ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 152 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Для устранения этих недостатков предложено конструктивное решение сверла с подточкой в центре. Подточка выполнена либо для уменьшения участка с отрицательными значениями переднего угла [3], либо с положительным передним углом вдоль всей подточки [4]. В инструментальном производстве также существуют решения с подточкой вдоль всей режущей кромки [5]. Однако реализация такой конструкции возможна только при небольших передних углах, что может привести к повышению сил резания и ускорению изнашивания сверла [6]. Для уменьшения переднего угла на периферии применяют конструкцию сверла с двумя коническими участками с различными углами образующей ϕ. На периферии конус имеет меньший угол: например, для угла 2ϕ = 118° второй конический участок имеет угол 70° [7]. В результате у данной конструкции сверла передний угол на периферии может быть уменьшен на 7–8°, что позволит разгрузить наиболее подверженные износу участки. В результате уменьшения угла ϕ уменьшается толщина и увеличивается ширина стружки, а также улучшается теплоотвод, что позволяет увеличить стойкость инструмента более чем в три раза [1]. Такая конструкция имеет недостаток в виде неравномерного изменения ширины срезаемого слоя и образования концентратора напряжения на переходной зоне. Устранить указанные проблемы позволяет применение спирального сверла не с конической, а с тороидальной задней поверхностью. По сравнению с аналитическими моделями [8] алгоритмы анализа трехмерного моделирования обеспечивают более полные и точные результаты контроля передних углов вдоль режущей кромки сверла. В настоящее время моделирование специализированных автоматизированных алгоритмов применяется для оценки геометрических параметров различных классов инструментов, поэтому обоснование выбора геометрических параметров рассматриваемого класса сверл в данной работе формируется на базе САПР новых конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью. Кроме того, некоторые принципиально важные показатели эксплуатации сверл, такие как напряжения в режущем клине, которые трудно получить экспериментально, могут быть легко предсказаны с помощью анализа методом конечных элементов (МКЭ) [9–11]. При численном моделировании процессов металлообработки возникают две основные проблемы процесса разработки моделей с применением МКЭ. Первая заключается в том, что модель материала должна адекватно отражать деформационное состояние при нагрузке с различной интенсивностью и направлением напряжений, приложенных к конструкции, в диапазоне рабочих условий и учитывать характер внутреннего напряжения в конструкции [12–14]. Вторая проблема связана с моделированием и численной реализацией изменения конфигурации режущей части в процессе формообразования в зависимости от состояния технологической системы [15, 16]. Численное моделирование процессов механической обработки осложняется множественными участками контакта режущего клина с обрабатываемым материалом [17, 18]. Указанные проблемы невозможно решить, используя стандартные методы конечных элементов [19]. В настоящее время проводится множество работ, направленных на решение указанных проблем, регулярно возникающих при численном моделировании процессов резания [20, 21]. Несмотря на то что в области исследования проведено множество работ, посвященных использованию метода конечных элементов для прогнозирования рабочих характеристик при обработке широкого спектра материалов заготовок [22], не существует моделей с применением МКЭ для исследования характеристик конструкций сверл с тороидальной задней поверхностью. По результатам обзора литературы можно сделать вывод о том, что хотя на сегодняшний день существует несколько разновидностей конструкций сверл со сферической или тороидальной задней поверхностью, но исследований и рекомендаций по назначению геометрии их режущей части и параметров оценки эффективности их работы не существует. Кроме того, не существует систем автоматизированного проектирования сверл с тороидальной задней поверхностью и устоявшихся механизмов численного моделирования напряженного состояния режущей части. В связи с этим целью данного исследования является уменьшение диапазона изменения переднего угла и угла заострения режущего клина вдоль режущей кромки от пери-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1