Спиральное сверло имеет следующие основные части (рисунок 25): режущая 3, направляющая 1 или калибрующая, хвостовик 5 и соединительная 4 (шейка). Режущая и направляющая части в совокупности составляют рабочую часть 2 сверла, снабженную двумя винтовыми канавками 8.

Режущая часть спирального сверла состоит из двух зубьев, которые в процессе сверления своими режущими кромками 9 врезаются в материал заготовки и срезают его в виде стружки, которая затем отводится по винтовым канавкам. Рабочая часть является основной частью сверла. Условия работы сверла определяются главным образом конструкцией режущей части сверла.

Передними поверхностями 10 сверла являются поверхности винтовых канавок, по которым сходит стружка. Задними поверхностями 11 сверла являются поверхности зуба сверла, обращенные к поверхности резания (по которой происходит отделение стружки от заготовки). Задние поверхности могут быть заточены как плоские, винтовые, конические или цилиндрические поверхности. Линия пересечения задних поверхностей обеих зубьев сверла образует поперечную режущую кромку 13, расположенную в центральной зоне сверла.

Направляющая часть сверла необходима для создания направления при работе инструмента. Поэтому она имеет две направляющие винтовые ленточки (спиральные фаски) 12, которые участвуют в оформлении (калибровании) поверхности обработанного отверстия. Кроме этого направляющая часть сверла служит запасом для переточек инструмента.

Рисунок 25 – Спиральное сверло

Хвостовик, который может быть конической (с лапкой 6) (рисунок 25, а ) или цилиндрической (с поводком 7 и без поводка) (рисунок 25, б ) формы, служит для закрепления сверла на станке. Он с помощью цилиндрической шейки соединяется с рабочей частью сверла. Наиболее часто рабочая часть сверла изготавливается из быстрорежущей стали, а хвостовик из стали 45. Рабочая часть и хвостовик соединяются сваркой. В промышленности используют также твердосплавные сверла. Режущая часть этих сверл оснащается пластинками твердого сплава. У твердосплавных сверл малого диаметра полностью вся рабочая часть может изготавливаться из твердого сплава.

Диаметры просверленных отверстий всегда больше диаметра сверла, которым они обработаны. Разность диаметров сверла и просверленного им отверстия называют разбивкой отверстия . Для стандартных сверл диаметром 10…20 мм разбивка составляет 0,15…0,25 мм. Причиной разбивки отверстий являются недостаточная точность заточки сверл и несоосность сверла и шпинделя сверлильного станка.

Для уменьшения разбивки и для предотвращения возможного защемления сверла в просверливаемом отверстии диаметр сверла в направлении от режущей части несколько уменьшается. Уменьшение диаметра принято называть обратной конусностью и определять разность Δ диаметров на расстоянии l 0 = 100 мм длины рабочей части.

3.1.2 Геометрические параметры

Углом наклона винтовой канавки ω (см. рисунок 25, в ) называется угол, образуемый осью сверла и касательной к вершине винтовой линии пересечения передней поверхности сверла с цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью сверла и диаметр, который равен диаметру сверла.

Режущие кромки наклонены к оси сверла и образуют между собой угол при вершине 2φ (главный угол в плане). С увеличением угла при вершине сверла уменьшается активная длина режущей кромки и увеличивается толщина среза, что приводит к увеличению усилий, действующих на единицу длины режущих кромок, и способствует повышению интенсивности износа сверла. Известно, что нормальная работа сверла может иметь место тогда, когда надежно обеспечивается вывод стружки по канавкам и не наблюдается ее защемление и пакетирование. Как показывают исследования, увеличение угла при вершине 2φ приводит к более плавному изменению передних углов вдоль режущей кромки, что благоприятно отражается на режущей способности сверла.

Задний угол α является важным элементом конструкции сверла, его размер в значительной мере влияет на стойкость инструмента.

Заточка спиральных сверл

Для удаления изношенных участков инструмента, образования новых лезвий и восстановления режущих свойств были разработаны всевозможные способы заточек стандартных сверл.

Форма заточки сверла выбирается в зависимости от свойств обрабатываемых материалов и диаметра инструмента. Основные формы заточек спиральных сверл приведены на рисунке 26.

Нормальная без подточек (Н) – для сверл диаметром до 12 мм. Применяется для сверл универсального применения при обработке стали, стального литья, чугуна.

