Сверла

На станках с ЧПУ применяют различные типы сверл в зависимости от диаметров, конфигурации и точности обрабатываемых отверстий, а также других конкретных условий их эксплуатации.

Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком диаметром 5-20 мм (табл. 1) предназначены для предварительного центрования отверстий. Конструктивные отличия этих сверл от стандартных точного исполнения (ГОСТ 4010-70) состоят в том, что здесь уменьшена длина их рабочей части, снижены допуски на симметричность сердцевины и осевое биение сверл.

Хвостовики сверл не имеют обратной конусности. Угол при вершине 2φ = 90°. Схема заточки сверл приведена в табл. 2. Указанные изменения в конструкции позволяют, увеличить точность центрования по сравнению со стандартными сверлами.

Табл.1. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком для центровки под сверление (по ОСТ 2И20-5-80)

Табл.2. Геометрические параметры режущих элементов сверл для зацентровки (ОСТ 2И20-5-80)

Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком диаметром 3-20 мм (ОСТ 2И20-1-80) (табл. 3) предназначены для обработки конструкционных материалов. Сверла обеспечивают точность обработки отверстий по 11 - 13-му квалитету

Основные размеры сверл приняты по ГОСТ 10902-77. По сравнению со стандартными сверлами здесь уменьшены допуски на симметричность сердцевины сверла, осевое биение режущих кромок, радиальное биение по ленточкам. Хвостовики сверл не имеют обратной конусности. Геометрические параметры режущих элементов сверл приведены в табл. 4. Указанные изменения в конструкции позволяют увеличить точность обработки и повысить стойкость сверл по сравнению со стандартными.

Табл.3. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком (по ОСТ 2И20-1-80) с ψ = 55°; 2φ = 118°

Продолжение табл.3. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком (по ОСТ 2И20-1-80) с ψ = 55°; 2φ = 118°

Сверла спиральные с коническим хвостовиком диаметром 6-30 мм (ОСТ 2И20-2-80) (табл. 5) предназначены для обработки конструкционных материалов. Этими сверлами можно обрабатывать отверстия без предварительного центрования.

Основные размеры сверл даны по ГОСТ 10903-77. По сравнению со стандартными сверлами точного исполнения здесь уменьшены допуски на симметричность сердцевины, радиальное и осевое биение. Конусы Морзе - по АТ7 ГОСТ 2848-75.

Табл.4. Геометрические параметры режущих сверл

Табл.5. Сверла спиральные с коническим хвостовиком (по ОСТ 2И20-1-80) с ψ = 55°; 2φ = 118°

Продолжение табл.5. Сверла спиральные с коническим хвостовиком (по ОСТ 2И20-1-80) с ψ = 55°; 2φ = 118°

Эти изменения в конструкции сверл позволяют повысить их стойкость и точность обработки отверстий.

Для обработки легких сплавов применяют сверла по ГОСТ 19543-74 - ГОСТ 19548-74. Труднообрабатываемые материалы рекомендуется обрабатывать сверлами по ГОСТ 20694-75 - ГОСТ 20698-75.

Рис.1. Спиральное сверло для обработки алюминиевых сплавов

ВНИИинструментом совместно с Фрунзенским заводом сверл созданы и освоена в производстве гамма спиральных быстрорежущих сверл в диапазоне диаметров 2-20 мм с цилиндрическим и коническим хвостовиками для обработки алюминиевых сплавов. Разработаны конструкции сверл (рис. 1) четырех серий в зависимости от длины режущей части, что обеспечивает возможность оптимального процесса сверления отверстий различной глубины.

