СВЕРЛО ОДНОСТОРОННЕГО РЕЗАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B23B51/06 

Изобретение относится к режущему инструменту, в частности к сверлам для выполнения глубоких отверстий в металле, и конкретно направлено на повышение эксплуатационных качеств таких сверл и упрощение технологии их изготовления.

Известно трубчатое сверло, включающее стебель в виде профилированной фасонной трубки со стенкой постоянной толщины, образованной двумя плоскими частями, расположенными под углом друг к другу в продольном направлении по всей длине стебля и служащие стенками внешнего канала для отвода СОЖ и стружки из зоны резания, и неплоской (цилиндрической) частью между внешними боковыми кромками указанных плоских частей; канал для подвода СОЖ, ограниченный внутренними поверхностями названных частей стенки стебля; режущую пластину, закрепленную на конце одной плоской части стенки стебля, и по меньшей мере одну направляющую пластину, закрепленную на неплоской (цилиндрической) части стебля на его конце [1] При этом конец стебля со стороны плоской части его стенки дополнительно деформирован (обжат) под установку режущей пластины, а варианты выполнения такого трубчатого сверла предусматривают и разную степень деформации конца неплоской (цилиндрической) части стенки стебля под установку направляющей пластины от частичного до полного соприкосновения ее внутренней поверхности с внутренней поверхностью деформированного участка плоской части стенки стебля. Предусматривается также возможность выполнения направляющих пластин в виде тонких слоев твердого сплава, наносимых пламенным или плазменным напылением на неплоскую (цилиндрическую) часть стенки стебля без ее деформации.

Варианты выполнения описанного выше сверла имеют свои недостатки. Так, сверло с деформацией только концевого участка плоской части стенки стебля под установку режущей пластины имеет относительно незначительный пережим внутреннего канала для подвода СОЖ, что не оказывает существенного влияния на условия удаления стружки из зоны резания, и проще в изготовлении. Однако отсутствие жесткой связи режущей и наиболее нагруженной направляющей пластин не обеспечивает эффект кинематического силового замыкания, уменьшает жесткость и прочность опоры режущей пластины и не обеспечивает необходимую стабильность сверлильной головки. Сверло с деформацией и концевого участка неплоской (цилиндрической) части стенки стебля в зоне установки более нагруженной направляющей пластины до соприкосновения ее с деформированным участком плоской части стенки стебля под режущей пластиной имеет более значительный местный пережим внутреннего канала для подвода СОЖ, что снижает эффективность вывода стружки из зоны резания (при неизменных начальных параметрах потока СОЖ). Однако стабильность сверлильной головки в этом варианте конструкции сверла должна быть выше, т.к. у режущей пластины появляется относительно жесткий контакт с направляющей пластиной. В процессе сверления колебания усилий на режущей пластине и реактивных сил на направляющей пластине могут изменяться в довольно широком интервале значений и вызвать колебания не связанных между собой, хотя и сопряженных в покое, частей стенки стебля, что снижает стабильность сверлильной головки, жесткость и прочность крепления режущей пластины.

Еще одним, не менее существенным, недостатком рассматриваемой известной конструкции сверла во всех вариантах его выполнения является технологическая сложность изготовления, ограничивающая возможную точность выполнения сверлильной головки по заданным размерам. Даже если не учитывать операции деформации концевого участка профилированного фасонного трубчатого стебля под установку режущей и направляющих пластин, требующие специальной оснастки и термообработки, доводка элементов рабочей части сверла до заданных размеров и формы при одностороннем консольном закреплении стебля сверла (без осевой фиксации его рабочего конца), является довольно трудоемкой операцией и не обеспечивает требуемой высокой точности изготовления сверла. А это снижает срок службы инструмента до допустимого его износа, увеличивает и без того высокую стоимость изготовления.

