Теоретические основы процесса поперечного сверления

    Сущность сверления состоит в резании резцами, расположенными по торцу цилиндрического тела инструмента сверла и описывающими при работе в древесине винтовые поверхности.

    Технологическое назначение процесса – получение отверстий или гнезд круглого сечения. Назначение отверстий и гнезд в деталях и узлах из древесных материалов различно: для вставки круглых шипов (шкантов), пропускания деталей металлических креплений (болтов, стяжек), ввинчивания шурупов, а также удаления дефектных мест заготовки с последующей заделкой отверстий пробками.

    Движение резца – вращение – в станках всегда придается инструменту; механизм подачи может надвигать вращающееся сверло вдоль оси вращения на неподвижную заготовку либо подавать заготовку на сверло. Сверление – сложный процесс.

    По направлению оси отверстия относительно волокон древесины различают сверление продольное (в торец детали) и поперечное ( в пласть, в кромку).

    В настоящей работе рассматривается процесс поперечного сверления.У сверл различают хвостовую часть (для крепления сверла в станке) и рабочую. Рабочей называют часть сверла, несущую две винтовые канавки. Она включает режущую и направляющие части. Режущая часть сверла, представленная на рисунке 6.1, имеет две режущие кромки 1. Направляющая часть имеет две направляющие ленточки (фаски 2), которыми сверло центрируется в отверстии и две винтовые стружечные канавки 3 для транспортировки стружки из отверстия.

    Передние поверхности резцов 4 – это винтовые поверхности канавок; задние поверхности 5 обычно являются частями конических поверхностей. Главные режущие кромки 1 можно считать прямыми линиями.

    Сверло, представленное на рисунке, имеет главные режущие кромки 1, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения; направляющий центр 6 и подрезатели 7. Главная режущая кромка сверла с подрезателями и центрами срезает слой толщиной а = Sz, предварительно отделенный от боковой поверхности отверстия впереди идущим подрезателем. Направляющий центр, ось которого совпадает с осью сверла, обеспечивает дополнительное (к ленточкам) его центрирование.

Рисунок 6.1 – Схема поперечного сверления

На энергетические параметры влияют многие условия сверления. Из них наиболее важными являются диаметр и глубина отверстия, подача на резец (толщина срезаемого слоя), порода древесины и длительность работы сверла после заточки.

        Удаление стружки из рабочей зоны (выход ее из гнезда) возможно только в определенной круговой зоне сверла, прилегающей к цилиндрической поверхности отверстия. На этом пути на стружку действуют центробежные силы инерции, прижимающие ее к поверхности отверстий, и силы трения скольжения, направление которых можно считать нормальным к оси сверла. Эти силы способствуют выводу стружки из отверстия.

    По мере приближения к центру сверла скорость главного движения резания V уменьшается. Скорость же движения подачи для всех точек сверла одинакова. Значит в различных точках режущей кромки направление вектора скорости результирующего движения резания Ve тоже различно, а, следовательно, различные значения для различных точек лезвия принимает и угол движения, составленный векторами V и Ve (рисунок 6.1, сечения А-А и Б-Б).

    Угол движения при сверлении a_д достигает больших значений. Например, при подаче на оборот So = 4 мм и диаметре D = 4 мм - a_д = 18 ^0.

           Рабочий кинематический задний угол a_р зависит от заднего угла a и угла движения a_д.

    Угол a_р меньше угла a и это отличие возрастает от периферии сверла к его центру (a¢_р< a²_р, рисунок 6.1, сечения А-А и Б-Б).

Уменьшение угла a_р до 0 ⁰ ведет к резкому возрастанию сил трения между обрабатываемой заготовкой и задней поверхностью сверла, что вызывает его нагрев и даже возгорание древесины.

Значения углов при сверлении: 

задний a = 20 … 25 ⁰;

     заострения b = 20…25 ⁰;

     резания d = 40 … 50 ⁰.

Эти углы измеряются в плоскости, нормальной к главной режущей кромке (рисунок 6.1, сечения А-А, Б-Б).

Скорость движения подачи определяется по продолжительности рабочего хода стола и величине хода, Vs, м/мин, по формуле:

                            Vs = (Lx ^. 60) / (1000 ^. Tp.х.) ,                (1)

где Lx – длина рабочего хода стола, мм;

Тр.х. – продолжительность рабочего хода стола, с (измеряется секундоме-

              ром).

    Подача на резец, Sz, мм определяется:

                           Sz = (Vs ^. 1000) / (z ^. n ) ,                        (2)

где z – число резцов, шт;

  n – частота вращения шпинделя станка, мин^-1.

    Подача на оборот, So, мм, определяется:

                          So = Sz ^. z ,                                    (3)

    Средняя скорость главного движения резания, т.е. скорость на половине диаметра, Vср, м/с, определяется по формуле:

                           Vср = (p D ^. n) / (1000 ^. 2 ^. 60),                   (4)

где D – диаметр сверла, мм.

