Сверление является одним из важных режущих процессов в механическом производстве, и геометрические параметры сверла оказывают решающее влияние на его режущую производительность, точность и эффективность обработки. В этой статье мы углубимся в определение, функцию и взаимосвязь геометрических параметров бурового долота, стремясь обеспечить теоретическую основу и справочный материал для оптимизации процесса бурения.

Геометрические параметры сверла в основном включают угол наклона спирали, угол кромки, передний угол, угол наклона, основной угол склонения, угол наклона кромки, поперечный скос кромки, поперечную кромку и толщину сердцевины сверла и т. Д., А разумная конструкция и выбор этих параметров напрямую влияют на силу резания, тепло резания, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности и другие факторы в процессе сверления.

 1. Спиральный угол (β)

Угол β спирали определяется как угол между касательной линией и осью сверла в любой точке на пересечении наружной цилиндрической поверхности сверла и поверхности спиральной канавки, а его опорный диапазон обычно находится в пределах β=18°30°. Размер угла наклона спирали оказывает значительное влияние на режущую производительность сверла. Конкретно:

Влияют на удержание и исключение смазочно-охлаждающей жидкости:Больший угол наклона спирали может увеличить пространство спиральной канавки, что в большей степени способствует удержанию и подаче смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания, а также способствует плавному отводу стружки, избегая повреждения сверла и ухудшения качества обрабатываемой поверхности, вызванного засорением стружки.

Изменение соответствующего угла наклона:Размер β напрямую влияет на размер переднего угла γ₀. С увеличением β увеличивается передний угол на внешней кромке сверла, увеличивается острота режущей кромки, а усилие резания становится более трудоемким. Однако, когда β слишком велик, передний угол вблизи центра сверла уменьшается, что может привести к увеличению сил резания и снижению прочности инструмента. Поэтому в практическом применении необходимо всесторонне учитывать разумный диапазон угла наклона спирали в зависимости от обрабатываемого материала и условий резания, чтобы сбалансировать производительность резания и прочность инструмента.

 2. Угол наклона лезвия (2φ)

Угол кромки 2φ относится к углу, проецируемому двумя основными режущими кромками на плоскость, параллельную им, и обычно составляет 2φ=118° ± 2°。 Угол резания оказывает глубокое влияние на процесс резки сверла:

·Связанные параметры геометрии резания:Размер 2φ напрямую влияет на многие факторы, связанные с резкой, такие как передний угол γ₀, толщина реза, ширина реза, направление оттока стружки, рассеивание тепла и долговечность сверла. Например, большая режущая кромка может облегчить режущей кромке врезание в материал заготовки в процессе резки, увеличивая толщину и ширину реза, но в то же время это может привести к увеличению силы резания и плохим условиям рассеивания тепла. И наоборот, меньший угол кромки сделает режущую кромку более мелкой, а сила резания будет относительно небольшой, но эффективность резки может снизиться.

Адаптируемые характеристики материала:При сверлении материалов с высокой пластичностью и высокой прочностью соответствующее увеличение угла резания способствует повышению режущей способности сверла. Для материалов с высокой хрупкостью и хорошей износостойкостью выбор меньшего угла кромки может повысить долговечность сверла. В основном это связано с различными характеристиками резания и чувствительностью к силам резания и теплоте резания различных материалов, а распределение силы и тепла в процессе резки можно оптимизировать путем регулировки угла кромки, тем самым продлевая срок службы сверла и улучшая качество обработки.

 3. Передний угол (γ₀)

Передний угол γ₀ находится в плоскости P₀ сверла и представляет собой угол между Aγ и Pγ. В зависимости от местоположения эталонное значение варьируется:

Передний угол на внешнем краю γ₀ (внешний край) равен углу спирали β;

Передний угол на внутреннем краю составляет -30° γ₀ (внутренний край);

・Передний угол на γ поперечной кромки (горизонтальной кромке) составляет 54°- 60°Между.

Передний угол оказывает важное влияние на процесс резки:

Баланс между режущей силой и прочностью кромки:Чем больше γ₀, тем острее режущая кромка, тем меньше режущее усилие, необходимое при резке, и тем больше трудозатраты при резке; Однако при этом снизится прочность режущей кромки, которая подвержена износу и сколам в процессе резки. И наоборот, меньший γ₀ увеличивает прочность кромки и может выдерживать большие силы резания, но соответственно увеличивается сила резания, что приводит к снижению эффективности резки и улучшению качества поверхности.

Закон изменения и влияющие факторы:γ₀ постепенно уменьшается от внешнего края к центру, что связано с несколькими геометрическими параметрами, такими как угол наклона спирали β, главное склонение κr и наклон лезвия λs. В процессе сверления, когда положение резания смещается от внешнего края к центру, взаимодействие этих геометрических параметров приводит к изменению переднего угла, что, в свою очередь, влияет на производительность резания. Поэтому при проектировании и шлифовании сверл необходимо точно контролировать разумное сочетание геометрических параметров, чтобы гарантировать, что распределение переднего угла на протяжении всего процесса резки может удовлетворить потребности различных положений резания и обеспечить эффективную и стабильную обработку резки.