Изобретение имеет целью уменьшить отмеченные выше недостатки конструкции известного сверла, повысить надежность закрепления режущей пластины и эксплуатационные качества сверла при одновременном упрощении технологии изготовления.

Отличительные признаки конструкции сверла одностороннего резания и технологии его изготовления действительно обеспечивают при их реализации достижение целей изобретения.

Так, дополнительная установка в полости канала стебля на рабочем конце сверла усеченной сегментной вставки, жестко соединенной с внутренними поверхностями прилегающих к ней частей стенки стебля, и соединение режущей пластины непосредственно с указанной вставкой и с прилегающими к пластине частями стенки стебля по поверхностям их контакта действительно обеспечивает жесткую связь (а не только контакт) режущей и наиболее нагруженной направляющей пластины через соединенные между собой усеченную сегментную вставку и части стенки стебля и высокую прочность закрепления режущей пластины. Увеличение длины установленной в полости канала стебля усеченной сегментной вставки на 20-25% по сравнению с длиной режущей пластины увеличивает прочность и жесткость закрепления усеченной сегментной вставки и режущей пластины, повышает стабильность рабочей части сверла и его эксплуатационные качества.

Сохранение при изготовлении усеченной сегментной вставки части исходной цилиндрической заготовки с технологическим центром в виде хвостовика, который в конечном счете удаляют, обеспечивает центровку стебля сверла при выполнении доводки режущей и направляющих пластин до заданных размеров и формы, повышает точность изготовления сверла и выполняемых им отверстий (гнезд) в изготавливаемой продукции, увеличивает долговечность эксплуатации сверла при изготовлении продукции с обеспечением заданного поля допусков выполняемых отверстий.

Заявляемая обработка рабочего конца стебля сверла под установку режущей пластины выполняется на штатном оборудовании без необходимости изготовления специальной оснастки для обжатия конца стебля, что стало возможным благодаря установке в канале стебля сверла усеченной сегментной вставки. Это обеспечивает и несколько меньший пережим канала для подвода СОЖ (при прочих равных условиях).

Выполнение обработки конца стебля сверла под установку режущей пластины удалением концевого участка плоской части стенки стебля может осуществляться как после установки и закрепления в канале стебля сверла усеченной сегментной вставки, так и до такой установки. В первом случае за счет использования технологического центра в хвостовике усеченной сегментной вставки обеспечивается центрирование и жесткое закрепление обрабатываемого конца стебля, что повышает точность обработки на этой стадии изготовления. При этом расширяется диапазон выбора режущих пластин по толщине при одинаковых размерах и форме стебля сверла в поперечном сечении за счет возможности частичного удаления, при необходимости, и тела усеченной сегментной вставки под установку режущей пластины, что уменьшает или полностью исключает дополнительную обработку режущей пластины по ее толщине после установки. Однако в этом случае необходимо раздельное закрепление усеченной сегментной вставки и режущей пластины по разным технологическим процессам и с использованием припоев с разной температурой плавления. Во втором случае несколько усложняется обработка рабочего конца стебля сверла под установку режущей пластины с точки зрения обеспечения точности обработки из-за отсутствия центрирования стебля и меньшей жесткости обрабатываемого конца при консольном закреплении стебля. Однако в этом случае закрепление усеченной сегментной вставки и режущей пластины после их подготовки, установки и фиксации может быть выполнено одновременно по единой технологии, с использованием припоя одной марки.