    Толщина срезаемого слоя (стружки), а, мм:

                            а = Sz ^. sin j = Sz ,                              (5)

где j = 90 ⁰ – половина угла сверла при вершине (2j - угол между главными режущими кромками).

    Ширина срезаемого слоя (стружки), b, мм, определяется:

                        b = D / 2 sinj = D / 2 .                           (6)

    Длина срезаемого слоя у периферии, lп, мм:

                          lп = π D .                                       (7)

    Средняя длина стружки, lср, мм:

                             lср = lп/2 = (π D) / 2.                          (8)

    Площадь поперечного сечения срезаемого слоя (стружки) за один оборот одним резцом f_z, мм²:

                       f_z = (Sz ^. D) / 2 .                                (9)

    Площадь поперечного сечения слоя, срезаемого за один оборот сверла, fo, мм²:

                    fo = (Sz ^. z ^. D)/2 = (So ^. D)/2                    (10)

    Объем слоя, срезаемого за один оборот одним резцом, О, мм³:

               О = fz ^. lср = (Sz ^. D)/2 ^. (p D)/2 = (p ^. Sz ^. D²)/4 , (11)

    Секундный объем слоя, срезаемого за один оборот сверла, Ос, мм³/с:

Ос = fo ^. Vср=(So ^. D)/2 ^. (π D n)/(2 ^. 60)=(π So ^. D^{2 .} n)/(4 ^. 60) . (12)

    Время сверления отверстия, Тсв, с:

                Тсв = (60 t)/(1000 Vs) ,                          (13)

где t – глубина сверления, мм.

    Угол движения определяется для двух точек лезвия: при D » Dmax и при 0<D<0,5 Dmax, град:

                   a_д = аrctg [So/(π D)] ,                               (14)

    Рабочий кинематический задний угол a_р , град:

                      a = a - a_д                                              (15)

    Главная составляющая силы резания (касательная), приведенная к точке сверла с радиусом 0,25D, Р_х, Н, равна:

                  Р_х = k ^. fo = k ^. So ^. D/2 ,                         (16)

где k - удельная работа резания, Дж/см²:

                    k = k_т ^. a_n ^. a_{r ,}                                       (17)

где k_т – табличное значение удельной работы резания , Дж/см³ (таблица 6.1);

а_n – поправочный множитель на породу древесины (таблица 6.2);

  а_r - поправочный множитель на затупление резцов (таблица 6.3).

    Мощность резания при сверлении, Nрез, Вт:

                   Nрез = P_х ^. Vср ,                            (18)

        Nрез = k ^. Oc /1000 = k ^. π ^. So ^.D^{2 .}n /1000 ^. 4 ^. 60        (19)

    Крутящий момент при сверлении, Мкр, Н ^. мм:

                     Мкр= Р_х.окр ^. D/2 ,                               (20)

где Р_{х окр} – окружная касательная составляющая силы резания, приведенная к

                точке сверла с радиусом 0,5 D, Н:

                    Р_{х окр} = k ^. Sz ^. D /2 ,                          (21)

    Осевое усилие подачи при t £ 10D, Рх ос, Н:

                     Рх ос= (0,25 + 0,07D) P_{х окр}                        (22)

    Мощность подачи, Nп, Вт:

                    Nп = Рх ос ^. Vs /60 .                           (23)

Таблица 6.1 - Значение k_т при сверлении древесины хвойных пород (сверлаострые, глубина сверления t £ 5D)

Сверло с центрами и подрезателями

Сверло с конической заточкой

Таблица 6.2 - Поправочный множитель а_п на породу древесины

Таблица 6.3 - Поправочный множитель а_r на затупление резца

Порядок выполнения работы

        Работа выполняется на сверлильно-пазовальном станке СВПА-2 в следующей последовательности

     а) Изучить теоретическую часть работы, изложенную в лекционном и методическом материале.

     б) С участием преподавателя или учебного мастера ознакомиться с основными механизмами станка, с режущим инструментом.

в) Ознакомиться с механизмом крепления сверла, порядком крепления в патроне и съемом.

г) Произвести с помощью учебного мастера настройку станка на размер обрабатываемой заготовки.

 д) Произвести обработку заготовки.

    е) Приступить с разрешения преподавателя к выполнению работы: составление схем и выполнение расчетов по представленным формулам (недостающие данные взять из паспорта станка)

    ж) По результатам выполненной работы сделать соответствующие выводы и оформить отчет по выполненной работе в представленной форме.

 6.3 Отчет по лабораторной работе

    Отчет по лабораторной работе включает:

    а) схему поперечного сверления;

    б) расчеты по формулам 1-23;

    в) выводы по результатам работы.

    6.4 Контрольные вопросы

        а) Каково технологическое назначение сверления?

    б) Расскажите о конструкции сверл для поперечного сверления?

    в) Стружкообразование при поперечном сверлении.

    г) Расскажите о задних углах и угле движения, об их влиянии на процесс сверления?

д) От каких факторов зависит удельная работа резания?

Лабораторная работа № 7