9.4. Методика расчета режима резания при сверлении
Глубина резания при сверленииt =D /2, гдеD – диаметр сверла.
Подача s . Для получения наибольшей производительности при сверлении выгодно работать с максимально возможной подачей, величина которой определяется прочностью сверла и механизмов станка (механизма подачи и механизма главного движения) и жесткостью технологической системы.
Расчет подачи с учетом прочности сверла. Наибольшая подача, допускаемая прочностью сверла, определяется следующим образом:
где K – коэффициент безопасности, учитывающий увеличение напряжений в сверле при его затуплении. На практике принимаютK = 2,5 при сверлении стали иK = 4 – при сверлении чугуна.
Обозначая
черезC
s
,
а
черезx
s
, получим окончательно:
.
(9.22)
.
(9.23)
Расчет подачи с учетом прочности механизмов сверлильного станка . Максимальная подача, допускаемая механизмом главного движения сверлильного станка, определяется из условия, что максимальный крутящий момент, допускаемый данным механизмом (приводится в паспорте станка), должен быть больше крутящего момента на сверле, т.е.
,
.
Следовательно, максимальная подача, мм/об, допускаемая механизмом главного движения,
.
(9.24)
Точно таким же образом можно определить наибольшую подачу, допускаемую прочностью реечного колеса механизма подачи. Если обозначим наибольшую силу, допускаемую прочностью механизма подачи Р рейки (приводится в паспорте станка), то наибольшую подачу, допускаемую прочностью рейки, можно определить исходя из следующего условия:
,
где
– осевая сила,
,
(9.25)
откуда наибольшая подача, мм/об, допускаемая прочностью реечного колеса,
.
Следовательно, подачу при сверлении необходимо подсчитывать исходя из прочности сверла, а также из значений s 1 иs 2 , допускаемых прочностью механизмов станка.
Выбор элементов режима резания при сверлении следует производить в следующей последовательности:
1) определить максимальную допустимую подачу;
4) проверить
соответствие полезной мощности станка
и мощности, потребной на сверление (
);
Стойкость сверла обычно принимается равной диаметру сверлаТ = D или по справочным данным.
Скорость резания подсчитывается по формуле
,
откуда расчетное число оборотов шпинделя станка, мин –1 ,
.
Частота вращения корректируется по паспорту станка; обычно принимается ближайшее меньшее значение n д.
При этом действительная скорость резания, м/ мин:
.
Крутящий момент при сверлении определяется как:
.
Подсчитанный М кр сравнивают с крутящим моментом станкаМ ст на данной ступени чисел оборотов (n ст). Должно быть
.
Мощность , кВт, необходимая на резание:
.
Потребная мощность главного электродвигателя станка должна быть
.
Должно соблюдаться условие
где N э – эффективная мощность резания.
Основное (машинное) технологическое время, мин, определяется по формуле
,
где l
– глубина сверления, мм;y
– величина врезания,
,
мм; ∆ – величина перебега, ∆ = (1…2) мм и
половине угла при вершине сверла,L
– расчетная длина резания.
Пример расчета
На вертикально-сверлильном станке модели 2Н135 сверлят сквозное отверстие диаметром D =28 H 12(+0,21) мм на глубинуl= 120мм. Материал заготовки сталь 45 с временным сопротивлением при растяжении σ в =700МПа (70 кгс/мм 2), заготовка – горячекатаный прокат нормальной точности. СОТС- Укринол-1М (3%). Сверло с двойной заточкой с подточкой поперечной кромки и ленточки. Материал рабочей части спирального сверла-сталь Р6М5 с σ в =850МПа. Углы сверла: 2φ=118 0 ,ψ=55 0 ,α=11 0 ,ω=30 0 .
Назначаем режим резания:
1) t =D / 2= 14 мм
2) для сверления стали с σ в ≤ 80 кгс/мм 2 и диаметре сверла 25…30 мм по таблицам справочника технолога-машиностроителя подача s находится в диапазоне 0,45…0,55 мм/об. Приведенные поправочные коэффициенты на подачу при заданных условиях резания равны единице. Принимаем среднее значение диапазона s=0,5 мм/об. Корректируем подачу по паспортным данным станка в сторону уменьшения: s=0,4 мм/об. Проверяем принятую подачу по осевой составляющей силы резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка. Для этого определяем осевую составляющую силы резания
Для сверления конструкционной стали с σ в =700МПа инструментом из быстрорежущей стали с учетом условий его заточки справочные данные:Ср =68,Х р =1,Ур =0,7.
Поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания Кр = Км р .
Км
р
=
;n
p
=0,75;Км
р
=
=
0,93 0,75 =0,95.
В единицах системы СИ Р 0 =9,81·68·28·4 0,7 0,95 =9404 Н (958,7 кгс).
Для исключения перегрузки механизма подачи станка, необходимо выполнить условие:
Р 0 ≤ Р max ,
где Р max (Р рейки) – максимальное значение осевой составляющей силы резания, допускаемой механизмом подачи станка. По паспортным данным станка 2Н135 Р max =15000 Н. Так как 9404<15000, то назначение подачиs =0,4 мм/об вполне допустимо.
3) назначаем период стойкости сверла по таблицам справочников. Для сверла диаметром 28 мм при сверлении конструкционной стали инструментом из быстрорежущей стали рекомендуемый Т =50 мин. Допустимый износ сверлаh з =0,8…1,0 мм для резания стали сверлами из быстрорежущей стали приD > 20 мм.
4) Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла
.
Коэффициенты и показатели степеней для формулы скорости резания выбираем из справочных таблиц для обработки сквозного отверстия детали из конструкционной углеродистой стали с σв =75 кгс/ мм2 при s> 0,2 мм/об: CV =9,8, xv =0, yv = 0,5, qv =0,4, m=0,2.
Учитывая поправочные коэффициенты на скорость главного движения резания, определяем K М V .
K
М
V
= C
м
;
C
м
=1,n
v
=0,9,K
М
V
=1
·
=1,07 0,9 =1,065,K
nV
=1. Поправочный коэффициент, учитывающий
глубину сверления
K
lV
принимается в зависимости от отношенияl/D
. Так какl/D
= 120/
28 =4,28, то
K
lV
=0,85.
Общий поправочный коэффициент на скорость резания K V представляет собой произведение отдельных коэффициентов:
K V = K М V · K nV · K lV ; K V =1,065·1,0·0,85 =0,905.
4) частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:
Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения:n ст =250 мин -1 .
5) действительная скорость главного движения резания
.
6) Крутящий момент от сил сопротивления резанию при сверлении
.
По таблицам справочника : C м =0,0345,q м =2,Ум =0,8.
Учитывая поправочный коэффициент Кр , определяемКр = Кмр =0,95.
В единицах СИ крутящий момент принимает следующее значение .
7) мощность, затрачиваемая на резание
8) Проверяем,
достаточна ли мощность станка. Обработка
возможна, если
4,5·0,8 = 3,6, 3,6 >3,16.
9) основное время
При двойной заточке сверла длина врезания (мм) у=0,4 D ; у=0,4·28=11 мм. Перебег сверла Δ =2 мм. Тогда расчетная длина резанияL =120+11+2=133мм.
Обработка отверстий производится различными режущими инструментами в зависимости от вида заготовки, требуемой точности и нужной чистоты поверхности.
Различают заготовки с отверстиями, подготовленными при отливке, ковке или штамповке, и заготовки без предварительно подготовленных отверстий.
Обработку отверстий в заготовках, не имеющих предварительно подготовленных отверстий, всегда начинают со сверления.
1. Сверла
Сверление неглубоких отверстий производят перовыми и спиральными сверлами.
Перовое сверло . Перовое сверло показано на рис. 159. Режущая часть сверла представляет плоскую лопатку 3, переходящую в стержень 4. Две режущие кромки 1 и 2 сверла наклонены друг к другу обычно под углом 116-118°, но этот угол может быть равным от 90 до 140°, в зависимости от твердости обрабатываемого материала: чем материал тверже, тем больше угол.
Перовые сверла малопроизводительны, кроме того, при сверлении их уводит в сторону от оси отверстия. Несмотря на это, их иногда применяют для неответственных работ, что объясняется простотой конструкции таких сверл и их невысокой стоимостью.
