СПИРАЛЬНОЕ СВЕРЛО С КРИВОЛИНЕЙНЫМИ РЕЖУЩИМИ КРОМКАМИ
TWIST DRILL WITH CURVILINEAR LIP

Изобретение относится к области инструментальной промышленности, в частности к спиральным сверлам, предназначенным для сверления отверстий в труднообрабатываемых материалах и сплавах (например, чугун, жаропрочная сталь).
Из уровня техники известно спиральное сверло с постоянным передним углом, режущие кромки которого выполняют криволинейными (Авторское свидетельство СССР №49722, B23B 51/02, 1936 г.).
Недостатком известного технического решения является неравномерный износ точек режущих кромок спирального сверла, обусловленный изменением скорости резания вдоль режущей кромки и приводящий к снижению стойкости спирального сверла.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сверло, режущие кромки которого в плоскости, перпендикулярной оси вращения, выполнены в виде спиралевидной кривой, отношение длины любого участка которой к величине соответствующей площади, описываемой сверлом при вращении, является постоянной величиной (Авторское свидетельство СССР №715238, B23B 51/02, 1980 г.).
Недостатком известного технического решения также является неравномерный износ точек режущих кромок спирального сверла, обусловленный изменением скорости резания вдоль режущей кромки и приводящий к снижению стойкости спирального сверла.
Техническая задача изобретения заключается в повышении стойкости спирального сверла за счет выравнивания проекции вектора скорости резания точек режущей кромки на нормаль к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла.
Поставленная задача решается посредством того, что в спиральном сверле с криволинейными режущими кромками, согласно изобретению режущая кромка в проекции на плоскость, перпендикулярной оси вращения сверла, определяется уравнением:
<mrow><mi>μ</mi><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>R</mi><mi>r</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mi>R</mi></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
где µ (рад) - полярный угол текущей точки проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла, отсчитываемый от начальной точки проекции в направлении, обратном вращению сверла при обработке;
r - радиус окружности, которой принадлежит текущая точка проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
C
R=(1,05-2)R - радиус окружности, которой принадлежит начальная точка проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
C
R - радиус сердцевины спирального сверла.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - вид заявленного спирального сверла в изометрии;
- на фиг.2 - проекция сверла на плоскость, перпендикулярную его оси вращения;
- на фиг.3 - проекция сверла на плоскость, параллельную его оси вращения, где соответственно изображены:
1 - режущая кромка;
2 - проекция режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
3 - плоскость, перпендикулярная оси вращения сверла;
4 - оси вращения сверла;
5 - текущая точка проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
6 - начальная точка проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
7 - вектор скорости резания в текущей точке режущей кромки;
8 - текущая точка режущей кромки;
9 - проекция вектора скорости резания в текущей точке режущей кромки на нормаль к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
10 - нормаль к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
11 - проекция вектора скорости резания в текущей точке режущей кромки на касательную прямую к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
12 - касательная прямая к проекции режущей кромки на плоскость, перпендикулярную оси вращения сверла;
Заявленное спиральное сверло содержит режущую кромку 1, проекция 2 которой на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла, определяется уравнением:
<mrow><mi>μ</mi><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>R</mi><mi>r</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow><mi>R</mi></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
где µ (рад) - полярный угол текущей точки 5 проекции 2 режущей кромки 1 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла, отсчитываемый от начальной точки 6 проекции 2 в направлении, обратном вращению сверла при обработке;
r - радиус окружности, которой принадлежит текущая точка 5 проекции 2 режущей кромки 1 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла;
C
R=(1,05-2)R - радиус окружности, которой принадлежит начальная точка 6 проекции 2 режущей кромки 1 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла;
C
R - радиус сердцевины спирального сверла.
Режущая кромка 1 принадлежит поверхности вращения прямой, наклоненной в оси вращения сверла 4 на угол, равный главному углу сверла в плане φ, относительно оси, совпадающей с осью вращения сверла 4. Передние и задние поверхности сверла выполняются путем заточки сверла с образованием переднего угла γ и заднего угла α. Винтовая канавка сверла наклонена к оси вращения сверла 4 под углом ω.
C
На производственной площадке ГОУ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» прошли испытания предложенной конструкции, а именно спирального сверла диаметром 30 мм, радиусом сердцевины R=3 мм, длиной режущей части 70 мм, предназначенного для обработки отверстий глубиной 50 мм в заготовках из серого чугуна марки СЧ30.
Режущая кромка 1 сверла была выполнена таким образом, что ее проекция 2 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла, определялась уравнением:
<mrow><mi>μ</mi><mo>=</mo><mi>arcsin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>6</mn><mi>r</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>36</mn></mrow></msqrt></mrow><mn>6</mn></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
где µ (рад) - полярный угол текущей точки С проекции 2 режущей кромки 1 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла, отсчитываемый от начальной точки 6 проекции 2 в направлении, обратном вращению сверла при обработке;
r - радиус окружности, которой принадлежит текущая точка 5 проекции 2 режущей кромки 1 на плоскость 3, перпендикулярную оси 4 вращения сверла.
Режущая кромка 1 принадлежала поверхности вращения прямой, наклоненной в оси вращения сверла 4 на угол, равный главному углу сверла в плане φ=59°, относительно оси, совпадающей с осью вращения сверла 4. Передние и задние поверхности сверла выполнялись путем заточки сверла с образованием переднего угла γ=10° и заднего угла α=12°. Винтовая канавка сверла была наклонена к оси вращения сверла 4 под углом ω=30°.
Вектор скорости резания 7 в текущей точке 8 режущей кромки 1 отложим от проекции точки 8 на плоскость 3 - точки 5 и разложим на две составляющие - проекцию 9 вектора скорости резания 7 на нормаль 10 к проекции 2 и проекцию 11 вектора скорости резания 7 на касательную прямую 10 к проекции 2.
В процессе сверления износ текущей точки 8 режущей кромки 1 сверла определялся в основном проекцией 9 вектора скорости резания 6 на нормаль 9 к проекции 2, т.к. вторая составляющая вектора скорости резания 7 - проекция 11 вектора скорости резания 7 на касательную прямую 12 к проекции 2 в процессе сверления соответствовала перемещению участка режущей кромки 1 в точке 8 вдоль самого себя, что не приводило к снятию припуска и к износу режущей кромки 1 в точке 8.
Благодаря указанной геометрии режущей кромки 1, проекция 9 вектора скорости резания 7 на нормаль 10 к проекции 2 в ее текущей точке 5 была постоянна и составляла 0,4 v, где v (м/мин) - заданная режимами скорость сверления, следовательно, износ точек режущей кромки 1 был постоянен. Режущая кромка 1 не содержала участка или участков с повышенным износом по сравнению с остальными участками. Наличие участков режущей кромки 1 с повышенным износом и определяет малую стойкость известного спирального сверла, которая составляла 50 мин. Стойкость заявленного спирального сверла определялась износом всех участков режущей кромки 1 и составляла 75 мин, что превышает в 1,5 раза стойкость известного по прототипу спирального сверла.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет повысить стойкость спирального сверла в 1,5 раза по сравнению с известным спиральным сверлом.
Существенность заявленных в формуле изобретения интервалов подтверждена в Таблице.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном изобретении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области инструментальной промышленности, касается изготовления спиральных сверл, предназначенным для обработки отверстий в труднообрабатываемых материалах и сплавах;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.