Нормальная с подточкой поперечной кромки (НП) – для обработки стального литья с σ в ≤ 500 МПа с неснятой коркой. Подточка поперечной кромки уменьшает ее длину, что улучшает условия резания.

Нормальная с подточкой поперечной кромки и ленточки (НПЛ) – для сверл диаметром 12…80 мм. Применяется для обработки стали, стального литья с σ в > 500 МПа со снятой коркой, чугуна с неснятой коркой. Подточка ленточки до ширины 0,1-0,2 мм на длине 3-4 мм уменьшает трение в наиболее напряженном участке сверла и улучшает условия резания.

Двойная с подточкой поперечной кромки (ДП) – для обработки стального литья с σ в ≥ 500 МПа и чугуна с неснятой коркой. Увеличивается длина режущей кромки, уменьшается толщина стружки, улучшается отвод теплоты, значительно увеличивается стойкость.

Двойная с подточкой поперечной кромки и ленточки (ДПЛ) – для сверл универсального применения при обработке стального литья с σ в >500 МПа и чугуна со снятой коркой.

Двойная с подточкой и срезанной поперечной кромкой (ДП-2)­­ – для обработки хрупких материалов.

В зависимости от конструкции и назначения различают спиральные, перовые, для глубокого сверления, центровочные, с пластинками из твердых сплавов и другие сверла (рис.1).

Наиболее распространены спиральные сверла. Они имеют две главные режущие кромки, образованные пересечением передних винтовых поверхностей канавок сверла, по которым сходит стружка, с задними поверхностями, обращенными к поверхности резания; поперечную режущую кромку (перемычку), образованную пересечением обеих задних поверхностей, и две вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением передних поверхностей с поверхностью ленточки.

Ленточка сверла представляет собой узкую полоску на его цилиндрической поверхности, расположенную вдоль винтовой канавки и предназначенную для направления сверла при резании.

Угол наклона винтовой канавки – угол между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла (20-30°).

Угол наклона поперечной режущей кромки (перемычки) – острый угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла (50-55°).

Угол режущей части (угол при вершине) – угол между главными режущими кромками при вершине сверла (118°).

Передний угол – угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормально в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла. По длине режущей кромки передний угол изменяется: наибольший у наружной поверхности сверла, где он практически равен углу наклона винтовой канавки, наименьшей у поперечной режущей кромки.

Задний угол – угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке окружности ее вращения вокруг оси сверла. Задний угол сверла величина переменная: 8-14°на периферии сверла и 20-26° - ближе к центру.

Спиральные сверла изготавливают из быстрорежущей стали Р9, Р18 и стали 9ХС.

Хвостовик спирального сверла может быть цилиндрическим и коническим. Цилиндрический хвостовик (у сверл диаметром до 10 мм) служит для крепления сверла в трехкулачковом патроне или другом приспособлении, предназначенном для соединения сверл со шпинделем сверлильного станка. Конический хвостовик закрепляет непосредственно в шпинделе станка или в переходной втулке, если конус сверла не совпадает с конусом шпинделя.

У сверл диаметром 6-15,5 мм хвостовик изготавливается с конусом Морзе №1, у сверл с диаметрами 16-23,5 мм - №2, у сверл диаметрами 23,9-38,9 мм - №3, у сверл диаметрами 39-49,5 мм - №4 и т.д.

Лапка на конце хвостовика препятствует провертыванию сверла в шпинделе. Она служит также для выбивания сверла из шпинделя по окончании работы. Для этого в боковое отверстие шпинделя вставляют клин и ударяют по нему молотком. Клин давит на лапку, и сверло освобождается.

Сверла применяются при обработке отверстий в сплошном материале. По конструкции различаются спиральные, центровочные, перовые, ружейные с наружным или внутренним отводом стружки и кольцевые (трепанирующие головки) сверла. Сверла изготавливаются из быстрорежущей стали марок Р18, Р12, Р9, Р6АМ5, Р6АМ5ФЗ, Р6П5К5 и Р9М4К8. Возможно оснащение режущей части сверла пластинами твердого сплава марок ВК6, ВК6М, ВК8, ВК10М, ВК15М, что позволяет использовать их при обработке материалов на высоких скоростях резания, а также при обработке материалов высокой твердости, например легированных конструкционных сталей.

