ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ  q°  ВДОЛЬ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ  СВЕРЛА

Малышко И.А. Полока Д.А.(каф.МСтанки, ДонГТУ, г. Донецк)

         Спиральное сверло является наиболее распространенным режущим инструментом для сверления или рассверливания отверстий диаметром до   80 мм .Сверла из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком диаметром от 6 до 60мм и с цилиндрическим хвостовиком диаметром от 8 до 16мм должны быть изготовляют сварными, кроме сверл из шлифованной стали  диаметром  менее 12 мм, которые могут быть цельными. Сверло является много кромочным инструментом; в резании участвуют две главные кромки, вспомогательные режущие кромки по ленточкам и поперечная кромка. Форма и положение передней поверхности  характеризуемое углом наклона винтовой канавки, влияют на характер образования и транспортирования стружки. w изменяется от 18° для Æ0.25-1.0мм и до 33° для Æ44.5-80мм. Линии пересечения передних и задних поверхностей образуют режущие кромки с углом при вершине 2j, изменяемый в зависимости от обрабатываемого материала  2j=116-120°(см.рис.1).Передний угол сверла является величиной переменной, зависящей от геометрических параметров сверла. Наибольшее значение на периферии(35°), наименьшее – у   оси(-23°).Перспективные направления повышения качества инструмента можно определить лишь при условии установления аналитических зависимостей между конструктивными параметрами инструмента и критериями, характеризующими его качество в процессе использования. На качество сверла влияют его геометрические параметры. Изменяя какие-либо из них можно улучшить одни качества сверла, но в тоже время ухудшить другие. Необходимо определить критерий, отражающий качество инструмента на всех этапах его производства. За такой параметр принимают качество поверхностного слоя инструмента. В процессе эксплуатации качество инструмента остается наиболее высоким при наличии оптимальной температуры резания. Зная изменения  температуры от геометрических параметров инструмента и его эксплуатации, можно совершенствовать конструкцию инструмента.

                   Рис.1.  Геометрические параметры спирального сверла

 

 Для определения влияния элементов сверла на температуру надо знать не среднее значение температуры, а характер распределения ее вдоль режущей кромки. Для расчета температуры в любой точке тела в каждый момент времени необходимо решать дифференциальное уравнение теплопроводности а конкретных краевых условиях, при этом целесообразна схематизация процесса, принимая следующие допущения: основное тепловыделение происходит от источников, расположенных на режущей лезвиях; фактическая мощность источников определяется суммарным тепловыделением от деформации металла и трения стружки о переднюю поверхность; режущая часть сверла в зоне резания есть бесконечный клин, движущийся по полупространству; значения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности не зависят от температуры резания.

Зададим следующие исходные данные: Угол при вершине 2j=120°; угол наклона винтовой канавки w=30°; угол наклона поперечной кромки y=55°; Диаметр сердцевины 2а=0,15D.

Для определения изменения величины главной составляющей силы резания, нам необходимо знать изменение переднего угла вдоль режущей кромки инструмента. Передний угол γ в данной точке х в нормальном сечении к режущей кромке, определяется по формуле, выведенной П.Р.Родиным [2]:

                  

причем                          ,

где  r_x-расстояние от оси сверла до касательной к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к  оси сверла  

          m_x - угол между радиусом окружности, на которой лежит данная точка х и проекцией режущей кромки на плоскость, перпендикулярную к оси сверла     

          w_x -угол наклона винтовой образующей поверхности канавки, проходящей через точку x, выражается уравнением:

                                       

где                             R- наружный радиус сверла

                                  w- угол наклона винтовой канавки сверла (отнесенный к наружному диаметру)

                    Вывод зависимости для определения главной составляющей силы резания, основан на равенстве касательных напряжений при резании и при сжатии или растяжении при равной степени эквивалентных деформаций [3]:

                           , Н

где   t- сопротивление деформации при резании( t=0.9s_в);                           

        к- коэффициент усадки стружки (к=2.88);                            

Толщину и ширину среза определим по следующим формулам [4]:

                                , 

                   Таким образом, t_сд=0.9·610=550 H/мм²; а=0.16 мм; b=2 мм                                   Результаты расчетов занесем в таблицу (табл.1)       

  Таблица 1 – Величина главной составляющей силы резания

По полученным значениям построим график изменения силы резания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

     Рис. 3.График изменения главной составляющей силы резания от g

 