Спиральные сверла . В настоящее время сверление производят главным образом спиральными сверлами. На рис. 160 показано такое сверло. Оно состоит из рабочей части и хвостовика (конического по рис. 160, а или цилиндрического по рис. 160, б) для крепления сверла либо в коническом отверстии пиноли задней бабки, либо в патроне.
Конический хвостовик имеет лапку , которая служит упором при выбивании сверла (рис. 160, а).
Рабочая часть спирального сверла представляет собой цилиндр с двумя спиральными (вернее - винтовыми) канавками, служащими для образования режущих кромок сверла и вывода стружки наружу. Передняя часть сверла (рис. 160, в) заточена по двум коническим поверхностям и имеет переднюю поверхность, заднюю поверхность, две режущие кромки , соединенные перемычкой (поперечной кромкой). Две узкие ленточки (фаски), идущие вдоль винтовых канавок сверла, служат для правильного направления и центрировакия сверла.
Угол при вершине сверла 2φ обычно равен 116 - 118°. Для сверления твердых материалов этот угол увеличивают до 140°, а для сверления мягких материалов его уменьшают до 90°.
Сверла изготовляют из легированной стали 9ХС, быстрорежущей стали Р9 и Р18, а также из легированной стали с припаянными пластинками твердого сплава.
Сверла, оснащенные пластинками твердого сплава, показаны на рис. 161. Сверла с прямыми канавками (рис. 161, а) проще в изготовлении, но выход стружки из отверстия у них затруднен; их обычно применяют при сверлении чугуна и других хрупких металлов, когда глубина отверстия не превышает двух-трех диаметров. Сверла с винтовыми канавками (рис. 161, б) легче выводят стружку из отверстия, поэтому их рекомендуется применять при сверлении вязких материалов.
2. Затачивание спиральных сверл
Затачивание спиральных сверл производят на специальных заточных станках. Однако токарю иногда приходится затачивать сверла вручную на обычном точиле.
При затачивании сверл нужно соблюдать следующие условия:
1. Режущие кромки сверла должны быть симметричны
, т. е. расположены под определенными и равными углами к оси сверла и иметь одинаковую длину.
2. Поперечная кромка (перемычка) должна быть расположена под углом 55° к режущим кромкам (рис. 160, в.).
Заточенное таким образом сверло будет работать хорошо.
На рис. 162 показаны отверстия, получаемые при сверлении правильно и неправильно заточенными сверлами. При одинаковой длине режущих кромок (рис. 162, а) диаметр просверленного отверстия равен диаметру сверла. Если же одна кромка длиннее другой (рис. 162, б), то диаметр отверстия получается больше диаметра сверла. Это может привести к браку и быстро вывести сверло из строя ввиду неравномерной нагрузки режущих кромок.
Правильность затачивания сверла проверяется специальным комбинированным шаблоном с тремя вырезами (рис. 163, а); одним из вырезов проверяют угол при вершине сверла и длину режущих кромок (рис. 163, б), вторым вырезом - угол заострения режущей кромки на наружном диаметре сверла (рис. 163, в), третьим - угол между перемычкой и режущей кромкой (рис. 163, г).
3. Закрепление сверл
Способ закрепления сверла зависит от формы его хвостовика. Сверла с цилиндрическим хвостовиком закрепляют в пиноли задней бабки посредством специальных патронов (рис. 164); сверла с коническим хвостовиком закрепляют непосредственно в коническом отверстии пиноли задней бабки (рис. 165). Конические хвостовики у инструментов, а также конические отверстия в шпинделях и пинолях токарных станков изготовляются по системе Морзе. Конусы Морзе имеют номера 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6; каждому номеру соответствует определенный размер. Если конус сверла меньше конического отверстия пиноли задней бабки, то на хвостовик 1 сверла надевают переходную втулку 2 (рис. 166) и затем втулку вместе со сверлом вставляют в отверстие пиноли задней бабки станка.
Перед тем как вставить сверло в пиноль задней бабки, необходимо тщательно очистить от грязи хвостовик сверла, а также отверстие пиноли.
Чтобы удалить сверло из пиноли задней бабки, следует поворачивать маховичок до тех пор, пока пиноль не будет затянута в корпус задней бабки до крайнего положения. В этом положении винт упрется в торец хвостовика и вытолкнет его.