Виды сверл

Спиральные сверла (рис. 3.26) состоят из трех частей: рабочей части, хвостовика и шейки. Рабочая часть сверла образована двумя спиральными канавками и включает в себя режущую и цилиндрическую (направляющую) части с двумя ленточками, что уменьшает трение сверла о поверхность обрабатываемого отверстия. Режущей частью сверла является его вершина, образующая при заточке сверла два зуба с режущими кромками. Режущие кромки сверла выполняют основную работу резания.

Спиральные сверла выпускают с хвостовой частью (хвостовиком) двух типов — цилиндрические и конические. Цилиндрические хвостовики применяются для сверл диаметром до 20 мм, а конические — для сверл диаметром от 5 мм.

Конический хвостовик сверла имеет лапку, служащую для установки сверла в шпинделе станка или переходной втулке. Крутящий момент от шпинделя станка сверлу передается за счет сил трения между поверхностями конического хвостовика и втулки или отверстия шпинделя станка. Лапка на конце конического хвостовика облегчает удаление (выбивание) сверла из переходной втулки или шпинделя станка. Сверла с цилиндрическими хвостовиками закрепляются в станке или сверлильном приспособлении, механизированном инструменте при помощи специальных сверлильных патронов.

Конструктивные особенности и специфика работы сверла обусловливают непостоянство геометрических параметров заточки их рабочей части. Так, главный задний угол а у стандартного сверла возрастает по мере приближения к центру. На периферии сверла этот угол составляет 8… 14°, а около поперечной режущей кромки уже 26… 35°. На периферии передний угол у = 18… 33°, а около поперечной режущей кромки у = 0 0 или имеет отрицательное значение.

Угол при вершине сверла 2<р выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. У стандартных сверл величина этого угла колеблется в пределах 116… 118°. В зависимости от обрабатываемого материала величина угла при вершине выбирается в следующих пределах:

Для стали углеродистой конструкционной — 116… 120°;

Для коррозионно-стойкой стали — 125… 130°;

Для стали высокой прочности — 125… 130°;

Для жаропрочных сплавов — 125… 130°;

Для титановых сплавов — 140°;

Для чугуна средней твердости — 90… 100

Для чугуна твердого — 120… 125°;

Для твердой бронзы — 90… 100

Для латуни, алюминиевых сплавов, баббита — 130… 140°;

Для меди — 125°;

Для пластмасс - 80… 110°;

Для мрамора — 80… 90

Угол наклона поперечной режущей кромки |/ составляет 50… 55 а угол наклона винтовой канавки к оси отверстия со — 23… …27°.

Принята единая градация диаметров сверл, которая охватывает сверла диаметром до 80 мм. Сверла диаметром от 1 до 3 мм имеют градацию через каждые 0,05 мм; диаметром от 3 до 13,7 мм — через 0,1 мм; диаметром от 13,75 до 49,5 — через 0,5; 0,1; 0,15; 0,25; сверла диаметром 52… 80 мм имеют градацию через 1 мм.

Центровочные сверла (рис. 3.27) предназначены для выполнения центровых отверстий, их изготовляют из быстрорежущих инструментальных сталей марок Р9 и Р12. По конструкции различают центровые сверла без предохранительного конуса (рис. 3.27, а) и с предохранительным конусом (рис. 3.27, б).

Перовые сверла (рис. 3.28) имеют плоскую рабочую часть и прямые канавки для отвода стружки. Рабочую часть таких сверл (перо) часто выполняют так, чтобы ее можно было заменить. Отсутствие спиральной части упрощает изготовление перовых сверл и повышает их жесткость в осевом направлении, однако затрудняет отвод стружки из зоны резания. На режущей части перового сверла выполняются стружкоразделительные канавки. Угол при вершине, задний угол, ширину калибрующей ленточки и некоторые другие параметры перовых сверл выбираются в зависимости от условий обработки отверстий по аналогии с параметрами спиральных сверл.

Ружейные сверла (рис. 3.29) применяются для сверления глубоких и сверхглубоких отверстий. Основная конструктивная особенность этих сверл состоит в том, что главные режущие кромки и вершина сверла расположены не симметрично относительно его оси на 0,2… 0,25 мм диаметра, что требует обязательного направления сверла по кондукторной втулке, по предварительно просверленному цилиндрическому, либо центровому отверстию. Ружейное сверло типовой конструкции с наружным отводом стружки состоит из колоска, который оснащен одной режущей, двумя направляющими пластинами и имеет отверстие для подвода смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ). Ружейные сверла с наружным отводом стружки используются для обработки отверстий диаметром от 3 до 30 мм.