Обработка рабочего конца стебля сверла под установку направляющих пластин, их установка и закрепление (или выполнение наплавкой, напылением и т.п. ) может осуществляться по известной технологии. Однако экспериментальная проверка подтвердила повышение эксплуатационных качеств сверла при установке и закреплении направляющих пластин в пазах, выполненных в соответствующих местах неплоской (цилиндрической) части стенки стебля по форме и размерам каждой пластины на требуемую глубину (с учетом фактической толщины пластины и необходимости последующей доводки) в пределах толщины указанной части стенки стеля. Такая обработка рабочего конца стебля сверла под установку направляющих пластин может быть выполнена как после установки и закрепления режущей пластины, так и до выполнения этих операций. Однако второй вариант предпочтительней, поскольку позволяет с одной установки стебля осуществить обработку его конца под установку режущей и направляющих пластин (со сменой, при необходимости, инструмента), а также закрепление на рабочем конце стебля сверла всех пластин и сегментной вставки одновременно по одной технологии после соответствующей их подготовки, установки и фиксации. Кроме того, для установки наиболее нагруженной направляющей пластины паз может быть выполнен глубиной на всю толщину стенки стебля, что обеспечит непосредственный контакт и жесткое соединение этой пластины с усеченной сегментной вставкой, повысит надежность закрепления этой пластины и стабильность рабочей части (головки) сверла. Наконец, финишная обработка (доводка) сверла до заданных размеров и формы после закрепления указанных его рабочих элементов с использованием технологического центра в хвостовике усеченной сегментной вставки существенно упрощает выполнение этой операции и обеспечивает высокую точность изготовления рабочей части (головки) сверла.

На фиг. 1 изображен вид на рабочую часть сверла со стороны режущей пластины; на фиг. 2 разрез А-А по фиг.1, показывающий форму сечения стенки стебля сверла и образующих ее элементов; на фиг.3 разрез Б-Б по фиг.1, показывающий конструкцию рабочей части сверла в нормальном сечении, расположение и взаимосвязь его элементов; на фиг.4 разрез В-В по фиг.1, показывающий вариант размещения усеченной сегментной вставки в полости канала стебля сверла и положение режущей пластины; на фиг.5 усеченная сегментная вставка с хвостовиком, имеющим технологический центр, в двух проекциях, до ее установки.

Заявляемое сверло одностороннего резания содержит стебель 1 в виде профилированной фасонной трубки (фиг. 1 и 2); стенка которой образована двумя плоскими частями 1 "а" и 1 "б", расположенными под углом друг к другу в продольном направлении по длине стебля, и неплоской (цилиндрической) частью 1 "в" между внешними боковыми кромками указанных плоских частей. Внутренняя полость стебля 1, ограниченная поверхностями всех указанных частей стенки стебля, образует канал 2 для подвода СОЖ в зону резания. Один конец стебля 1 закреплен в оправке для установки сверла в патроне (на чертеже не показана), а на втором рабочем конце закреплены режущая пластина 3 и направляющая пластины 4 и 5. Особенность заявляемой конструкции сверла состоит в том, что оно снабжено усеченной сегментной вставкой 6, введенной в канал 2 стебля 1 со стороны рабочего конца (головки) сверла и жестко соединенной с внутренними поверхностями плоской 1"б" и примыкающим к ней участком неплоской (цилиндрической) 1"в" частей стенки стебля 1 в зоне их контакта одним из известных способов, например, пайкой, а режущая пластина 3 установлена на месте удаленного концевого участка плоской части 1"б" стенки стебля 1 и жестко соединена непосредственно с усеченной сегментной вставкой 6 по всей площади их контактной поверхности, а также с прилегающими к режущей пластине 3 поверхностями соответствующих частей стенки стебля 1 (фиг.3 и 4 чертежей). Другой отличительной особенностью заявляемого сверла является выполнение введенной в канал 2 стебля 1 сегментной вставки 6 длиной, превышающей длину режущей пластины 3, по меньшей мере на 20-25% длины последней. Еще одной отличительной особенностью заявляемого сверла является установка и закрепление каждой из направляющих пластин 4 и 5 в отдельном пазу, выполненном в соответствующем месте с внешней стороны неплоской (цилиндрической) части 1"в" стенки стебля 1 на требуемую глубину в пределах толщины указанной части стенки. При этом паз под установку наиболее нагруженной пластины 4 может быть выполнен глубиной, равной толщине стенки стебля 1 (или больше) и обеспечивать непосредственный контакт и возможность жесткого соединения названной пластины с усеченной сегментной вставкой 6.