 4. Угол наклона спинки (αf)

Задний угол αf определяется как угол между A_a гранью инструмента и P_f в пределах P_f от выбранной точки, а задний угол вблизи поперечной кромки обычно составляет αf=20°26°Между. Его основные функции и эффекты заключаются в следующем:

Снижение трения и улучшение условий резания:Правильное увеличение сельского угла может уменьшить трение между инструментом A_a поверхностью и заготовкой, облегчая поступление смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания, тем самым способствуя рассеиванию режущего тепла, сохраняя остроту режущей кромки, уменьшая силу резания и улучшая качество обрабатываемой поверхности. Это связано с тем, что небольшой угол наклона приведет к увеличению площади контакта между инструментом и заготовкой, будет выделять больше тепла от трения, ускорять износ инструмента и затруднит плавный доступ смазочно-охлаждающей жидкости к зоне резания, что повлияет на охлаждающий эффект.

Взаимосвязь между прочностью инструмента и вибрацией:Однако чрезмерная сельская поверхность может ослабить прочность режущей кромки, что сделает инструмент более подверженным вибрации и колышу во время резки. Когда прочность режущей кромки недостаточна, инструмент подвержен упругой деформации и вибрации под действием режущей силы, что не только разрушит отделку обрабатываемой поверхности, но и приведет к скорому выходу инструмента из строя. Таким образом, выбор угла наклона стропил требует всестороннего учета таких факторов, как режущий материал, дозировка резки и диаметр сверла для достижения наилучшего баланса между снижением трения и обеспечением прочности инструмента.

 5. Главное склонение (κr)

Основное склонение κr относится к углу между проекцией основной режущей кромки на плоскость Pγ и направлением подачи сверла. Основной угол склонения оказывает важное влияние на величину переднего угла γ₀:

Влияют на распределение передних углов:κr в каждой точке на основной режущей кромке не одинаков, обычно основной угол склонения на внешнем диаметре больше, а центр сверла меньше. Это изменение основного угла наклона вдоль режущей кромки приведет к соответствующему изменению переднего угла, что, в свою очередь, повлияет на распределение силы резания и износ инструмента в процессе резки. В процессе сверления скорость резки на внешнем диаметре выше, что берет на себя основную режущую работу, а большой угол главного склонения делает передний угол в этом месте относительно большим, что способствует снижению силы резания и повышению эффективности резки. В центре сверла, благодаря низкой скорости резания, малый основной угол склонения может обеспечить определенную прочность инструмента и избежать чрезмерного износа и повреждения инструмента при низкоскоростном резании.

Оптимизированный процесс резки:Разумно спроектировав распределение основного угла склонения, можно оптимизировать распределение силы и тепла в процессе резания, улучшив общую производительность резания сверла. Например, при обработке материалов разной твердости и прочности правильная регулировка основного угла склонения может более рационально распределить силу резания на режущей кромке, снизить локальную перегрузку и износ инструмента, продлить срок службы сверла, повысить точность обработки и качество поверхности.

6. Угол наклона лопасти (λс)

Наклон кромки λs — это острый угол между режущей кромкой и P_s в плоскости P_s. Его основные функции и характеристики заключаются в следующем:

Регулируйте направление оттока стружки:Основная роль λs заключается в управлении направлением оттока стружки. При отрицательном λs стружка стекает на обрабатываемую поверхность заготовки, что способствует уменьшению трения и засорения стружки на режущей кромке, снижает силы резания, а также способствует плавному поступлению смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания. Кроме того, отрицательный угол наклона кромки также может привести к тому, что режущая кромка будет постепенно врезаться в материал заготовки в процессе резки, уменьшая удар резания и повышая стабильность процесса резки.

Влияет на прочность режущей кромки и распределение силы резания:Величина наклона кромки также влияет на прочность кончика кромки, а также на изменение γ₀ и распределение сил резания. С увеличением абсолютного значения угла наклона кромки явление концентрации напряжений на кончике кромки будет уменьшено, и прочность кромки соответственно увеличится. Однако в то же время изменится и распределение сил резания на режущей кромке, что может привести к изменению направления сил резания, что в свою очередь скажется на качестве и точности обрабатываемой поверхности. Поэтому при выборе наклона кромки необходимо всесторонне учитывать требования к стабильности резания и качеству обрабатываемой поверхности, а также прочности и долговечности инструмента.

