Методические указания к лабораторному занятию по теория резаниям
(для студентов специальности 5В071200 – Машиностроение)
Алматы 2012
Цель обучения: Закрепление сведений о конструктивных элементах и геометрических параметрах сверл, элементах режима резании и срезаемого слоя при сверлении; ознакомление с методами измерения сверл и приборами, применяемыми для этой цели; приобретение навыков эскизирования сверл.
Методические рекомендации сверло с винтовыми канавками, угломер универсальный, микрометр со специальными наконечниками, штангенциркуль, линейка масштабная, установка для измерения заднего угла, инструментальныймикроскоп с приспособлениями.
Рекомендуемая литература:
1 Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. Учебник для машиностроит. и приборостроит. спец. вузов. –М.: Высш.школа, 1985.
2 Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. -М: Машиностроение, 1975.
3 Технология обработки конструкционных материалов. [Учебник для машиностроительных специальностей вузов. / П.Г.Петруха, А.И.Марков, П.Д. Беспахотный и др. ]; Под ред. П.Г.Петрухи. –М.: Высшая школа., 1991.
4 Коженкова Т.И., Фельдштейн Е.Э. Лабораторные работы по резанию металлов: [Учебное пособие по специальности 2501 «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструметы»]. -Минск: Высшая школа, 1985.
Лабораторная работа 2
Геометрия сверла с винтовыми канавками
Цель работы. Закрепление сведений о конструктивных элементах и геометрических параметрах сверл, элементах режима резании и срезаемого слоя при сверлении; ознакомление с методами измерения сверл и приборами, применяемыми для этой цели; приобретение навыков эскизирования сверл,
Вопросы для самоконтроля. 1.Элементы режима резания и срезаемого, слоя при сверлении. 2. Части и элементы сверла, их назначение. 3. В каких плоскостях измеряются геометрические параметры сверла? 4. Дать определения углов в плане сверла. 5. Рассказать об особенностях угла наклона винтовой канавки сверла в разных точках режущей кромки сверла. 6. Чему равен передний угол в любой точке режущей кромки сверла? 7. Как найти задний угол сверла? В какой плоскости и почему он измеряется? Как определить необходимую величину заднего угла сверла для любой точки режущей кромки?. Дать определение вспомогательного заднего угла сверла α 
,угла наклона перемычки φ, угла наклона режущей кромки сверла λ. 9. Как образуется угол поперечной кромки (перемычки) сверла? 10. Существующие методы измерения углов сверла.
К р а т к и е т е о р е т и ч е с к и е с в е д е н и я
Сверление - это способ обработки резанием, обеспечивающий получение сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, а также применяемый для рассверливания уже имеющихся отверстий.
Элементы режима резания и срезаемого слоя. При работе сверло совершает вращательное движение вокруг своей оси (главное движение, обеспечивающее скорость резания) и перемещение вдоль оси (подача). В некоторых случаях вращательное движение может получать деталь, а не сверло. Скорость резания для точек режущей кромки различна. В центре сверла v=0. За скорость резания (м/мин) при сверлении принимается окружная скорость точки, лежащей на периферии. Она подсчитывается по формуле
V= 
,м/мин
где D — диаметр сверла, мм;
п — частота вращения сверла, об/мин.
Подача — величина перемещения сверла или детали вдоль оси отверстия за один оборот So (мм/об). Так как сверло имеет два зуба (пера) и режет одновременно двумя режущими кромками, то на каждую кромку (один зуб) приходится подача S 
=S 
/z=S /2(мм/зуб). Минут-1ная подача равна: Sm=Son=S2zn(мм/мин).
а – сверление б – рассверливание
Рисунок 22. Элементы режима резания и срезаемого слоя
Глубине резания t при сверлении в сплошном материале соответствует величина срезаемого слоя, равная половине диаметра сверла. При рассверливании отверстия от диаметра d до Диаметра D глубина резания t=(D~d)/2,
Ширина срезаемого слоя b без учета перемычки сверла измеряется вдоль кромки от оси сверла до точки, лежащей на наружном диаметре сверла (Рисунок 22).