Указанные отличительные особенности заявляемой конструкции сверла обеспечивают не только более высокую (по сравнению с прототипом) прочность закрепления на стебле 1 основных рабочих элементов сверла, но и необходимую жесткую связь (а не только контакт) режущей пластины 3 с наиболее нагруженной направляющей пластиной 4 за счет создания монолитной конструкции рабочей части сверла непосредственным соединением названных элементов через усеченную сегментную вставку 6. При этом обеспечивается и несколько меньший пережим канала 2 в зоне установки указанных элементов для подвода СОЖ в зону резания по сравнению с прототипом (фиг.3 и 6 чертежей), что дополнительно улучшает эксплуатационные качества заявляемой конструкции сверла.

Эффективность изобретения повышает и заявляемый способ изготовления сверла по данному изобретению, обеспечивающий не только упрощение технологического процесса, но и повышение точности изготовления сверла при одновременном снижении трудозатрат и общей стоимости изготовления.

Обычное изготовление усеченной сегментной вставки 6, предложенные ее установка и закрепление действительно обеспечивают указанное выше улучшение эксплуатационных качеств сверла и определенное упрощение его изготовления, поскольку позволяют упростить обработку рабочего конца стебля 1 под установку режущей пластины 3, а отчасти и направляющей пластины 4, заменой необходимости выполнять обжатие рабочего конца стебля 1 в специальных оправках, различных для каждого типоразмера сверл, путем использования стандартного металлорежущего оборудования для удаления концевого участка плоской части 1"б" стебля 1 и выполнения пазов под установку направляющих пластин 4 и 5. При этом удаление концевого участка плоской части 1"б" стенки стебля 1, как было отмечено ранее, может быть выполнено до установки и закрепления в канале 2 стебля 1 усеченной сегментной вставки 6, или после этих операций. Второй вариант предпочтительней, т.к. позволяет удалить, при необходимости, и часть тела усеченной сегментной вставки в зависимости от толщины имеющихся заготовок режущих пластин, что упрощает последующую обработку рабочего конца сверла. Однако основная сложность изготовления сверла с обеспечением необходимой точности выполнения его размеров как раз и заключается в выполнении конечных операций по доводке рабочего конца сверла.

Изготовление заявленной конструкции сверла, показанной на фиг.1, как и изготовление сверла-прототипа, не обеспечивает центрирование собранного сверла и жесткую его осевую фиксацию, что существенно усложняет доводку рабочей части сверла до заданных размеров с обеспечением высокой точности изготовления. Заявляемый способ изготовления изобретенного сверла устраняет этот недостаток.

Одна из особенностей заявляемого способа изготовления предложенного сверла одностороннего резания состоит в том, что при изготовлении усеченной сегментной вставки 6 на ее конце оставляют в виде хвостовика 7 (фиг.5) часть исходной цилиндрической заготовки с технологическим центром 8. После введения собственно сегментной вставки 6 в канал 2 стебля 1 и закрепления ее соединением по контактным поверхностям с соответствующими частями стенки стебля 1 любым из известных способов, например пайкой, рабочий конец стебля 1 оказывается снабженным хвостовиком 7 с технологическим центром 8. Это обеспечивает упрощение центрирования и жесткую фиксацию стебля 1 в осевом направлении уже при обработке конца стебля под установку режущей (3) и направляющих (4 и 5) пластин, что повышает точность и упрощает изготовление сверла при выполнении этих операций. Подготовка режущей (3) и направляющих (4 и 5) пластин перед их установкой на рабочем конце сверла для последующего закрепления, установка, фиксация и закрепление пластин выполняются по одной из известных технологий. Это может быть нанесение припоя на стыкуемые (контактные) поверхности соединяемых элементов, например, закреплением на них фольги из материала припоя, сборка соединяемых элементов, их фиксация в нужном положении с помощью специальных приспособлений (кондукторов) или подручными средствами (обвязка проволокой); нагрев с соблюдением установленного режима до расплавления припоя и последующее охлаждение. Затем на заднем конце стебля 1 закрепляют оправку (хвостовик) для установки сверла в патроне или в головке станка, осуществляют необходимую термообработку собранного сверла и выполняют чистовую обработку (доводку) рабочего конца сверла до заданных размеров и формы по известной технологии. Наличие хвостовика 7 сегментной вставки 6 на рабочем конце сверла и технологического центра 8 в хвостовике 7 существенно упрощает центрирование сверла и его осевую фиксацию в процессе чистовой обработки. После ее завершения при заточке рабочего конца сверла хвостовик 7 удаляют.

