Свистун Татьяна Викторовна

Возникающие в процессе сверления силы резания в значительной степени предопределяют точность обработки. Исследованию силовых зависимостей при сверлении посвящены многие работы, например [1,2]. Проводимые авторами исследования [3,4] показали, что большое значение имеет соотношение между элементами режимов резания и точностью изготовления сверл, в частности, между подачей на зуб сверла и биением режущих кромок инструмента в осевом направлении.

В зависимости от вышеуказанного соотношения возможно резание симметричное и асимметричное: двухстороннее и одностороннее. Значения возникающих составляющих силы резания при этом будут различны. В настоящее время отсутствует методика расчета составляющих силы резания на каждой режущей кромке с учетом вышеуказанного соотношения между элементами режимов резания и точностью изготовления сверл.

Целью работы является выявление закономерностей изменения тангенциальной составляющей силы резания вдоль режущей кромки сверла в зависимости от вида процесса сверления.

С учетом соотношения между такими факторами, как подача, форма передней поверхности и точность изготовления сверл возможна следующая классификация процесса сверления (рис. 1). Известно [5], что с точки зрения точности применяют сверла общего назначения и точного исполнения, которые отличаются, в частности, допуском на осевое биение режущих кромок сверла.

По виду передней поверхности различают сверла с плоской и винтовой передней поверхностью. Для сверл, имеющих вышеназванные особенности, с учетом соотношения между подачей на зуб и точностью изготовления сверл по параметру осевого биения, резание может быть симметричным, а также асимметричным двухсторонним и асимметричным односторонним.

Одним из основных факторов, оказывающих влияние на процесс резания, в том числе и на возникающие при сверлении силы резания, является толщина среза.

Симметричное резание имеет место при строго симметричной заточке режущих кромок сверла. В этом случае осевое биение режущих кромок инструмента равно нулю: B_sim = 0, а толщина среза определится из выражения

a_sim=s_zsin                        (1)

где s_z – подача на зуб сверла; - главный угол в плане.

Обеспечить абсолютно точную (симметричную) заточку режущих кромок свер-ла практически невозможно; следовательно, обычно реализуется процесс асимметрич-ного резания.

При реализации процесса резания в зависимости от исходных условий обработки назначается подача при сверлении и выбирается сверло определенной точности. В работе показано, что в зависимости от соотношения подачи на зуб и допусков на осевое биение сверл возможна реализация как двухстороннего, так и одностороннего резания.

Так как допуск на осевое биение для сверла общего назначения B_ob всегда больше соответствующего допуска для сверла точного исполнения B_to (B_ob > B_to), то возможны три нижеприведенные случая соотношения подачи на зуб и допусков осевого биения режущих кромок инструмента (для каждого случая обозначим подачи на зуб соответственно s_z1,s_z2 и s_z3):

s_z1>B_ob>B_to                        (2)

B_tos_z2B_ob                        (3)

s_z3<B_to<B_ob                        (4)

то есть s_z1 > s_z2 > s_z3.

Прежде всего, проверяется условие s_z B_ob и если оно выполняется, то имеет место 1-й вышерассмотренный случай (см. выражение 2), то есть s_z = s_z1. В этом случае возможно использование сверл, как общего назначения, так и точного исполнения.

При применении сверл общего назначения осуществляется двухстороннее асимметричное резание и для определения значений толщины среза принимается решение «А», представляемое группой нижеприведенных уравнений:

a_maxA=s_z1sin+B_obsin                        (5)

a_minA=s_z1sin-B_obsin                        (6)

Δa_A=2B_obsin                        (7)

где a_maxA , a_minA– максимальное и минимальное значение толщины среза и Δa_A = a_maxA - a_minA – колебание толщины среза при принятии решения «А» соответствен-но. В этом случае толщина среза зависит не только от факторов s_z1 и , но также и от величины допуска на осевое биение B_ob сверл общего назначения.

