CC BY
40
УДК 621.9
СПИРАЛЬНОЕ СВЕРЛО С ВНУТРЕННИМИ КАНАЛАМИ У-ОБРАЗНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ПОДАЧИ СОЖ
В.А. Гречишников, П.М. Пивкин, В.Б. Романов, И.Р. Геккер, А.К. Щеголев, Н.П. Янин
Предложена конструкция спирального сверла из быстрорежущей стали с внутренними каналами У-образной формы для оптимальной подачи СОЖ в зоны с наибольшим нагревом, обеспечивающими повышение интенсивности и равномерности охлаждения зоны резания, а также стойкости инструмента.
Ключевые слова: сверло, внутренние каналы, СОЖ.
Спиральные свёрла являются наиболее распространёнными инструментами для обработки отверстий. В их конструкции, наряду с большим числом достоинств, имеют место недостатки, такие, как наличие нулевых задних углов на вспомогательных режущих кромках, отрицательные значения передних углов на поперечной режущей кромке, большие передние углы на периферийных участках главных режущих кромок [1 - 3]. Указанные недостатки приводят к повышенному нагреву и износу сверла в центре и на вершинах режущих кромок, что снижает стойкость и производительность инструмента. Для решения этой проблемы в свёрлах выполняют внутренние каналы для подвода СОЖ, которые могут быть реализованы разными способами. Так, к примеру, известно спиральное сверло, в корпусе которого выполнены винтовые каналы для подвода СОЖ (рис. 1) к режущим кромкам [4].
Рис. 1. Сверло с внутренними каналами для подвода СОЖ: 1 - спиральные канавки для подвода СОЖ; 2 - центральное отверстие;
3 - соединение
Вместе с тем, область его применения ограничивается твердосплавным инструментом, технология производства которого позволяет закладывать в конструкцию каналы сложной формы. Изготовить такие каналы в инструменте например из быстрорежущей стали не представляется возможным.
В спиральных сверлах из быстрорежущей стали могут быть выполнены внутренние каналы более простой формы, например, У-образной (рис. 2): центральная часть канала размещена вдоль оси инструмента, а два ответвления выходят на задние поверхности пера сверла [5].
А-А
3 2 1
Рис. 2. Спиральное сверло с У-образным каналом подачи СОЖ: 1 - центральный канал; 2 - разветвляющиеся каналы; 3 - продольные
канавки
Применение такой конструкции не ограничено используемым инструментальным материалом, однако, к недостаткам следует отнести относительно низкую стойкость сверла, обусловленную невысокой эффективностью охлаждения зоны резания.
В данной работе поставлена задача - повышение интенсивности и равномерности охлаждения зоны резания при сверлении с целью повышения стойкости спирального сверла.
Поставленная задача достигается тем, что спиральное сверло (рис. 3) выполнено с У-образным каналом 1 для подачи СОЖ, центральная часть которого 4 размещена вдоль оси сверла, а ответвления 2 и 3 выходят на задние поверхности пера сверла. Дополнительные ответвления 3 выполнены с пересечением 8 стружечных канавок 7. При этом возможны два варианта их исполнения: с частичным (рис. 4) или полным (рис. 5) пересечением стружечных канавок. При подобной конструкции каналов сверла должна иметь место оптимизация подачи СОЖ в зоны с максимальным нагревом - к сердцевине и вершине режущей кромки. В качестве обоснования этого предположения проведён расчёт температуры вдоль режущей кромки сверла при его работе (обработка сверлом из быстрорежущей стали отверстия в материале из стали 45).