Таким образом, изготовление усеченной сегментной вставки 6 с хвостовиком 7 в виде части исходной цилиндрической заготовки с технологическим центром 8 существенно упрощает процесс его изготовления и доводки рабочего конца до заданных размеров и формы при обеспечении высокой точности изготовления, что дополнительно повышает эксплуатационные качества сверла долговечность эксплуатации при изготовлении продукции с соблюдением установленного поля допусков выполняемых отверстий, и существенно снижает стоимость изготовления сверла за счет уменьшения трудозатрат.

Работа сверла на основе данного изобретения не отличается от работы известных сверл аналогичного назначения.

Выполнение глубоких отверстий в металле с помощью сверла одностороннего резания осуществляется с использованием жестко фиксируемых направляющих втулок. При сверлении направляющие пластины 4 и 5 вначале опираются и скользят по поверхности отверстия направляющей втулки и обеспечивают необходимую центровку сверла. Режущая пластина 3 осуществляет резание металла. В процессе резания металла по каналу 2 в стебле 1 обеспечивается подвод СОЖ в зону резания с заданными параметрами потока. Отвод пульпы со стружкой из зоны резания осуществляется по каналу, образованному внешними поверхностями плоских частей 1"а" и 2"б" стенки стебля 1 и внутренней поверхностью выполняемого в металле отверстия. По мере заглубления сверла в металл направляющие пластины 4 и 5 начинают опираться и скользить по поверхности выполняемого в металле отверстия, обеспечивая центрирование сверла.

По заявляемой технологии была изготовлена партия сверл на основе данного изобретения в количестве 100 штук. Длина сверл составляла 650 мм, диаметр - 16,36 мм. Материал элементов сверла:
стебля 30ХМА;
режущей пластины ВК8;
направляющих пластин ВК68М;
усеченной сегментной вставки сталь 45.

Элементы сверла соединялись между собой пайкой, причем, стебель и сегментная вставка соединялись с использованием латунного припоя марки Л-63, режущая и направляющие пластины с использованием припоя марки ПСР-50.

Экспериментальное исследование рабочих характеристик указанной партии сверл дало следующие результаты:
размер выполненных отверстий колебался в пределах от 16,36 до 16.40 мм (по диаметру), тогда как для известных сверл он составлял от 16,36 до 16,47 мм;
производительность достигла величины 60 мм/мин, тогда как на известных сверлах она достигает только 40 мм/мин;
стойкость составила 12,5 ч против 10 ч на известных сверлах, не ухудшая при этом параметров поверхностного слоя отверстий.

Преимущества заявляемых сверл, изготовленных по заявляемой технологии, в сравнении с известными сверлами при изготовлении их элементов из одинаковых материалов очевидны.