Надежное ориентирование сверла в обрабатываемом отверстии, комбинированное резание (выглаживание в процессе обработки), подача СОЖ в зону резания под давлением, стабильное удаление стружки из зоны резания, отсутствие поперечной режущей кромки, а также возможность достаточно простого оснащения сверла пластинами из твердого сплава позволяет обеспечить за один проход ружейного сверла высокую производительность и малые отклонения размера, формы и расположения оси при малых параметрах шероховатости обработанной поверхности.

Кольцевые сверла (рис. 3.30) применяются для уменьшения сил резания и потребляемой мощности оборудования, повышения производительности обработки сплошных отверстий диаметром более 50 мм, а также уменьшения объема стружки и последующего использования образующегося вдоль оси обрабатываемого отверстия центрального стержня. Кольцевые сверла изготовляются из быстрорежущей стали, ими выполняются отверстия на различных металлорежущих станках (сверлильных, токарных, расточных). Выпускаются сборные кольцевые сверла, корпус которых выполнен из легированной стали 12ХНЗА, а вставные резцы оснащаются пластинами из твердого сплава группы ВК.

В зависимости от требуемого размера отверстий используются различные конструкции кольцевых сверл:

Для образования глубоких отверстий диаметром 110… 180 мм применяются двурезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, а), состоящие из корпуса 1, в котором установлены два сменных резца 2 и 3 и три направляющие пластины 4, 5 и 6;

Для образования глубоких отверстий диаметром 180…250 мм применяют трехрезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, б), отличающиеся от двурезцовых только габаритными размерами и числом резцов;

Для образования отверстий диаметром 50… 100 мм на глубину до 400 мм используются многорезцовые кольцевые сверла (рис. 3.30, в), у которых вставные резцы 1 установлены в корпусе 2 сверла. На наружной поверхности корпуса выполнены винтовые канавки для отвода стружки. Для лучшего направления сверла в его корпус встроены подпружиненные шариковые опоры.

Сверление является одним из распространенных методов предварительной обработки отверстий на токарных станках. В зависимости от конструкции и назначения различают сверла: спиральные, перовые, для глубокого сверления, центровочные, эжекторные и др. Наибольшее распространение получили спиральные сверла (На рисунке сверла: а - спиральное с коническим хвостовиком, б - спиральное с цилиндрическим хвостовиком, в - для глубокого сверления). Сверло имеет: две главные режущие кромки, образованные пересечением передних винтовых поверхностей канавок, по которым сходит стружка, с задними поверхностями, обращенными к поверхности резания; поперечную режущую кромку (перемычку), образованную пересечением обеих задних поверхностей; две вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением передних поверхностей с поверхностью ленточки. Ленточка сверла - узкая полоска на его цилиндрической поверхности, расположенная вдоль винтовой канавки и обеспечивающая направление сверла при резании. Угол наклона винтовой канавки ω угол между осью сверла и касательной к винтовой линии по наружному диаметру сверла (ω=20-30 градусам). Угол наклона поперечной режущей кромки (перемычки) ψ - острый угол между проекциями поперечной и главной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла (ψ=50-55 градусам). Угол режущей части (угол при вершине) 2φ - угол между главными режущими кромками при вершине сверла (φ=118 градусам). Передний угол γ - угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла. По длине режущей кромки передний угол γ является величиной переменной. Задний угол α - угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и касательной в той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла. Задний угол сверла - величина переменная: α=8-14 градусов на периферии сверла и α=20-26 градусов - ближе к центру сверла.

Сверла по металлу, как и любой другой режущий инструмент, изнашиваются в процессе эксплуатации, что делает их непригодными к использованию. Между тем в большинстве случаев режущие и другие углы сверла по металлу можно восстановить, выбрав их значения по специальной таблице и выполнив заточку.

Назначение и конструктивные особенности инструмента

Сверла по металлу, для изготовления которых используются стальные сплавы быстрорежущей группы, применяются для создания в металлических деталях как сквозных, так и глухих отверстий. Наиболее распространенными являются спиральные сверла, конструкция которых включает в себя следующие элементы:

• режущую часть;
• рабочее тело;
• хвостовик;
• лапку.