 

Для определения скорости резания воспользуемся следующей формулой [5,c.276]:

            

            где               D-диаметр сверла, мм

                                T-период стойкости сверла, мин             

                                S-подача, мм/об

 

Значение коэффициентов и показателей степени выбираем по источнику [5,с.276]. Период стойкости и подача по табл.30 и табл.25 соответственно:

Т=45мин; D=20мм; k_v=1; Cv=9.8; q=0.4; y=0.5; m =0.2;

Скорость резания равна :

Число оборотов сверла будет равно соответственно:

Так как скорость резания вдоль режущей кромки будет изменяться, то в любой точке режущей кромки сверла, скорость резания определим по формуле

 

 

где             n - число оборотов сверла, об/мин;

                            D – диаметр сверла, мм

 

Для определения температуры на режущих кромках сверла,сперва определим интенсивность тепловыделения. Особенностью процесса сверления является неодинаковое тепловыделение в различных точках каждой из режущих кромок инструмента.

На любом участке режущей кромки, в единицу времени выделяется

 

 

где     v –скорость резания в м/мин;

                     Pz - тангенциальная составляющая силы резания в кГ;

 

Результаты расчета приведены в табл.2

Расчет температуры произведем по следующей формуле [6,c.166]:

 

где     Qu-тепловыделение, кал/с;

                     w-коэф-нт температуропроводности (w=0.08см²/с)

                      l-коэф-нт теплопроводности (l=0.096 кал/см×сек×град)

                      b- ширина среза, мм

                      v- скорость резания, м/мин

                      l₀-ширина срезаемого слоя, мм

                      l₁-длина контактной площадки, мм

 

Результаты расчета приведены в табл.2

 

Таблица 2- Значение температуры вдоль режущей кромки сверла

 

№ п/п	R/r	V, м/мин	Q, кал/с	q°С
1	1	25	64	351
2	0.8	22.8	58	333
3	0.6	20.3	52	316
4	0.4	17.3	45	297
5	0.2	13	41	312
6	0.183	12	43	330

                                                  

 

По полученным данным построим график изменения температуры режущей кромки сверла (рис.2)

 

Максимальный нагрев отмечен на расстоянии 0.8-0.9 диаметра сверла от его оси. Затем темп роста температуры снижается. Температура наиболее удаленной от оси точки контакта, как правило ниже максимальной. Такое распределение температуры вдоль режущей кромки является результатом совместного влияния подвода тепла к данной точке контакта инструмента с деталью и отвода его в массу детали. В сечениях, расположенных близко к оси, темп снижения температуры по мере удаления точек от лезвия сверла заметно падает, что объясняется неблагоприятными условиями образования стружки в области поперечной кромки, которое вызывает дополнительное трение при заполнении стружечной канавки по мере удаления от режущей кромки.

Температура на поперечной кромке составляет 60-80% от максимального значения. С ­S и особенно с ­V темп наростания температуры на периферийных участках оказывается выше, чем у поперечной кромки, здесь сказывается влияние теплоотвода в сердцевину сверла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. График изменения температуры вдоль режущей кромки сверла

 

 

Таким образом, основное влияние на температуру режущей кромки сверла кроме переднего угла g, оказывает скорость резания V. Увеличение переднего угла и скорости повышает температуру. Из графика видно, что влияние отрицательнах передних углов приводит к дополнительному выделению тепла и повышению температуры. С увеличение переднего угла  до 3°09¢происходит резкое снижение температуры, всвязи с облегчением процесса ркзания, с дальнейшим повышением температуры происходит повышение температуры всвязи с удлинением пути стружки и ее затрудненному отводу, что приводит к дополнительному тепловыделению и повышению температуры. 

 

Список литературы:

1.Юдковский П.А. Автоматизация производства и повышение качества концевого режущего инструмента. – М.: Машиностроение, 1980.- 120с. 2.Семенченко И.И. Проектирование металлорежущих инструментов. – М.,1963.-922с. 3.Филоненко С.Н. Резание металлов. - М.: «Вища школа»,1969.-253с. 4.Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. –    М.:Машиностроение,1975.-330с. 5.Справочник технолога машиностроителя.Т.2/под ред.А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.-М.Жмашиностроение,1985,496с 6.Резников А.Н. Теплофизика резания .-М.:Машиностроение,1981.-279с.