Использование: в области инструментальной промышленности. Сущность изобретения: сверло содержит стебель (1) в виде профилированной фасонной трубки, стенка которой образована двумя плоскими частями, расположенными под углом друг к другу в продольном направлении по длине стебля, и неплоской частью между внешними боковыми кромками плоских частей. Внутренняя полость стебля (1) образует канал (2) для подвода СОЖ в зону резания. На рабочем конце стебля (1) закреплена режущая пластина (3) и направляющие пластины (4, 5). Сверло снабжено усеченной сегментной вставкой (6), введенной в канал (2) стебля (1) со стороны рабочего конца сверла и соединенной с внутренними поверхностями плоской и неплоской частей стенки стебля (1). Режущая пластина (3) установлена на месте удаленного концевого участка плоской части стенки стебля (1) и жестко соединена непосредственно с усеченной сегментной вставкой (6) по всей площади их контактной поверхности. 1 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сверло одностороннего резания, включающее стебель в виде профилированной фасонной трубки, стенка которой образована двумя плоскими частями, расположенными под углом друг к другу в плоскости поперечного сечения по длине стебля, и цилиндрической частью между внешними боковыми кромками указанных плоских частей, канал в стебле для подвода СОЖ, ограниченный внутренними поверхностями названных частей стенки стебля, режущую пластину, соединенную с одной из плоских частей стенки стебля у его рабочего конца, и по крайней мере одну направляющую пластину, расположенную на цилиндрической части стенки стебля в зоне расположения режущей пластины, отличающееся тем, что сверло снабжено установленной в полости канала стебля на его рабочем конце усеченной сегментной вставкой, жестко соединенной с внутренними поверхностями плоской и примыкающей к ней цилиндрической частями стенки стебля в зоне их контакта, при этом режущая пластина жестко соединена с упомянутой вставкой и с прилегающими к пластине частями стенки стебля по поверхностям их контакта. 2. Сверло по п. 1, отличающееся тем, что длина усеченной сегментной вставки превышает длину режущей пластины по крайней мере на 20 25% длины последней. 3. Способ изготовления сверла, при котором в стебле выполняют канал для подвода СОЖ, после чего осуществляют обработку рабочего конца стебля под установку режущей и направляющих пластин, установку и закрепление последних и последующую доводку указанных элементов рабочего конца стебля в собранном виде, отличающийся тем, что в канале стебля на его рабочем конце дополнительно устанавливают усеченную сегментную вставку, выполненную с хвостовиком, который представляет собой часть исходной цилиндрической заготовки с технологическим центром, после чего усеченную сегментную вставку жестко связывают с внутренними поверхностями соответствующих частей стенки стебля по поверхностям их контакта, при этом обработку рабочего конца стебля под установку режущей пластины выполняют посредством удаления концевого участка соответствующей плоской части стенки стебля, режущую пластину закрепляют на усеченной сегментной вставке и жестко связывают ее с соответствующими частями стенки стебля по поверхностям их контакта, а окончательную доводку всех собранных элементов рабочей части стебля осуществляют с использованием технологического центра в хвостовике усеченной сегментной вставки, после чего хвостовик удаляют. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработку рабочего конца стебля под установку режущей пластины выполняют после установки и закрепления в канале стебля усеченной сегментной вставки, при этом концевой участок соответствующей плоской части стенки стебля удаляют совместно с частью тела усеченной сегментной вставки при условии ее выступания относительно плоской части стенки стебля. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что обработку рабочего конца стебля под установку режущей пластины выполняют до установки усеченной сегментной вставки в канале стебля, а закрепление в последнем вставки и режущей пластины на рабочем конце стебля осуществляют одновременно после установки упомянутых элементов на рабочем конце стебля. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в соответствующих местах цилиндрической части стенки стебля выполняют пазы под направляющие пластины, при этом глубину пазов выбирают в пределах толщины указанной части стенки стебля. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что обработку рабочего конца стебля сверла выполняют до установки и закрепления режущей пластины, а установку последней и направляющих пластин и их закрепление выполняют одновременно, при этом закрепление упомянутых элементов осуществляют посредством пайки путем индукционного нагрева рабочего конца стебля в собранном виде.