4. Приемы сверления
Подготовка к сверлению . При сверлении отверстия длиной больше двух диаметров сверла рекомендуется сначала отверстие жестко закрепленным в пиноли коротким Тогда последующее сверло будет лучше направляться и его меньше будет уводить в сторону.
Подача сверла . Подачу сверла производят вращением маховичка задней бабки (рис. 165).
При сверлении глубокого отверстия спиральным сверлом нужно время от времени выводить сверло из отверстия на ходу станка И удалять из стружку; этим предотвращается поломка сверла. Необходимо также следить за тем, чтобы при сверлении нормальными сверлами глубина отверстия не была больше длины спиральной канавки сверла, так как иначе стружка не сможет выходить из канавок и сверло сломается.
Сверление глухих отверстий . Для сверления отверстий заданной длины удобно пользоваться рисками с на пиноли задней бабки (см. рис. 165). Вращением ма-выдвигают сверло, пока оно не углубится в материал де-всей заборной частью, и замечают при этом соответствующую риску на пиноли. Затем, вращая маховичок задней бабки, перемещают пиноль до тех пор, пока она не выйдет из корпуса на нужное число делений.
Когда на пиноли нет делений, можно применить следующий способ. Отмечают на сверле мелом требуемую длину отверстия и перемещают пиноль, пока сверло не углубится в метки.
Иногда при сверлении слышится характерный металлический визг. Это является признаком перекоса отверстия или затупления сверла. В подобных случаях надо немедленно прекратить подачу, остановить станок, выяснить и устранить причину визга.
Прежде чем остановить станок во время сверления, нужно вывести сверло из отверстия. Останавливать станок в то время, когда сверло находится в отверстии, нельзя, это может привести к заеданию сверла и его поломке.
5. Режимы резания при сверлении и рассверливании
Скорость резания при сверлении углеродистой стали средней твердости, серого чугуна и бронзы сверлами из быстрорежущей стали можно принимать равной 20-40 м/мин.
Подача сверла на токарном станке производится обычно вручную, медленным перемещением пиноли задней бабки, как показано на рис. 165. Слишком большая и неравномерная подача может привести к поломке сверла, особенно при использовании сверл малых диаметров.
Иногда при сверлении применяется и механическая подача (см. рис. 167). В этом случае сверло укрепляется с помощью специальных прокладок или втулки в резцедержателе. При сверлении с механической подачей величину подачи принимают равной: при сверлах диаметром от 6 до 30 мм для углеродистой стали средней твердости - от 0,1 до 0,35 мм1об; для чугуна - от 0,15 до 0,40 мм/об.
При рассверливании поперечная кромка сверла не принимает участия в работе. Благодаря этому значительно уменьшается усилие подачи, уменьшается и увод сверла; это позволяет увеличивать величину подачи примерно в 1½ раза по сравнению с подачей сверла того же диаметра при сверлении в сплошном материале.
Скорость резания при рассверливании можно брать такую же, как и при сверлении.
Сверление и рассверливание стали и алюминия рекомендуется вести с охлаждением эмульсией в количестве не менее 6 л/мин; чугун, латунь и бронзу сверлят и рассверливают без охлаждения. Необходимо, однако, отметить, что ввиду горизонтального расположения обрабатываемых отверстий охладающая жидкость с трудом подается к месту образования стружки. Поэтому для глубокого сверления в трудно обрабатываемых материалах применяют сверла с внутренними каналами, по которым подают охлаждающую жидкость под большим давлением к режущим кромкам.
6. Высокопроизводительные методы работы при сверлении и рассверливании
Замена ручной подачи механической . Новаторы производства в целях механизации подачи сверла применяют простые и дешевые приспособления, облегчающие труд и сберегающие время. Одно из таких приспособлений показано на рис. 167.