Рис. 3. Общий вид сверла с У-образным каналом для подачи СОЖ: 1 - У-образный канал; 2 - ответвления канала; 3 - дополнительные ответвления канала; 4 - центральная часть канала подачи СОЖ; 5 - задняя поверхность; 6 - рабочая часть сверла; 7 - стружечная канавка; 8 - пересечение (вскрытие) дополнительным ответвлением стружечной канавки сверла; 9 - перо сверла; 10 - окончание дополнительного ответвления
Для расчета температуры воспользуемся формулой, приведённой в работе [6]:
9 _27 6 9
здесь 9И - тепловыделение (тепловая мощность), кал/с, определяемое по формуле в [6]:
9И _ 0,039Р2У;
ю - коэффициент температуропроводности обрабатываемого материала, ю=0,08 см /с; X - коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала, Х=0,096 кал/ (см*с*°С); Ь - ширина среза, мм; /0 - ширина срезаемо-
17
го слоя, мм; 11 - длина контактной площадки, мм; V - скорость резания, м/мин; Р2 - тангенциальная составляющая силы резания, Н. Значения V и Р2 рассчитываются по известным эмпирическим формулам, приведённым в справочнике [7].
Рис. 4. Вариант конструкции сверла, когда дополнительные ответвления канала выполнены с частичным пересечением стружечных канавок: 1 - спинка сверла; 2 - дополнительные ответвления канала; 3 - пересечение (вскрытие) дополнительным ответвлением стружечной канавки сверла; 4 - окончание дополнительного ответвления
Рис. 5. Вариант конструкции сверла, когда дополнительные ответвления канала выполнены с полным пересечением стружечных канавок: 1 - передняя поверхность; 2 - дополнительные ответвления канала; 3 - окончание дополнительного ответвления
На рис. 6 показаны: результаты расчёта температуры для вариантов обработки сверлом без охлаждения (кривая А), сверлом с конструкцией каналов, изображенных на рис. 2 (кривая Б), сверлом с У-образными каналами предлагаемой конструкции (кривая В). Как видно из графика сверло с каналами предлагаемой конструкции обеспечивает наименьший нагрев по всей длине режущей кромки, в т.ч. в проблемных зонах на сердцевине (I) и на вершине режущей кромки (II).
Спиральное сверло работает следующим образом. СОЖ подается по центральной части 4 У-образного канала 1 и подводится к зоне резания каждой режущей кромки сверла по двум ответвлениям: на заднюю поверхность 5 через ответвления 2 (рис. 3); на переднюю поверхность 1 (см. рис. 5) по дополнительным ответвлениям 2.
18
Ответвление 2 ( см. рис. 3) охлаждает непосредственно сердцевину сверла и заднюю поверхность режущей кромки, подводя жидкость максимально близко к режущей кромке, увеличивая интенсивность ее охлаждения. Дополнительное ответвление 3 (см. рис. 3), образованное за счет пересечения стружечной канавки 7 вскрытием 8, охлаждает переднюю поверхность и вершину режущей кромки. Окончание 10 дополнительного ответвления 3 позволяет частично выводить из зоны резания излишнюю и уже нагретую СОЖ, стабилизируя распределение тепла вдоль режущей кромки. Дополнительные ответвления выполняются в двух возможных исполнениях (см. рис. 4 и 5) и могут образовывать различные варианты пересечения канала со стружечной канавкой, что обеспечивает нужное направление и распределение СОЖ на режущих кромках сверла.
Рис. 6. Расчётные распределения температуры по длине режущей кромки сверла: А - без охлаждения; Б - с охлаждением при конструкции сверла согласно рис. 2; В - с охлаждением согласно предлагаемой конструкции; I - зона сердцевины сверла, II - зона наружной части
В качестве недостатка подобного решения можно указать, что данное сверло допускает относительно небольшое количество переточек. При стачивании дальше зоны ответвлений каналов сверло утратит своё основное преимущество, однако останется работоспособным и может функционировать как обычное спиральное сверло без оптимизации подачи СОЖ.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - повышение интенсивности и равномерности охлаждения зоны резания - решена, а заявленный технический результат - повышение стойкости спирального сверла - достигнут. Предложенное техническое решение реализовано в работах [8 - 13].
Список литературы
1. Режущий инструмент: учебник для вузов / под общ. ред. С.В. Кирсанова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2014. 520с.