Толщиной срезаемого слоя а называется длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя (см.Рисунок 22).
Между этими величинами существуют следующие соотношения: a= S 
Sinφ = S 
/2Sinφ;b= D/2sinφ
Части и элементы сверла. Сверло состоит из рабочей части, шейки и хвостовика (Рисунок 23). Конический или цилиндрический хвостовик служит для закрепления сверла на станке.
Шейка сверла — промежуточная часть между хвостовиком и рабочей частью сверла. В связи с особенностями технологии изготовления сверла, шейка имеет меньший диаметр, чем рабочая часть. Последняя состоит из режущей и направляющей части и имеет две винтовые канавки, по которым транспортируется стружка из обрабатываемого отверстия.
|
1 - рабочая часть; 2 - режущая часть; 3 - шейка; 4 - хвостовик; 5 - лапка;
6- зуб; 7 - поперечная кромка; 8 - поводок; 9 - стружечная канавка;
10 - задняя поверхность; 11 -режущие кромки; 12-ленточка; 13 -кромка ленточки; 14-передняя поверхность; 15 -спинка зуба; 16-сердцевина
Рисунок 23. Части и элементы сверла
Винтовые канавки разделяют рабочую часть сверла на два зуба (пера). Так как перья сверла должны быть соединены, то между ними вдоль оси сверла имеется сердцевина. Ее размер соответствует окружности, касательной к поверхности канавок. Направляющая часть обеспечивает движение сверла в обрабатываемом отверстии и служит резервом для образования режущей части при переточках сверла. Направляющая часть сверла для, уменьшения трения соприкасается с отверстием только по отшлифованным винтовым ленточкам, которые расположены по краю винтовой канавки. Остальная часть зуба сверла имеет меньший диаметр и с обработанным отверстием не соприкасается. Ленточка шлифуется по окружности (см. Рисунок 23).
На поверхности винтовых стружечных канавок образуется и транспортируется стружка, т. е. они являются передними поверхностями сверла. Торец сверла на режущей части затачивают, образуя главные задние поверхности, обращенные в процессе обработки к поверхности резания. Задние поверхности могут быть оформлены частью конической, линейчатой эвольвентой, винтовой, плоской и другими поверхностями.
|
Рисунок 24. Поверхности при сверлении: 1 - обработанная поверхность;
2 - поверхность резания
Вспомогательными задними поверхностями являются наружные поверхности круглошлифованных ленточек. Это часть конической поверхности с очень малой конусностью, ось которой совпадает с осью сверла. Передние поверхности винтовых канавок, пересекаясь с главными задними поверхностями, образуют главные режущие кромки, расположенные симметрично оси сверла, а пересекаясь со вспомогательными задними поверхностями (ленточками) — вспомогательные режущие кромки. Они являются коническими винтовыми линиями с очень малой конусностью. Так как в сверле имеется сердцевина, то при пересечении двух задних поверхностей образуется поперечная кромка или перемычка (см.Рисунок 23).
Геометрические параметры сверла. При сверлении и рассверливании отверстий обработанной поверхностью является поверхность обработанного отверстия. Поверхность резания - это поверхность, образуемая режущей кромкой при ее движении в процессе резания (Рисунок 24).
Геометрические параметры сверла рассматриваются в разных плоскостях (Рисунок 25).
Главным углом в плане φ называется угол в основной (плоскости между плоскостью резания и рабочей плоскостью. От угла φ зависит ширина и толщина срезаемого слоя, условия теплоотвода, прочность режущей части сверла. Величину угла φ назначают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. На практике требуется быстро определять, для каких условий работы предназначено заточенное сверло. Для этого измеряют угол между проекциями.главных режущих кромок на плоскость, проходящую через ось сверла, параллельно режущим кромкам—двойной угол в плане 2φ (см.Рису-
нок 25). Измерить угол 2φ можно с помощью простых угломеров. Но на ширину и толщину среза влияет не угол 2φ, а угол φ на каждом пере.сверла. При заточке можно получить точную величину угла 2φ, но разные величины углов φ на перьях сверла. Условия работы на каждом пере сверла в данном случае разные, При этом ухудшаются условия резания, снижается точность и качество обработанного отверстия. Вот почему при оценке качества изготовления и заточки сверла необходимо измерять углы φ на каждом из перьев.