Приспособление представляет собой стальную державку 2 с плиткой 1, закрепляемой при помощи болтов 3 в резцедержателе. В державке имеется коническое отверстие для закрепления хвостовика сверла и отверстие для выбивания сверла. Нижняя плоскость плитки 1 прострогана или профрезерована так, что при закреплении ее в резцедержателе сверло точно (без прокладок) устанавливается на высоте центров. Чтобы установить сверло по оси отверстия в горизонтальной плоскости, на нижних салазках суппорта отмечается риска. Такое приспособление очень эффективно при изготовлении большого числа деталей с отверстиями, так как в этом случае сверление производится с механической подачей сверла от суппорта; использование его уменьшает время обработки и облегчает Труд токаря.
Для механизации подачи сверла при сверлении отверстий большого диаметра в условиях мелкосерийного и единичного производства токарем-новатором т. Бучневым изготовлено устройство (рис. 168, а), дающее возможность передвигать заднюю бабку с затратой небольшого усилия. Это устройство заключается в следующем. К плите задней бабки крепят болтами угловой кронштейн 5, в котором помещаются валики 1 и 2. На валике 1 сидит ведущее зубчатое колесо 7 и рукоятка 6. На валике 2 находится зубчатое колесо 3 и колесо 4, сцепляющееся с рейкой станины. Вращение рукоятки 6 через колеса 7 и 3 передается колесу 4, которое катится по рейке станка и передвигает заднюю бабку по станине.
На токарно-винторезном станке 1К62 завода «Красный пролетарий» предусмотрена замена ручной подачи сверла (зенкера, развертки) механической. Для этого в суппорте имеется специальный замок (рис. 168, б), входящий в прилив задней бабки. При помощи такого несложного устройства можно соединить каретку суппорта с плитой задней бабки и, освободив плиту задней бабки от станины, включить наиболее выгодную механическую подачу суппорта.
Производительность труда при этом значительно повышается. Кроме указанного преимущества, такой способ подачи позволяет производить сверление (зенкерование, развертывание) отверстий на необходимую глубину, ведя отсчет по лимбу продольной подачи или пользуясь продольным упором (длиноограничителем).
Использование сверл особой заточки . Для повышения производительности труда новаторы производства применяют подточку перемычки, используют двойную заточку сверл и бесперемычные сверла.
Сверло с двойной заточкой показано на рис. 169, а. Заборная часть его имеет ломаные режущие кромки: вначале короткие под углом 70-75°, а к вершине удлиненные - под углом 116-118°. Такие сверла изнашиваются меньше нормальных и отличаются повышенной стойкостью - в 2 - 3 раза большей при сверлении стали и в 3 - 5 раз большей при сверлении чугуна.
Для уменьшения усилия подачи при сверлении полезной оказывается подточка перемычки на участке ВС (рис. 169, б). При такой подточке не только уменьшается поперечная кромка, но и увеличивается передний угол, что облегчает условия резания.
На рис. 170 показано высокопроизводительное сверло из быстрорежущей стали скоростника - сверловщика Средневолжского станкостроительного завода В. Жирова. Сверло предназначено для сверления чугуна.
Сверло Жирова в отличие от сверла, показанного на рис. 169, а, изготовляется с тройным конусом у вершины, с подточенной передней поверхностью и прорезанной перемычкой. Наличие выемки вместо перемычки значительно облегчает врезание сверла в обрабатываемый металл, благодаря чему в 3-4 раза снижается осевое усилие при сверлении чугуна. Это позволяет увеличить подачу сверла и сократить машинное время, по крайней мере, вдвое.
Для повышения стойкости заборная часть сверла Жирова имеет три ломаные режущие кромки, вначале короткие, образующие угол 55°, затем более длинные - с углом 70° и, наконец, самые длинные - с углом у вершины 118°.
Наличие коротких режущих кромок с углом 55° способствует значительному повышению стойкости сверла (при работе с повышенными подачами) по сравнению с сверлами обычной конструкции.
7. Брак при сверлении и меры его предупреждения
Основной вид брака при сверлении - увод сверла от требуемого направления, чаще всего наблюдаемый при сверлении длинных отверстий.
Увод сверла происходит: при сверлении заготовок, у которых торцовые поверхности не перпендикулярны к оси; при работе длинными сверлами; при работе неправильно заточенными сверлами, у которых одна режущая кромка длиннее другой; при сверлении металла, который имеет раковины или содержит твердые включения.
Увод сверла при работе длинными сверлами можно уменьшить предварительным надсверливанием отверстия коротким сверлом того же диаметра.