Профиль сверл, очерченный простыми кривыми, обеспечивает достаточную (до 70%) площадь проходного сечения стружечных канавок для транспортирования длинной стружки большого объема, образующейся при обработке алюминиевых сплавов, и одновременно обильного подвода СОЖ к вершине сверла. В то же время утолщенная (k < или = 0,2d) сердцевина сверла придает конструкции прочность и жесткость. Ширина ленточки j = 0,04 ÷ 0,05d, что уменьшает температурную нагрузку, налипание обрабатываемого металла и крутящий момент. К другим конструктивным особенностям таких сверл относятся: увеличенный до 140° угол при вершине φ, который применяется при любой из рекомендуемых форм заточки (двухплоскостной, двухплоскостной с плоской подточкой и нормальной с плоской подточкой); задний угол увеличен до 18-20°; угол подъема винтовой линии ω = 40° обеспечивает эффективное удаление стружки от вершины сверла и повышает его крутильную жесткость; применение износостойкого покрытия нитридом титана уменьшает налипание стружки на рабочих поверхностях и повышает стойкость сверла.

Общие рекомендации по применению спиральных быстрорежущих сверл (режимы резания и формы заточки вершины сверла в зависимости от обрабатываемого материала, вида СОЖ и т.д.) приведены в ТУ 2-035-1061-86

Во ВНИИинструмент разработана конструкция нового спирального сверла диаметром 10-20 мм с двумя напайными твердосплавными пластинами и каналами для отвода СОЖ (рис. 2), обеспечивающая повышение производительности обработки отверстий.

Сверла предназначены для обработки отверстий глубиной не более трех диаметров без предварительно центрования в деталях из различных материалов с повышенной твердостью, при вертикальном и горизонтальном способах сверления за проход.

Сверло (см. рис. 2) оснащено двумя напайными твердосплавными пластинами и имеет подвод СОЖ в зону резания. Особенностями конструкции нового спирального сверла являются: применение в режущей части двух твердосплавных пластин 3 с центральной симметрией; использование так называемой радиусной формы заточки в зоне перехода поперечной кромки в режущую 4; наличие в корпусе внутренних каналов 1 для подвода СОЖ в зону резания; хвостовик имеет цилиндрическую форму с лыской 2.

Рис.2. Спиральное сверло с напаянными твердосплавными пластинами и каналами для подвода СОЖ в зону резания

Сверло имеет следующие геометрические параметры: передний угол 18° (постоянный вдоль всех режущих кромок); передний угол на поперечной кромке равен нулю (постоянный в зоне этой кромки); угол наклона режущих кромок 8°.

Крепление инструмента осуществляется винтом за специальную лыску на хвостике. Материал корпуса - инструментальная сталь марки 9ХС твердость HRCэ 50-56.

Сверла можно эффективно использовать на различных станках с ЧПУ, со специальными патронами для отвода СОЖ в зону резания.

В качестве СОЖ применяются 10%-ные эмульсии типа ЭТ-2, "Аквол-6", "Укринол-1", возможно применение масляных СОЖ. Расход СОЖ составляет 5-15 л/мин, давление 0,2-0,5 МПа.

Режимы резания: скорость для стали 40-60 м/мин, для чугуна 60-80 м/мин, подача для стали 0,16-0,25 мм/об, для чугуна 0,4-0,6 мм/об.

Точность обрабатываемых отверстий:

  • предельное отклонение диаметра по 9 - 11-му квалитету;
  • допуск круглости по 8 - 10-му квалитету;
  • шероховатость поверхности Ra = 1,5-2,0 мкм.

Такие результаты обработки отверстий соответствуют операции предварительно развертывания.

Фирмой Sandvik Coromant (Швеция) разработана конструкция цельнотвердосплавных трехперых сверл-зенкеров, которые обеспечивают лучшее центрирование в отверстии. Инструмент выполняет функции сверла и зенкера и способен внедряться в сплошной металл, а также работать на больших подачах и обрабатывать отверстия с большей точностью, чем спиральное сверло. Диаметры сверл-зенкеров 3-13 мм, угол при вершине 150°. Точность позиционирования отверстия для плоской гладкой поверхности ±0,01 мм, т.е. находится в пределах точности позиционирования станка с ЧПУ.