" Н-М
Рисунок 25. Геометрические параметры сверла
В основной плоскости рассматриваются вспомогательные углы в плане φ 
(см. Рисунок 25). Чтобы избежать защемления сверла в просверленном отверстии, диаметр рабочей части сверла уменьшают по направлению к хвостовику, т. е. делают обратную конусность. Чтобы после переточек диаметр сверла изменялся незначительно, обратная конусность сверла невелика — 0,03...0,15 мм на 100 мм длины сверла.
Вспомогательным углом в плане φ1 называется угол между проекцией вспомогательной режущей кромки (кромки ленточки) на основную плоскость сверла и рабочей плоскостью. Величина его не превышает 10º Ее можно определить по формуле
tgφ1,=(D-D1)/2l,
где D и D1 —диаметры сверла в начале и конце направляющей части; l- длина направляющей части.
Передняя поверхность сверла представляет собой винтовую поверхность, состоящую из семейства винтовых линий, у которых одинаковый шаг и различный диаметр. Поэтому угол наклона этих винтовых линий различный.
Углом наклона винтовой канавки ω называется угол между касательной к винтовой линии, образующей эту канавку, и линией, параллельной оси сверла. В разных точках режущей кромки он неодинаков. В периферийной точке главной режущей кромки, т. е. по кромке ленточки, он максимальный.
Угол ω зависит от обрабатываемого материала, глубины просверливаемого отверстия и других факторов. Сверла изготавливаются с углами ω= 15...60°.
Для других точек режущей кромки угол наклона винтовой канавки тем меньше, чем ближе эта точка к оси сверла. Рассмотрим развертки сечений сверла цилиндрическими поверхностями разного диаметра с осью, совпадающей с осью сверла, на длине шага винтовой канавки. Для сравнения накладываем эти сечения одно на другое. (Как видно (Рисунок 26).
tg ω=πD/Н; tg ω = πD /H; tg ω 
=πD2/Н; tg ω3=πD3/H,
т.е. для любой точки
tgω 
=πD /H
где D — диаметр сверла на периферии; D},D2,D3 — диаметры сверла, cоответствующие разным точкам режущей кромки, через которые проведены сечения.
Отсюда:
tg ωx=(D 
/D)tg ω
Наклон винтовой стружечной канавки — это наклон передней поверхности сверла в продольном направлении.
Следовательно, это продольный передний угол сверла, т.е. γ 
=ω. Этот угол измеряется в плоскости, касательной к цилиндру с радиусом rх и осью, совпадающей с осью сверла. Но для характеристики процесса сверления нужно знать главный передний угол в главной секущей плоскости, который определяет условия резания. Главная секущая плоскость нормальна к главной режущей кромке (см. Рисунок 26).
Главным передним углом γ называется угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности резания. Передний угол на чертежах сверла не проставляют, так как положение и форму передней поверхности сверла определяет угол наклона винтовой канавки. Так как угол наклона винтовой канавки, являющейся передней поверхностью сверла, уменьшается при приближении от периферии к оси сверла, то и передний угол неодинаков для разных точек режущей кромки. Чем ближе рассматриваемая точка к оси сверла, тем меньше этот угол. На наружном диаметре передний угол находится в пределах γ= 25...30°. Соотношение передних углов, измеренных в главной
секущей плоскости и в продольном сечении, у сверла такое же, как и у резца:
tgγ=tgγ 
/sinφ,
где γпр = ω.