Если на пути сверла в материале детали встречаются раковины или твердые включения, то в этом случае предотвратить увод сверла почти невозможно. Его можно только уменьшить путем уменьшения подачи, что в то же время явится средством предупреждения возможной поломки сверла.
Контрольные вопросы
1. Какие типы сверл применяются при сверлении на токарных станках?
2. Назовите элементы спирального сверла.
3. Расскажите о правилах затачивания сверл.
4. Как отразится на размерах отверстия неправильная заточка сверла?
5. Какими способами закрепляются сверла в станок?
6. Расскажите о приемах сверления сквозных отверстий, глухих отверстий:
7. Какое охлаждение применяют при сверлении?
8. Расскажите о передовых способах сверления.
9. Как предупредить увод сверла?
Лабораторная работа № 6
Расчёт режимов резания при сверлении
Цель работы: научиться рассчитывать наиболее оптимальные режимы резания при сверлении по аналитическим формулам.
1. Глубина резания t , мм. При сверлении глубина резания t = 0,5 D , при рассверливании, зенкеровании и развертывании t = 0,5 (D – d ) ,
где d – начальный диаметр отверстия;
D – диаметр отверстия после обработки.
2. Подача s , мм/об. При сверлении отверстий без ограничивающихся факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу (табл.24). При рассверливании отверстий подача, рекомендованная для сверления, может быть увеличена до 2 раз. При наличии ограничивающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соответствующий поправочный коэффициент, приведенный в примечании к таблице. Полученные значения корректируем по паспорту станка (приложение 3). Подачи при зенкеровании приведены в табл. 25, а при развертывании – в табл.26.
3. Скорость резания v р , м/мин. Скорость резания при сверлении
https://pandia.ru/text/80/138/images/image003_138.gif" width="128" height="55">
Значения коэффициентов С v и показателей степени m , x , y , q приведены для сверления в табл.27, для рассверливания, зенкерования и развертывания – в табл. 28, а значения периода стойкости Т – табл. 30.
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,
Кv = Кмv Киv Кιv ,
где Кмv - коэффициент на обрабатываемый материал (см. табл. 1, 3, 7, 8);
Киv – коэффициент на инструментальный материал (см. табл. 4);
Кιv, - коэффициент учитывающий глубину сверления (табл. 29). При рассверливании и зенкеровании литых или штампованных отверстий вводится дополнительно поправочный коэффициент Кп v (см. табл. 2).
4. Частоту вращения n , об/мин, рассчитывают по формуле
https://pandia.ru/text/80/138/images/image005_96.gif" width="180" height="51">
5. Крутящий момент M кр , Н·м, и осевую силу Ро , Н, рассчитывают по формулам:
при сверлении
Мкр = 10 См Dqsy Кр;
Р0 = 10 Ср Dqsy Кр;
при рассверливании и зенкеровании
Мкр = 10 См Dq tx sy Кр;
Р0 = 10 Ср tx sy Кр;
Значения См и Ср и показателей степени q , x , y приведены в табл. 31.
Коэффициент Kp , учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением
Кр = Кмр.
Значения коэффициента Кмр приведены для стали и чугуна в табл. 11, а для медных и алюминиевых сплавов – в табл. 10.
Для определения крутящего момента при развертывании каждый зуб инструмента можно рассматривать как расточной резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящий момент, H·м,
;
здесь sz – подача, мм на один зуб инструмента, равная s/z ,
где s – подача, мм/об, z – число зубьев развертки. Значения коэффициентов и показателей степени см. в табл. 22.
6. Мощность резания Ne , кВт , определяют по формуле:
где n пр - частота вращения инструмента или заготовки, об/мин,
Мощность резания не должна превышать эффективную мощность главного привода станка N е < N э (, где N дв - мощность двигателя, h - кпд станка). Если условие не выполняется и N е > N э , снижают скорость резания. Определяют коэффициент перегрузки рассчитывают новое меньшее значение скорости резания https://pandia.ru/text/80/138/images/image011_47.gif" width="75" height="25 src=">, где Рост – осевая сила станка.
