НОВИЙ ЧЛЕН СІМ'Ї - ДРИЛЬ CZ 005
ДРИЛЬ CZ 005
НОВИЙ ЧЛЕН СІМ'Ї
|
Чи можна ще щось змінити на швидкісних сталевих спіральних свердлах? Я твердо вірю, що наступний пост дасть відповідь на це питання. |
Компанія NÁSTROJE CZ, s.r.o. поставила собі за мету розробити спіральне свердло для верстатного свердління нержавіючої сталі, особливо аустенітного. У цьому не було б нічого дивного, якби вимога не свердлила швидкість різання = 30-35 м/хв і подача s = (0,16 – 0,20) x D/rev. (D= діаметр свердла в мм), будучи виготовленою з високошвидкісної сталі, таким чином, швидкість немислима для використання цих свердла до цих пір.
Розвіювання міфів
Повернемося до початку: Подібно до того, як кожна сфера життя в людському суспільстві має свої міфи, так і сфера металообробки. Одним з таких міфів є свердління аустенітних нержавіючих сталей. Великий прогрес в цій області був досягнутий з використанням свердла з твердосплавних матеріалів останнім часом. Однак ці свердла не завжди можна використовувати, як через недостатню жорсткість верстатів, необхідних даному типу дрилів, так і через високу ціну цих бурів, яка у багато разів перевищує ціну бурів з швидкорізальних сталей.
Так що ще можна змінити в геометрії крутильного свердла, щоб створити ще кращі умови для процесу буріння? Щоб відповісти на це питання, ми повинні повернутися до самого початку і описати найважливіші властивості аустенітних сталей.
Ці сталі характеризуються кількома особливостями, які роблять істотний негативний вплив на процес буріння. Однією з найважливіших є низька теплопровідність цих сталей, яка до 4 разів менше звичайних вуглецевих сталей. Це в свою чергу означає, що тепло, що виділяється в процесі буріння і яке повинно бути видалено з точки різання, має тенденцію переходити в інструмент, а не в основному в стружку. На перший погляд, ця особливість вилилася в просте рішення, а саме спроектувати геометрію бура таким чином, щоб в процесі буріння було зведено до мінімуму виділення тепла, адже його подальше видалення з місця різання вже дуже ускладнюється по відношенню до раніше згаданого.
Ще однією не менш важливою особливістю аустенітних нержавіючих сталей є їх висока адгезія. Це викликає утворення наростів, так званий «блакитний ефект». Це явище можна успішно звести до мінімуму, вибравши високу швидкість різання, для якої виділення тепла знову ж таки обмежується, і ми знову знаходимося в проектуванні геометрії свердла.
Ще однією не менш цікавою особливістю аустенітних нержавіючих сталей є їх пластичність. Вона до 60% вище, ніж у звичайних вуглецевих сталей. Ця особливість має на увазі вимогу вибору великого кута ріжучої кромки, щоб отримана геометрія була гострою і легко різалася.
Аустенітні нержавіючі сталі мають ще одну важливу властивість, і це велика тенденція до деформованого зміцнення. Це призводить до того, що на дні отвору утворюється твердий шар після того, як бурова долота була спочатку просвердлена. Ця особливість має на увазі вимогу підбирати великі подачі, щоб ріжучі кромки свердла рухалися нижче цього шару. Звідси випливає вимога до вимоги геометрії для забезпечення жорсткості свердла.
Дуже важливою вимогою до геометрії свердла є ще й те, що він створює оптимальну форму стружки, а потім швидко розряджає його з місця різання і при цьому дозволяє подавати якомога більше охолоджуючої рідини в точку різання.
Проектування геометрії є пріоритетом
Можливо, ви помітили, що я ще зовсім не згадував про вибір типу швидкорізальної сталі, з якої повинна бути виготовлена дриль, а також про можливість використання покриття дрилі. Це пов'язано з тим, що я вважаю пріоритетним проектування геометрії свердла відповідно до вищезазначених вимог. Якщо ця геометрія буде застосована з вибором якісної швидкорізальної вуглецевої сталі, вплив геометрії свердла буде ще більше посилено.
Вимоги були визначені і тепер залишаються виконаними.
Бур нового типу є ще одним членом серії бурів «CZ» і отримав серійний номер 005.
МИ НЕ НАМАГАЄМОСЯ ІМПРОВІЗУВАТИ РІШЕННЯ, ЯКІ МИ ВЖЕ ЗНАЛИ, АЛЕ РОБИМО ЦЕ ПО-ІНШОМУ З САМОГО ПОЧАТКУ, ЩОБ ДОСЯГТИ СВОЄЇ МЕТИ:
ШВИДКІСТЬ РІЗАННЯ v=30-35 м/хв, подача f = (0,016 – 0,020) х D (мм/рес.) (D = діаметр свердла в мм).
