам комбинированных зенкеров является не менее острой, однако зависимости, характеризующие влияние конструктивных параметров комбинированных зенкеров на производительность обработки, в литературе отсутствуют.
Целью данной работы является исследование влияния конструктивных и геометрических параметров комбинированного зенкера на вероятность пакетирования стружки.
Пропускная способность стружечных канавок соответствующей ступени определяется зависимостью [1]
(1) где F - площадь поперечного сечения стружечной канавки последней ступени;
Vz- скорость движения стружки вдоль оси инструмента;
К - коэффициент заполнения стружечной канавки.
Для обеспечения стабильного отвода стружки из зоны обработки необходимо, чтобы пропускная способность стружечных канавок была больше объема стружки, снимаемой в единицу времени [2], т. е. Qci³Qi. Подставив (1) в это выражение, и учитывая, что Z=Sv/Szт, получим
(2)Из уравнения (2) следует, что для увеличения размеров стружечной канавки и, соответственно, ее пропускной способности, число зубьев инструмента не обходимо уменьшаеть. Этот факт необходимо иметь в виду при проектировании инструментов для обработки точных отверстий, где требуется увеличенное число зубьев.
Профессор Малышко И.А. получил выражение, учитывающее взаимосвязь технологической производительности оборудования с пропускной способностью стружечных канавок комбинированного сверла при последовательной схеме резания [2]
(3)Из уравнения видно, что технологическая производительность системы зависит от конструктивных параметров инструмента и скорости движения стружки, которая является одной из составляющих рабочего процесса. Известно, что скорость движения сливной стружки обратно-пропорциональна коэффициенту ее усадки и прямо пропорциональна скорости резания.
Учитывая, что скорость движения стружки зависит от скорости резания, которая ограничена стойкостью инструмента, можно сделать вывод, что скорость движения стружки, а, следовательно, и производительность технологической системы ограничены.
Подъем стружки на высоту до двух диаметров осуществляется за счет сил подпора, возникающих вследствие стружкообразования. Для подъема стружки на большую высоту необходимо иметь новый источник сил. Таким источником могут быть силы трения между стружкой и обработанной поверхностью, создаваемые инерционными или гравитационными силами, которые возникают вследствие вращательного движения инструмента.
Условие движение стружки по стружечным канавкам инструмента аналогичны транспортировке сыпучих материалов по шнековым конвейерам. Для разработки математической модели движения стружки принято допущение, используемое для буровых инструментов, о замене частицы стружки некоторой дискретной массой. То есть, можно считать, что частицы стружки являются массой сосредоточенной в одной материальной точке, так как процесс движения элементной стружки по винтовым канавкам близок к движению сыпучих материалов.
Вербальное описание математической модели движения стружки по винтовым стружечным канавкам можно представить следующим образом: под воздействием центробежных сил, вызванных вращением инструмента, частицы стружки от сердцевины инструмента движутся к стенкам обрабатываемого отверстия.
Из-за высокой сцепляемости стружки с обработанной поверхностью возникают силы трения, которые приводят к затормаживанию частиц стружки, в то время как инструмент продолжает вращение. Наличие винтовых стружечных канавок заставляет стружку скользить относительно передней поверхности инструмента благодаря чему она поднимается вверх.
Движение стружки относительно неподвижной системы координат можно описать уравнением Лагранжа второго рода [2]
, (4) где
- обобщенная координата;
- кинетическая энергия материальной точки (частицы стружки);G – вес частицы стружки.
С использованием этого уравнения получены зависимости критической угловой скорости и значения угла наклона стружечной канавки, при которых пакетирование стружки отсутствует
,где R - радиус, на котором происходит контакт частицы стружки с обработанной поверхностью, т.е. наружный радиус инструмента;
g - ускорение силы тяжести;
- угловая скорость вращения инструмента. Из этого уравнения можно определить минимальное значение угла наклона стружечной канавки, при котором отсутствует пакетирование стружки
Таким образом, на основании проведенных исследований разработана математическая зависимость , позволяющая при заданных конструктивных параметрах комбинированного зенкера определить минимальное значение угла наклона стружечной канавки, при которой отсутствует пакетирование стружки.