Устройство для заточки спиральных сверл
DEVICE FOR SHARPENING OF SPIRAL DRILLS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для заточки спиральных сверл.
Наиболее известными на практике являются методы абразивной заточки спиральных сверл: конический, винтовой, сложно-винтовой, одноплоскостный, двухплоскостный, фасонный и эллиптический [1], [2]. Конический, винтовой и сложно-винтовой методы требуют специального оборудования, а остальные позволяют затачивать сверла на универсально-заточных станках с использованием комплекта специальных приспособлений.
Недостатками этих способов являются высокие температуры в процессе заточки, которые могут привести к изменению структуры поверхностного слоя, появлению тепловых деформаций, прижогов и трещин уменьшающих стойкость инструмента, требуют сложных движений и специального оборудования. Кроме того, в результате выкрашивания абразивных зерен, затупления и засаливания рабочей поверхности, искажается начальная геометрическая форма круга, снижается режущая способность и уменьшается точность заточки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является электроискровая заточка спиральных сверл [3] (прототип), по которому задние поверхности поочередно обрабатываются продольной подачей электрода, профиль которой выполнен в соответствии формой задней поверхности в сечении, перпендикулярном к главной режущей кромке сверла.
Недостатками этого способа является высокая трудоемкость изготовления электрода инструмента, быстрый его износ и малый срок службы, низкая производительность, связанная с увеличением затрат времени на переустановку сверл при переходе от одной задней поверхности к другой. Все это сдерживает применение этого способа для заточки спиральных сверл.
Технической проблемой изобретения является разработка устройства для анодно-механической заточки спиральных сверл с различными углами при вершине, позволяющего повысить точность, производительность и качество заточки, а также обеспечивающего охват диаметрального ряда спиральных сверл для заточки, путем формирования профиля режущих кромок вращением сверла в потоке электролита относительно копирующего абразивного электрода.
Предложенное устройство для анодно-механической заточки спиральных сверл с различными углами при вершине содержит корпус из диэлектрического материала, имеющий внутреннее коническое углубление, в радиальной канавке которого установлена колодка для закрепления электрода, выполненного из металлической связки с выступающими из нее абразивными зернами нитрида бора и имеющего рабочую поверхность выпуклой формы и длину, которая больше длины режущей кромки затачиваемого сверла, при этом колодка имеет две направляющие, выполненные с возможностью обеспечения свободного перемещения колодки с электродом относительно отверстий в корпусе, через которые колодка шарнирно связана с подпружиненными внутренним и внешним стержнями параллелограммного механизма копирования профиля задней поверхности сверла, который содержит плавающий рычаг, шарнирно связанный снизу с упомянутыми внутренним и внешним стержнями, подпружиненными с помощью верхних и нижних пружин, причем жесткость верхних пружин меньше жесткости нижних пружин, которые связаны с регулировочными винтами с возможностью обеспечения настройки угла положения электрода, при этом в корпусе выполнены отверстия для прокачки электролита, а электрод выполнен с возможностью подключения к положительному полюсу источника тока.
г
s
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для анодно-механической заточки спиральных сверл, где приняты следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - электрод, 3 - колодка, 4 - стержень внутренний, 5 - стержень внешний, 6 - рычаг плавающий, 7 - винт регулировочный, 8 - пружина верхняя, 9 - пружина нижняя, 10 - направляющая колодки. На фиг. 2 - (вид сверху), где цифрой 11 обозначены отверстия в корпусе для прокачки электролита, а остальные обозначения те же что и на фиг. 1. На фиг. 3 показан контакт сверла с устройством в процессе заточки, где цифрой 12 обозначено затачиваемое спиральное сверло, стрелками указаны направления вращения (D) и продольной подачи (D) сверла и знаками полярность подключения к источнику постоянного тока.
Устройство состоит из корпуса 1 (фиг. 1) выполненного из диэлектрического материала, внутри него в коническом углублении на радиальной канавке установлена колодка 3, которая связана через шарниры с подпружиненными стержнями 4 и 5 параллелограммного механизма копирования профиля задней поверхности сверла. В верхней части колодки имеется канавка для закрепления электрода 2. Рабочая поверхность электрода, контактирующая с задней поверхностью сверла, выполнена выпуклой формы, что обеспечивает плавный вход и выход обрабатываемой поверхности. При заданной ширине электрода, его длина должна быть больше чем длина режущей кромки затачиваемого сверла. Общая длина электрода должна быть такой длины, чтобы охватить весь диаметральный ряд сверл. С помощью двух направляющих 10 колодка с электродом свободно перемещается относительно просверленных отверстий в корпусе. Зазор между отверстием в корпусе и направляющим колодки должен быть минимальным, но достаточным для относительного перемещения. Пружины 8 и 9 предназначены для прижатия электрода к поверхности инструмента. Усилие прижатия и угол положения электрода изменяется при помощи регулировочных винтов 7.
В нижней части устройства, в сквозной прорези, расположен плавающий рычаг 6 механизма копирования связанный через шарниры стержнями 4 и 5.