2. Гречишников В. А., Исаев А.В., Романов. В.Б. Метод формирования профиля образующей исходной инструментальной поверхности сборных фасонных фрез с режущими пластинами, расположенными вдоль винтовой линии // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2015. №1(32). С. 8 - 12.
3. Проектирование профиля долбяка с любыми заданными геометрическими параметрами / В. А. Гречишников, Б.Е. Седов, Романов В.Б. [и др.] // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2012. №4(23). С. 15 - 17.
4. Patentshrift DE 3601385 C2, B23B51/06, B22F7/06 / Juergen Dipl.-Ing.; заявитель и патентообладатель Krupp Widia Gmbh (DE). -DE19863601385. Заявл. 18.01.86. Опубл. 05.07.90.
5. А.с. 671940 СССР, МПК5, B23B51/06. Спиральное сверло / Б.И. Сорокин, Г.Н. Хохряков, Т.Г. Мухамедзянов. Опубл. 05.07.79. Бюл. №25.
6. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279с.
7. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.:Машиностроение, 1985. 496 с.
8. Модернизация сборного абразивного круга с радиально подвижными абразивными сегментами для внутреннего шлифования полых деталей роботов / В. А. Гречишников, В. А. Яшков, А.В. Исаев [и др.] // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2015. №4(35). С. 46 - 51.
9. Инструментальная техника, технология изготовления и САПР РИ: учеб. пособие / В.А. Гречишников, Ю.Е. Петухов, В.А. Косарев [и др.]; под общ. ред. В.А. Гречишникова. М.: «МГТУ «СТАНКИН», 2015. 351с.
10. Формообразование и контроль режущих инструментов: учеб. пособие / В.А. Гречишников, П.В. Домнин, А.В. Исаев [и др.]. М.: «МГТУ «СТАНКИН», 2015. 151с.
11. Гречишников В.А., Исаев А.В. Определение положения режущих пластин, расположенных вдоль винтовой стружечной канавки, в корпусе сборной фасонной фрезы // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2014. № 2 (29). С. 34 - 39.
12. Гречишников В.А., Пивкин П.М. Резцовая головка для отрезки, обработки канавок с конической образующей и торцевых канавок на деталях различной конфигурации // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2014. № 2 (29). С. 50 - 56.
13. Концепция построения робототехнических комплексов для металлообработки и системы их инструментального обеспечения / В. А. Гречишников, А.В. Исаев, Ю.В. Илюхин [и др.]. // Вестник «МГТУ» СТАНКИН». 2015. № 4 (35). С. 46 - 51.
Гречишников Владимир Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ittf.stankin@,gmail.com, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет ««СТАНКИН»
Романов Виталий Борисович, канд. техн. наук доц., Россия, Москва, «Московский государственный технологический университет ««СТАНКИН»
Пивкин Петр Михайлович, преподаватель, Россия, Москва, «Московский государственный технологический университет ««СТАНКИН»
Геккер Иван Романович, студент, Россия, Москва, ««Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
Щеголев Андрей Константинович, студент, Россия, Москва, Московский Государственный Технологический университет «СТАНКИН»
Янин Николай Павлович, студент, Россия, Москва, ««Московский государственный технологический университет « СТАНКИН»
A DRILLING TOOL WHICH HAS HELICAL FL UID FLO W CHANNEL A TITS INTERIOR
A drilling tool which has at least one helical fluid flow channel at its interior, is composed of a hard metal core having an exterior surface and a hard metal tubular casing having an interior surface. The casing encloses the core with their surfaces in firm contact so that the core and casing form a composite body.
Key words: drilling tool, helical channel, fluidflow.
Grechishnikov Vladimir Andreevich, doctor of technical sciences, professor, manager of kathedra, ittf.stankin@,gmail. com, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
Romanov Vitalij Borisovich, candidate of technical science, docent, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
Pivkin Petr Mihajlovich, lecturer, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
Gekker Ivan Romanovich, student, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
Schegolev Andrey Konstantinovich, student, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
Yanin Nikolay Pavlovich, student, Russia, Moscow, Moscow State University of Technology «STANKIN»