7. Скос горизонтального лезвия (ψ)

Скос поперечной кромки ψ относится к углу между поперечной кромкой и основной режущей кромкой в торцевой проекции сверла, а его контрольный диапазон составляет ψ =47°55°。 Скос поперечной кромки играет важную роль в центрировании сверла:

Принцип центрирования: Большой скос поперечной кромки может облегчить врезание поперечной кромки в материал заготовки на начальном этапе сверления, образуя меньшую площадь контакта между режущей кромкой и заготовкой, что способствует центрированию сверла. Когда сверло начинает резать, сверло с большим скосом поперечной кромки может более точно выровнять центральное положение обрабатываемого отверстия, уменьшить смещение и раскачивание сверла в момент сверления, а также повысить точность обработки отверстия.

Связь с углом наклона спинки: Существует определенная корреляция между углом скоса лезвия креста и αf угла спинки. При увеличении угла заднего хода αf ψ скоса поперечной кромки соответственно уменьшается. Поэтому при фактическом шлифовании сверл необходимо всесторонне учитывать разумное сочетание опорного угла и угла скоса поперечной кромки, чтобы убедиться, что сверло не только имеет хорошие режущие характеристики, но и может соответствовать требованиям центрирования, а также избежать проблем с качеством обработки, таких как прогиб и увеличение отверстия, вызванные плохим центрированием, вызванным малым углом скоса поперечной кромки.

8. Горизонтальное лезвие (bψ)

Поперечная кромка представляет собой пересечение двух A_a сторон сверла, а ее исходное значение длины равно ψ (d — диаметр сверла). Влияние поперечной режущей кромки на процесс сверления в основном отражается в следующих аспектах:

Осевое сопротивление и прочность:Длина поперечной кромки напрямую влияет на осевое сопротивление и прочность кромки во время сверления. Когда поперечная кромка слишком длинная, увеличение силы резания приведет к увеличению сопротивления подачи сверла в направлении резания, что сделает процесс сверления недостаточно плавным, а также ускорит износ инструмента на поперечной кромке и уменьшит срок службы инструмента.

Точность центрирования и обработки:Длина поперечной кромки также влияет на центрирующее действие сверла. Более короткая поперечная кромка помогает повысить точность центрирования сверла, так как короткая поперечная кромка с большей вероятностью врезается в центр материала заготовки на начальном этапе сверления, создавая меньшее сопротивление резанию, что позволяет сверлу резать более точно вдоль заданного направления оси отверстия, тем самым повышая точность обработки отверстия. Поэтому, исходя из предпосылки обеспечения прочности инструмента, соответствующее уменьшение длины поперечной кромки является одним из эффективных способов повышения качества обработки сверления.

9. Толщина керна сверла [κ(2γc)]

Толщина бурового сердечника κ относится к толщине центра бурового долота, а ее эталонный диапазон составляет κ = (0,125 0,2)d. Толщина сердечника сверла играет ключевую роль в прочности и центрировании бурового долота:

Гарантия прочности:Чем больше толщина сердечника сверла, тем больше прочность центральной части сверла. В процессе сверления сверло должно выдерживать большую осевую силу резания и крутящий момент резания, а достаточная толщина сердечника сверла может повысить устойчивость сверла к изгибу и скручиванию, предотвратить поломку сверла или чрезмерную деформацию в процессе резки, чтобы обеспечить плавный ход процесса сверления и срок службы сверла.

Баланс центрирующего эффекта и сопротивления:Увеличение толщины бурового сердечника помогает улучшить эффект центрирования сверла, потому что более толстый сердечник сверла может обеспечить более стабильную поддержку и направление сверла, так что сверло может поддерживать хорошую осевую стабильность во время процесса резки и уменьшить раскачивание и смещение сверла. Однако увеличение толщины сердечника сверла также приведет к увеличению осевого сопротивления, что может в определенной степени повлиять на эффективность резания и производительность подачи сверла. Поэтому при проектировании сверл необходимо найти оптимальный баланс между преимуществами прочности и центрирования, обеспечиваемыми толщиной сердечника сверла, и увеличением осевого сопротивления для достижения наилучших режущих характеристик сверла.

Подводя итог, можно сказать, что геометрические параметры буровых коронок взаимосвязаны и влияют друг на друга, а разумное проектирование и оптимизация каждого параметра играют немалую роль в общем эффекте бурения. В практическом применении, в соответствии с различными материалами обработки, условиями резания и требованиями к обработке, благодаря комплексному компромиссу и точной регулировке геометрических параметров, таких как угол наклона спирали, угол кромки, угол наклона, угол наклона задней части, угол наклона кромки, угол поперечной кромки скоса, поперечная кромка и толщина сердечника сверла, режущая производительность сверла может быть полностью использована, а эффективность обработки, точность обработки и долговечность инструмента могут быть улучшены, чтобы достичь эффективной, высококачественной и недорогой обработки сверления. В будущем, с непрерывным развитием теории резания и непрерывным прогрессом производственных технологий, углубленное изучение и оптимизация геометрических параметров сверла привнесут больше инноваций и прорывов в машиностроительную промышленность, продвигая технологию сверления на более высокий уровень.