В рамках 1-го вышерассмотренного случая (s_z = s_z1) при использовании сверл точного исполнения принимается решение «В». В этом случае также реализуется двухстороннее асимметричное резание. Нижеприведенные расчетные зависимости для определения значений толщины среза аналогичны уравнениям (5 - 7), однако, вместо допуска на осевое биение сверл общего назначения B_ob принимается соответствующий допуск сверл точного исполнения B_to:

a_maxB=s_z1sin+B_tosin                        (8)

a_minB=s_z1sin-B_tosin                        (9)

Δa_B=2B_tosin                        (10)

Если назначенная при сверлении подача подчиняется неравенству (3), то имеет место второй вышерассмотренный случай, то есть s_z = s_z2 . При применении сверл общего назначения принимается решение «С», при котором реализуется одностороннее асимметричное резание. В этом случае нагруженной является только одна режущая кромка сверла; толщина среза при этом является максимальной (a_maxC) и ее величина определяется только подачей на зуб и углом и не зависит от величины допуска на осевое биение сверла [4]:

a_maxC=2s_z2sin                        (11)

При одностороннем резании минимальная толщина среза (a_minA) равна нулю и, следовательно, колебание толщины среза (Δa_C) равно максимальной толщине:

a_minC=0                        (12)

Δa_C=a_maxC                        (13)

Если при назначенной подаче s_z2 (см. условие 3) для обработки выбрано сверло точного исполнения, то принимается решение «D», при котором реализуется двухстороннее асимметричное резание. Расчетные зависимости для определения значений толщины среза аналогичны при этом выражениям (8 - 10) с соответствующими изменениями:

a_maxD=s_z2sin+B_tosin                        (14)

a_minD=s_z2sin-B_tosin                        (15)

Δa_D=2B_tosin                        (16)

Третий вышерассмотренный случай имеет место, если назначенная подача соответствует условию (4). В этом случае независимо от точности выбранного сверла принимается решение «Е», при котором реализуется одностороннее асимметричное резание. Расчетные зависимости для определения значений толщины среза аналогичны выражениям (11 - 13):

a_maxE=2s_z3sin                        (17)

a_minE=0                        (18)

Δa_E=a_maxE                        (19)

Перейдем к рассмотрению тангенциальной составляющей силы резания P_z в зависимости от величины подачи на зуб; значение этой составляющей может быть определено из выражения [1]:

P_z=0,9s_zt(ctg+1)                        (20)

где t – глубина резания; – предел прочности на растяжение обрабатываемого материала; - угол скалывания. Учитывая, что s_z = a/sin , получим

                        (21)

В полученном уравнении (21) важным является то обстоятельство, что толщина среза a входит в выражение в явном виде. Это позволяет вычислять различные значения тангенциальной составляющей силы резания P_z при соответствующих значениях величины a. Зная (см. выражение 1) толщину среза при симметричном резании a_sim , по выражению (21) можно определить тангенциальную составляющую силы резания P_z(sim), возникающую при отсутствии осевого биения режущих кромок сверла, то есть при симметричном резании. При асимметричном резании можно вычислить минимальное P_z(min)) и максимальное P_z(max) значения тангенциальной составляющей силы резания, зная соответственно минимальную a_min и максимальную P_max величины толщины среза в зависимости от принятого решения «А» – «Е».

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

- расширена классификация процесса сверления при различных сочетаниях подачи, точности изготовления и формы передней поверхности сверла;

- предложенная блок-схема позволяет определить значения толщины среза при сверлении и принять одно из пяти решений в зависимости от соотношения подачи на зуб s_z и допуска на осевое биение сверл: точного исполнения B_to и общего назначения B_ob (соответственно решения «А» - «Е»);

- для каждого из пяти вышеуказанных решений предложены расчетные зависимости для определения максимального и минимального значений толщины среза, а также колебаний толщины среза; это позволяет определить величину тангенциальной составляющей силы резания на каждой режущей кромке, а соответственно, и ее влияние на точность обработки.

Список литературы:

1. Сурженко А.Н. Совершенствование сборных комбинированных зенкеров за счет допустимого уменьшения узлов крепления режущих пластин. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Донецк, 2001. 16 с.

2. Филоненко С.Н. Резание металлов. - Киев: Вища школа, 1969. – 260 с.

3. Малышко И.А., Коваленко В.И. Влияние биения сверла на силы резания при сверлении // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2003, Вып. 25. С. 234 - 239.

4. Коваленко В.И. Влияние точности изготовления сверл на процесс обработки при сверлении стальных заготовок // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ООО «Лебедь», 2004, Вып.27. С.114 -122.

5. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, С.Г. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Ма-шиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. – 846 с.