Рисунок 26. Передние и задние углы сверла в разных точках режущей кромки
Следовательно, на периферии сверла tg γ= tg ω/sin φ,,а для любой точки режущей кромки:
tg γx = tg ωx/sin φ = Dxtg ω/D sin φ.
Если передний угол образуется при изготовлении сверла, то задний получают при его заточке.
Задним углом сверла а называется угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и плоскостью резания. Траектории точек режущих кромок располагаются на воображаемых цилиндрических поверхностях с осями, совпадающими с осью сверла. На этих поверхностях и рассматривают главные задние углы сверла. Таким образом, главным задним углом является продольный задний угол (Рисунок 27).
Если сверло только вращается, то траектория точки режущей кромки—окружность. Так как сверло имеет подачу вдоль оси, то траектория точки режущей кромки - винтовая, и действительный задний угол будет меньше статического.
Развернем на плоскость траекторию точки режущей кромки при отсутствии подачи и при работе с подачей (Рисунок 27).
Рисунок 26. Образование заднего угла на кромке сверла в цилиндрических сечениях 
Кинематический задний угол уменьшается на угол η. Величина угла η различная для разных точек режущей кромки (Рисунок 27):
tgη=S0/πD; αk=α-η
Рисунок 27. Передний и задний углы сверла в процессе резания:
1 - развернутая винтовая линия; 2 - развернутая окружность
Чем ближе точка режущей кромки лежит к оси сверла, тем меньше диаметр воображаемой цилиндрической поверхности, по которой идет траектория точки режущей кромки, и тем значительнее уменьшается задний угол сверла в процессе работы. Уменьшение зазора между задней поверхностью сверла и поверхностью резания (заднего угла) или отсутствие его приводит к повышенному трению и износу или же делает дальнейшую работу сверла невозможной.
Даже при малых подачах уменьшение заднего угла в процессе работы для точек, находящихся вблизи оси сверла, весьма существенно. Это уменьшение компенсируют, соответственно увеличивая задний угол при заточке: αзат= α + η. Если заднюю поверхность сверла заточить по плоскости с одинаковым задним углом во всех точках режущей кромки, учитывающим максимальное уменьшение его в процессе работы αзат= α+ η тэх, то процесс заточки упростится. Но у сверла изменить (уменьшить) передний угол невозможно, а на периферии величина его значительна. Поэтому при больших задних углах угол заострения сверла р на периферии будет малым, а прочность и теплоотвод - низкими. В связи с этим при заточке приходится обеспечивать такое увеличение заднего угла, которое необходимо для каждой точки режущей кромки, т. е. затачивать задний угол переменной величины. Наибольшее значение задний угол должен иметь у оси сверла, наименьшее - на периферии. При этом обеспечивается примерное равенство углов заострения вдоль режущей кромки сверла. На чертежах задний угол сверла задают в периферийной точке режущей кромки, так как здесь его легче измерить.
Вспомогательный задний угол сверла α1 измеряется в плоскости, нормальной к вспомогательной режущей кромке (кромке ленточки). Так как ленточка шлифуется по окружности, то вспомогательные задние углы сверла α1равны нулю (см.Рисунок 25).
Углом наклона главной режущей кромки λназывается угол между режущей кромкой и радиусом, проведенным через точку режущей кромки (см.Рисунок 25).
Пересечение главных задних поверхностей образует поперечную кромку или перемычку. Угол наклона перемычки ψ - угол между проекциями поперечной и главной режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси сверла (см. Рисунок 25). Величина этого угла при правильной заточке сверла ψ= 50... 55°.
Пересекая перемычку перпендикулярными к ней секущими плоскостями, можно видеть, что угол резания перемычки больше 90°, т. е. передний угол перемычки γn - отрицательный: перемычка не режет металл, а скоблит его (выдавливает). Из-за этого около 65 % усилия подачи и около 15 % крутящего момента приходится на перемычку. На практике применяют различные методы подточки перемычки. Даже небольшое улучшение формы перемычки значительно уменьшает силу резания и увеличивает стойкость сверла и точность обработки.