Если хвостовик, который может быть как цилиндрическим, так и коническим, предназначен для надежной фиксации инструмента в патроне используемого оборудования, то рабочая часть одновременно выполняет сразу несколько важных функций. Именно геометрией сверла определяются его работоспособность и режущие свойства.

Важнейшими элементами рабочей части сверла по металлу являются винтовые канавки. Их задача состоит в том, чтобы выводить из зоны обработки стружку. Геометрия спирального сверла по металлу предусматривает, что передняя сторона спиральной канавки выполняется под определенным углом, величина которого по направлению от оси инструмента к его периферийной части меняется. В процессе изготовления сверла по металлу на боковой области его спиральных элементов формируются узкие ленточки, несколько выступающие над основной поверхностью. Задача таких ленточек состоит в том, чтобы уменьшить величину трения инструмента о стенки формируемого отверстия.

Особенности различных видов заточки сверл

Заточка сверл, как уже говорилось выше, необходима для того, чтобы восстановить их геометрические параметры. Выбор определенного вида заточки сверла зависит от ряда факторов (диаметра инструмента, характеристик обрабатываемого металла и др.).

Наиболее универсальной является нормальная заточка (Н), при выполнении которой на рабочей части сверла формируются одна поперечная и две режущие кромки. Угол заточки сверла в данном случае составляет 118–120°. Выбирая такой вид заточки сверл, следует иметь в виду, что использовать его можно по отношению к инструментам, диаметр которых не превышает 12 мм.

Все остальные виды заточки, которые обозначаются буквосочетаниями НП, НПЛ, ДП, ДПЛ, можно применять для инструментов с диаметром до 80 мм. Каждый из указанных типов заточки предполагает доведение геометрии сверла по металлу до требуемых параметров.

НП

Такая заточка подразумевает подточку поперечной кромки, что делается для уменьшения ее длины и, соответственно, для снижения нагрузок, воспринимаемых инструментом в процессе сверления.

НПЛ

В данном случае кроме поперечной кромки подточке подвергается и ленточка, что позволяет уменьшить ее ширину в области режущей части. Подточка ленточки помимо уменьшения силы трения, создаваемой при сверлении, позволяет сформировать дополнительный задний угол сверла, что способствует облегчению процесса обработки.

ДП

Это двойная заточка, совмещенная с подточкой поперечной кромки. Выполнение заточки данного вида позволяет сформировать на рабочей части сверла по металлу одну поперечную и четыре режущие кромки, имеющие вид ломаных линий.

ДПЛ

Это аналогичный предыдущему вид заточки, при котором дополнительно подтачивают ленточку. Создание четырех режущих кромок при выполнении двойной заточки необходимо для того, чтобы уменьшить угол между периферийными участками режущих кромок. Такой подход позволяет улучшить отвод тепла от режущей части инструмента и, соответственно, значительно повысить его стойкость.

Как правильно выбрать углы заточки

Углы заточки сверла, как уже говорилось выше, выбираются по специальным таблицам, где их значения представлены в зависимости от того, в каком именно материале необходимо сформировать отверстие.

Если неправильно выбрать углы, под которыми будет затачиваться сверло, то это приведет к тому, что оно в процессе работы будет сильно нагреваться. Это в итоге может привести к его поломке. Кроме того, именно неправильно выбранные углы, используемые для заточки сверла по металлу, часто становятся основной причиной некачественно выполненного сверления.

Выполнение операции

Традиционно заточка сверл по металлу спирального типа выполняется на наждачном станке, оснащенном точильным кругом соответствующей твердости. Начинать затачивать их следует с обработки задней поверхности. Прижимая инструмент данной поверхностью к вращающемуся точильному кругу под определенным углом, надо следить за тем, чтобы на ней формировался правильный уклон.

При заточке передней режущей поверхности необходимо контролировать не только угол, под которым выполняется операция, но и размер перемычки. Очень важно, чтобы при заточке на рабочей части сверла по металлу были сформированы режущие кромки равной длины, расположенные под одним углом. Если просверлить отверстие сверлом, при заточке которого не соблюдены эти важные требования, то диаметр такого отверстия будет больше, чем поперечный размер самого инструмента.

Проверить соответствие основных геометрических параметров (в том числе угла заточки) сверла требуемым характеристикам можно при помощи одного шаблона, который несложно приобрести в серийном исполнении или изготовить самостоятельно.

И в заключение небольшой видеоролик о том, как самостоятельно заточить сверло по металлу.