Устройство работает следующим образом (фиг. 3). Через зазор между электродом 2 из нитрида бора (эльбор) и затачиваемой поверхностью сверла 12, образованный выступающими абразивными зернами из металлической связки, непрерывно прокачивается электролит. При прохождении электрического тока через электрод 2 и рабочую жидкость затачиваемая поверхность сверла подвергается электрохимическому растворению с образованием тонкой механической пленки. При вращении сверла абразивные зерна удаляют продукты анодного растворения материала сверла. В процессе работы абразивные зерна изнашиваются и разрушаются, вследствие чего зазор между обрабатываемой поверхностью и электропроводной металлической связкой уменьшается. Происходит пробой тонкого слоя электролита и разрушение материала сверла 12 под действием электрического тока. Разрушенные поверхностные слои снимаются абразивными зернами и выносятся из зоны обработки потоком электролита через отверстия 11 (фиг. 2) в корпусе 1. При этом затачиваемый инструмент 12 подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока (фиг. 3). Электрод 2 подключают к положительному полюсу источника тока.
Наиболее используемыми углами сверл при вершине являются углы 118°, 120° и 130°. При нормальной работе у спиральных сверл в основном изнашиваются периферийные части главных режущих кромок. Допускаемая ширина износа 0,5-2 мм. Поэтому профиль задней поверхности практически сохраняет первичные значения заднего угла и угла при вершине 2ϕ.
Угол при вершине 2ϕ и жесткость рычажно-пружинного пареллолограммного механизма изменяется двумя регулировочными винтами 7, которые связаны с нижними пружинами 9. Изменяя положения внутреннего 4 и внешнего 5 стержней под действием пружин, электрод 2 выставляется на необходимый угол 2ϕ при вершине. Исходная жесткость нижних пружин 9 устройства должна быть больше верхних пружин 8, что необходимо для преодоления упругости верхних пружин при регулировании положения электрода на угол 2ϕ при вершине.
В исходном положении колодка 3 (фиг. 1) с электродом 2 под действием пружин 8 и 9 занимает верхнее (начальное) положение. Ось затачиваемого сверла 12 должна лежать в плоскости рычажно-пружинного параллелограммного механизма и сохранять параллельность к оси устройства.
При перемещении сверла 12 (фиг. 3) вниз в конус корпуса 1 его затачиваемая задняя поверхность продавливает через колодку 3 с электродом 2 внутренний стержень 4 копирующего механизма. Этим обеспечивается перемещение нижнего конца плавающего рычага 6 вниз. Нижняя пружина 9 сжимается и пытается обратно вернуть стержень 4 в исходное положение, чем обеспечивается плотный контакт электрода и задней поверхности сверла. При этом внешний стержень 5 перемещается вверх, сжимает верхнюю пружину 8, и также прижимает электрод 2 к задней поверхности сверла 12.
Если при установке сверла контакт с электродом происходит ближе к периферии задней поверхности, то перемещения в механизме копирования начинаются с внешнего стержня. Таким образом, электрод ориентируется на действительный угол соответствующий значению угла 2ϕ при вершине сверла. В процессе заточки под действием пружин 8 и 9 положение электрода корректируется на значение угла, выставленное регулировочными винтами.
При заточке сверлу сообщают вращательное движение против направления вращения при сверлении (фиг. 3). При этом прижатый электрод через систему пружинно-рычажного пареллолограммного механизма меняет свое положение, копируя профиль задней поверхности сверла в сечении перпендикулярном к главной режущей кромке. Таким образом, при заточке пареллолограммный механизм постоянно находится в движении и устанавливается на правильный первичный задний угол сверла. Вращение затачиваемого сверла относительно неподвижного устройства позволяет повысить удобство ориентации их по отношению друг - другу. То есть сверло проще позиционировать относительно устройства.
В процессе заточки (фиг. 2), через отверстия 11 в корпусе 1 прокачивают электролит. Электролитом является водный раствор нитрата калия 5%, хлорида натрия 5% и нитрит натрия 1%. В качестве электролита можно применять рабочие жидкости с другим составом и соотношением компонентов. Скорость подачи в зону заточки в пределах от 2-8 л/мин.
При пропускании тока в среде электролита происходит процесс анодного растворения, а в зоне контакта сверла с электродом происходит процесс электроэрозии. Рабочий зазор между металлической связкой электрода и задней поверхностью сверла обеспечивается с помощью абразивных зерен нитрида бора, выступающих из связки. Продукты электроэрозии и анодного растворения удаляются из зоны обработки электролитом. Точность и качество заточки регулируют путем изменения электрического режима обработки - напряжение источника тока 30-32 В, а максимальный ток не превышает 50 А. Толщина снимаемого материала при заточке зависит от величины износа его режущей части.
Технический эффект от внедрения предлагаемого устройства заключается в увеличении производительности и повышении качества заточки.
Источники информации
1. Резание материалов. Режущий инструмент / под редакцией Н.А. Чемборисова. - М., 2017 - 263 с.
2. С.А. Попов, Л.Г. Дибнер, А.С. Каменкович. Заточка режущего инструмента - М., 1970, с. 159-204
3. Авторское свидетельство СССР №128321, кл. 67а, 2, 10.08.1959.