Табл.6. Сверла спиральные ступенчатые с цилиндрическим хвостовиком для обработки отверстий под винты с цилиндрической головкой (тип 1, исполнения 1 по ОСТ И20-6-84)

При использовании инструмента на станках с ЧПУ отпадает необходимость в центрировании или надсверлении. Сверло-зенкер работает при скоростях резания в 4-5 раз более высоких, чем скорости спиральных сверл из стали Р6М5К5 при одинаковых значениях подач.

Ступенчатые сверла для станков с ЧПУ предназначены для обработки за один проход наиболее широко встречающихся в станкостроении типоразмеров опорных поверхностей под крепежные детали и крепежные резьбовые отверстия:

  • отверстия с фаской для последующего нарезания резьбы;
  • отверстие с конической зенковкой под винты и потайной и полупотайной головками;
  • отверстие с цилиндрической зенковкой под винты с цилиндрической головкой и цилиндрической головкой и шестигранным углублением "под ключ".

Обработка указанных типов отверстий характеризуется, как правило, позиционными отклонениями отверстий в деталях, не превышающими ±(0,1-0,2) мм. Детали с такими отверстиями в основном изготавливают из углеродистых, легированных и конструкционных сталей средней прочности и серых чугунов. Ступенчатые сверла предназначены для обработки деталей из этих материалов и обеспечивают высокую производительность и минимальную себестоимость обработки на станках с ЧПУ. Сверла поставляются также с износостойким покрытием нитридом титана, нанесенным методом КИБ.

Ступенчатые сверла изготавливаются двух основных типов:

  • тип 1 - сверла для обработки отверстий с цилиндрической зенковкой под винты с цилиндрической головкой, а также с цилиндрической головкой и шестигранным углублением "под ключ";
  • тип 2 - сверла для обработки отверстий с одновременным формированием фаски в отверстии под следующее нарезание резьбы.

Каждый тип имеет два исполнения по форме хвостовика и два класса точности: А - повышенной точности и В - нормальной точности.

Сверла ступенчатые с цилиндрическим хвостовиком (табл. 6 и 7). Сверла имеют две ступени и хвостовик с поводком. Длина рабочей части сверл соответствует ГОСТ 4010-77.

Табл.7. Сверла спиральные с цилиндрическим хвостовиком для обработки отверстий под резьбу с одновременным формированием фаски (тип 2, исполнение 1 по ОСТ 2И20-7-84)

Табл.8. Сверла спиральные ступенчатые с коническим хвостовиком для обработки отверстий под винты с цилиндрической головкой (тип 1, исполнение 2 по ОСТ 2И20.6-84)

Технические требования к сверлам соответствуют требованиям на сверла спиральные классов точности А1 и А по ГОСТ 2034-80.

Сверла ступенчатые с коническим хвостовиком (табл. 8 и 9). Длина рабочей части сверл соответствует ГОСТ 4010-77. Технические требования к сверлам соответствуют требованиям к спиральным сверлам классов точности А1 и А по ГОСТ 2034-80.

Для мелкосерийного производства разработаны сборные ступенчатые сверла (рис.3), обеспечивающие регулирование длины меньшей ступени в широких приделах. На рабочей части стандартного сверла 3 винтом 1 закрепляется специальная насадка 2.

Сверла с насадками применяют для обработки деталей из чугуна, так как более пластичные материалы забивают винтовые канавки сливной стружкой.

Рис.3. Сверло с насадкой фирмы Guhring

Рис.4. Инструмент для снятия заусенцев Burr-Ban

Для обработки труднодоступных поверхностей разрабатывают специальные инструменты. Чтобы снять заусенцы со стороны детали, противоположной торцу шпинделя, применяют инструмент типа Burr-Ban фирмы Madison (США), принцип работы которого показан на рис. 4.