Геометрія нового свердла CZ005 заснована на принципі надзвичайно тонкого сердечника, що значно знижує як осьову силу (до 60%), так і крутний момент (до 30%). Це було підтверджено як випробуваннями і вимірами бурів CZ002 і CZ004 в Брненському технологічному університеті вже в 2007 році, так і розгортанням на практиці в компаніях понад 2 300 000 штук цих бурів.
Номінальний діаметр свердла CZ005 був обраний в межах допуску ⌀ Dh8, а його розміри довжини (загальна довжина і довжина прорізу) були обрані відповідно до DIN 338, тобто «серія середньої довжини», з урахуванням найбільшого очікуваного використання CZ005 для свердління отворів до 3 x D.
Для забезпечення жорсткості бура CZ005 його сердечник виконаний в трьох взаємно прилеглих секціях.
Перша секція з діаметром сердечника (0,06 ÷ 0,08) х D (мм) по довжині (1 ÷ 1,5) х D від наконечника дриля є постійною і значно знижує як осьову силу, так і крутний момент і тим самим значно знижує тепловіддачу в місці найбільшого її виникнення. Крім того, цей надзвичайно тонкий сердечник, в поєднанні з вигідним профілем і кутом пазу дрилі, одночасно розширює довжину його основного відвалу і позитивні значення торцевого кута основного леза таким чином максимально зміщуються в бік центру свердла. Це рішення не тільки збільшує частину свердла, яка розрізає і зменшує частину свердла (в його центрі), яка лише формує і штовхає матеріал до його основного відвалу, але і дає можливість перешліфовки свердла при збереженні його початкової геометрії.
Друга секція сердечника по довжині (4 ÷ 5) х D виконана зі збільшенням до (0,25 - 0,35) х D гарантує високу жорсткість бура CZ005 в його робочій частині.
Третя, остання ділянка бурового сердечника зі збільшенням до (0,4 - 0,5) х Д на кінці його паза гарантує високу жорсткість бура впритул до його затиску. Профіль свердлильної канавки, перехід в спинну частину якої проводиться фасковим краєм (НЕ радіусом) разом з вибором геометрії його наконечника, був підібраний так, щоб стружка сформувалася в найбільш вигідну форму, що дозволяє швидше за все видалити її з розрізу.
Геометрія бурового коника була обрана за принципом багатогранної конструкції так званого «зрізу даху», що гарантує постійний кут коника по всій довжині основного відвалу. Крім того, цей зріз проводиться в три етапи, що не тільки істотно позначається на зниженні тепловиділення за рахунок тертя бурового долота об дно просвердленого отвору (пам'ять форми нержавіючих сталей загальновідома), але і дозволяє подавати в зріз максимальну кількість теплоносія.
ГЕОМЕТРІЯ ГОЛОВНОГО КЛИНКА РЕВОЛЮЦІЙНА
Оригінальним рішенням є конструкція першої частини зрізу бурового коника CZ005, що створює фаску, ширина якої в центрі свердла відповідає діаметру сердечника. вініри (0,03 - 0,04) х Д футерування бурового паза. Це значно знижує тертя між фаскою на задній стінці свердла і поверхнею дна просвердленого отвору за рахунок збільшення швидкості різання по основному відвалу в сторону номінального ⌀D свердла. Конструкція основної лопаті, яка в перші 2/3 своєї довжини від центру свердла проходить по опуклій кривій до осі свердла так, щоб продовжити свою останню 1/3 в своїй осі, таким чином, відповідає вимозі, щоб вектор одержуваної сили різання був дотичним до кола навколо центру свердла у відповідній точці основної лопаті, де найбільша швидкість різання, зроблено ідеальний кут 90º з площиною, що проходить через вісь свердла. Крім того, основна лопать в розрізі перших 2/3 від центру свердла створює вигідний кут, який утворюють основна і поперечна лопаті, створюючи таким чином сприятливі умови для буріння свердла CZ005 і свердління таким чином дуже точного отвору. Крім того, це рішення геометрії основного леза дозволяє вибрати екстремальний кут свердла більше 140º, що значно знижує як осьову силу, так і крутний момент при збереженні високої геометричної точності просвердлених отворів.
Така конструкція основного леза в поєднанні з надзвичайно тонким сердечником і бажано обраним пазовим профілем також створює дуже хороші умови для процесу різання, який починається прямо в центрі свердла, таким чином мінімізуючи грань свердла, яка не ріжеться, а лише видавлюється в матеріал. Це істотно впливає не тільки на центрування бура, але особливо на значне зниження тепловиділення в процесі буріння і, таким чином, істотне збільшення його продуктивності і продовження терміну його служби і терміну служби.