Для сверления отверстий в сплошном материале разработаны сверла, которые оснащаются треугольными или четырехугольными СМП. Возможен случай, когда из двух поворотных пластин одна будет треугольной, а другая - четырехугольной. СМП всегда располагают таким образом, чтобы одна режущая кромка (внутренняя) доходила до оси сверла, а вторая (наружная) - до периферии. При этом режущие кромки должны перекрывать одна другую. Сверла изготавливают стандартных диаметров от 18 до 80 мм. Наружная режущая кромка может быть использована также для дополнительного обтачивания наружных поверхностей и растачивания отверстий.

Табл.9. Сверла спиральные ступенчатые с коническим хвостовиком для обработки отверстий под резьбу с одновременным формированием фаски (тип 2, исполнение 2 по ОСТ 2И20-6-84)

Рис.5. Сверло с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин

Сверла с СМП обычно используют для горизонтального сверления отверстий глубиной, равной 2,5 диаметром сверла, а при вертикальном сверлении - до 1,5 диаметров. По сравнению с быстрорежущими спиральными сверлами сверла, оснащенные СМП, обеспечивают увеличение скорости резания не менее чем в 5-10 раз (до 300 м/мин) при снижении подачи в 2-3 раза, а из-за отсутствия перемычки усилия подачи уменьшаются на 60%.

Особенностью эксплуатации сверл с поворотными пластинами являются необходимость подвода охлаждающей жидкости через внутренние каналы под давлением 0,15 МПа. Для вращающегося инструмента должны быть предусмотрены специальные устройства для подвода СОЖ.

Во ВНИИинструмент разработана гамма сверл, оснащенных СМП. Сверло представляет собой корпус с двумя стружечными канавками, в пазах которых специальными винтами закреплены сменные многогранные пластины (рис. 5, табл. 10).

Сверла выполняют с цилиндрическим хвостовиком или с конусом Морзе (как специальные). В корпусе имеются два отверстия для внутреннего подвода СОЖ.

Для сверл применяют разработанные во ВНИИинструмент и выпускаемые Московским комбинатом твердых сплавов СМП по ТУ 48-19-307-80 шестигранной формы с углом при вершине 80° (ломаный трехгранник) с диаметром вписанной окружности 12,7; 9,52; 7,94 мм из твердого сплава марок МС121, МС2210, МС1460.

Твердосплавные пластины имеют размеры по высоте, диаметру вписанной окружности, величине радиуса при вершине с предельными отклонениями, соответствующими классу допуска G по ГОСТ 19042-80. Особенностями таких пластин являются тороидальная форма центрального отверстия, задний угол 7° на вершинах и стружколомающая канавка, образованная углублениями в виде части сферы на передней поверхности пластины, равномерно расположенными вдоль режущей кромки.

Наряду со стандартными и специальными спиральными сверлами, инструментами одностороннего резания, сверлами с СМП, кольцевыми сверлами рациональным и эффективным является применение сборных перовых сверл.

Табл.10. Сверла с механическим креплением многогранных пластин для коротких отверстий (ОСТ 2И20-9-84)

Режущий элемент выпускается по ГОСТ 25526-82 "Пластины сменные режущие из быстрорежущей стали для сборных перовых сверл". Предусмотрена возможность нанесения износостойкого покрытия нитрида титана на установках типа "Булат" (табл. 11).

Табл.11. Сменная режущая пластина из быстрорежущей стали, в том числе с износостойким покрытием TiN, для сборных перовых сверл (по ГОСТ 25526-82)

Пластина имеет две части: режущую и крепежную. Режущая часть образована пересечением передней поверхности стружколамающей канавки. Крепежная часть состоит из отверстия и паза с выступами.

Державка имеет три основных элемента: узел крепления режущего элемента, корпус и хвостовик. Узел крепления унифицирован: в диапазоне диаметров 25-130 мм имеется семь типоразмеров, которые позволяют закреплять соответствующий диапазон диаметров пластин.

Конструкции перовых сверл стандартизованы: ТУ 2-035-741-81 - сверла с хвостовиком конус Морзе; ТУ 2-035-964-84 - сверла с цилиндрическим регулируемым хвостовиком; ТУ 2-035-741-81 - сборные перовые сверла.