БУВ ВИПРОБУВАНИЙ ДОСЛІДНИЙ ЗРАЗОК СВЕРДЛА CZ005
Метою перших випробувань свердла CZ005 була не тільки перевірка властивостей його геометрії, які повинні бути досягнуті в попередніх двох редакціях, але особливо підтвердження реальної можливості досягнення цільових параметрів: свердління зі швидкістю різання v = 30-35 м / хв при подачі f = [(0,016-0,020) х D] мм / об. (D = номінальне свердло Ø в мм).
Для кращого формування і різання діапазонів, що відбуваються при свердлінні в окремих частинах бура, особливо в районі його наконечника, в якості найбільшого діаметра даної продукції був обраний діаметр D = 13, 00 мм (2, 00 - 13, 00 мм).
1 показаний наконечник першого прототипу свердла CZ005.
Основні параметри бура CZ005:
• номінальний Ø D = 13,00 мм
• загальна довжина L = 151 мм
• довжина спіралі l = 101 мм
• кут кроку спіралі λ = 29,9º
• кут точки Ɛ = 145º
• кут коника α на 1-й грані вздовж основного відвалу = 14º
• Товщина сердечника:
◦ 1-я секція довжиною 13,00 мм - пропозиція 0,90 мм
◦ 2-я секція в довжину 58,00 мм - лінійна передача до 3,8 мм
◦ 3-тя секція по довжині 30,00 мм - лінійна передача до 4,6 мм • ширина скосу спіралі = 0,40 мм
• високошвидкісна сталь: 19852, М35
• твердість: 66HRC
Свердло було виготовлено з швидкорізальної сталі М35, яка зазвичай використовується у виробництві бурів для буріння нержавіючих сталей, щоб можна було оцінити лише вплив нової геометрії на процес буріння. Для кращої читабельності формотворчих і ріжучих процесів (відображення, синці) дриль оснастили загальновживаним покриттям TiAlN.
ПОЧАТКОВІ УМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ТЕСТУ
• просвердлена сталь: аустенітна нержавіюча сталь ČSN 417240, DIN 1.4301, X5CrNi 1810 (найбільш використовувана так звана харчова)
• плита з рулонного профілю 200 х 120, товщиною 20мм
• наскрізні отвори без свердління і попереднього свердління, крок 14,0 мм (8 рядів х 14 отворів = 112 отворів)
• випробувальна машина: 4-осьовий обробний центр з ЧПУ HAAS VF2
• охолоджуюча рідина Quaker Cool 7350BFF, концентрація 8%
• затискний тримач CZMK 3/13 з цангою
• швидкість різання: v = 30, 36, 32 м / хв
• поступово швидкість: 735, 882, 784 об / хв
• подача f = 0,20 мм / об , швидкість подачі: 147, 176, 157 мм / хв
І САМЕ ТОМУ МИ НАЗИВАЄМО ЦЕ "ФЛЕШ БІТ"
(Мал.2 )є переднім видом наконечника свердла CZ005 після свердління в цілому 182 отвори, довжина свердління = 3 640 мм. З відображень видно, що свердло починає різатися вже в своєму центрі процесу формування, воно зводиться до невеликої площі в другій половині його поперечного відвалу. Цей факт також був підтверджений вимірюванням ширини чіпа, яка така ж, як і довжина основного клинка. Знос уздовж основного леза пропорційно збільшується зі збільшенням швидкості різання без створення швидкостей.
Форма, цілісність і якість поверхні стружки (мал. 3) також демонструє високу жорсткість, стійкість і ріжучу здатність свердла CZ005 від самого початку процесу буріння (свердління в матеріал) до його кінця (починаючи від матеріалу). Стружка утворюється в двох основних частинах, які відокремлюються після перевищення значення міцності її перетину, викликаного відцентровою силою. Завершальна фаза чіпа у формі «заглушки», створювана шляхом видавлювання дна отвору з подальшим вирізанням його номінальним Ø D дрилі, значно захищає його основне лезо від пошкоджень за рахунок свердла, що виходить з матеріалу. Крім того, краю отворів не вириваються - на них немає «гроткового» сленгу.
Геометрія отворів (мал. 4) і якість їх поверхні також досягають дуже високої якості. Інспекційні манометри показали, що жоден з 182 отворів не був більше 0, 025 мм. Виходячи з перших випробувань, вже можна констатувати, що бур CZ005 має всі реалістичні передумови, щоб бути в числі найпотужніших бурів в своїй категорії.
Однак команді розробників нашої компанії ще належить пройти довгий шлях, не тільки виконавши точну специфікацію значень геометричних параметрів для кожного окремого діаметра з усього виробничого діапазону 2,00 - 13,00 мм, але і протестувавши як відповідний тип швидкорізальної сталі, так і нанесене покриття.
Однак перші результати випробувань бура CZ005 настільки дивують, що була подана патентна заявка під номером PV 2021-445 для вирішення геометрії його наконечника.