7. Основное время То , мин, рассчитывают по формуле ,
где L – длина рабочего хода инструмента, мм;
Длина рабочего хода, мм, равна L = l + l 1 + l 2 ,
где l – длина обрабатываемой поверхности, мм;
l 1 и l 2 – величины врезания и перебега инструмента, мм (см. приложение 4).
Таблица 1
Поправочный коэффициент К мv , учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания.
Обрабатываемый материал | Расчетная формула |
|
|
|
|
Ковкий чугун |
|
Примечания: 1. σв и НВ – фактические параметры. Характеризующие обрабатываемый материал, для которого рассчитывается скорость резания. 2. Коэффициент Кr характеризующий группу стали по обрабатываемости, и показатель степени nv см. в табл.7. |
Таблица 2
Поправочный коэффициент Кп v , учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания.
Таблица 3
Поправочный коэффициент Км v , учитывающий влияние физико-механических свойств медных и алюминиевых сплавов на скорость резания.
Таблица 4
Поправочный коэффициент Киv , учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.
Обрабатываемый материал | Значения коэффициента Ки v в зависимости от марки инструментального материала |
||||||
Сталь конструкционная | |||||||
Коррозионно-стойкие и жаропрочные стали | |||||||
Сталь закаленная | Н RС 35 – 50 | Н RС 51 – 62 |
|||||
Серый и ковкий чугун | |||||||
Сталь, чугун, медные и алюминиевые сплавы | |||||||
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ
СВЕРЛИЛЬНОЙ ГРУППЫ
Расчет режимов резания при сверлении, рассверливании, зенкеровании, развертывании
Глубина резания при сверлении равна половине диаметра, а при рассверливании, зенкеровании и развертывании – полуразности имеющегося и получаемого диаметров (рис. 4.1):
–сверление: t = 0,5∙D ;
–рассверливание, зенкерование и развертывание: t = 0,5∙ (D – d ).
Рис. 4.1. Схема резания:
а – при сверлении; б – при зенкеровании, рассверливании
Подача при сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбирается максимально допустимой по прочности сверла может быть определена по табл. 4.1 в зависимости от обрабатываемого материала и диаметра выполняемого отверстия. При рассверливании отверстий подача, рекомендуемая для сверления, может быть увеличена до 2 раз.
При наличии ограничивающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соответствующий поправочный коэффициент, приведенный в примечании к таблице.
Таблица 4.1
Подачи, мм/об, при сверлении стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов сверлами из быстрорежущей стали
| Диаметр сверла D , мм | Сталь | |||||
| НВ <160 | 160…240НВ | 240…300НВ | НВ>300 | НВ ≤170 | НВ>170 | |
| 2…4 | 0,09–0,13 | 0,08–0,10 | 0,06–0,07 | 0,04–0,06 | 0,12–0,18 | 0,09–0,12 |
| 4…6 | 0,13–0,19 | 0,10–0,15 | 0,07–0,11 | 0,06–0,09 | 0,18–0,27 | 0,12–0,18 |
| 6…8 | 0,19–0,26 | 0,15–0,20 | 0,11–0,14 | 0,09–0,12 | 0,27–0,36 | 0,18–0,24 |
| 8…10 | 0,26–0,32 | 0,20–0,25 | 0,14–0,17 | 0,12–0,15 | 0,36–0,45 | 0,24–0,31 |
| 10…12 | 0,32–0,36 | 0,25–0,28 | 0,17–0,20 | 0,15–0,17 | 0,45–0,55 | 0,31–0,35 |
| 12…16 | 0,36–0,43 | 0,28–0,33 | 0,20–0,23 | 0,17–0,20 | 0,55–0,66 | 0,35–0,41 |
| 16…20 | 0,43–0,49 | 0,33–0,38 | 0,23–0,27 | 0,20–0,23 | 0,66–0,76 | 0,41–0,47 |
| 20…25 | 0,49–0,58 | 0,38–0,43 | 0,27–0,32 | 0,23–0,26 | 0,76–0,89 | 0,47–0,54 |
| 25…30 | 0,58–0,62 | 0,43–0,48 | 0,32–0,35 | 0,26–0,29 | 0,89–0,96 | 0,54–0,60 |
| 30…40 | 0,62–0,78 | 0,48–0,58 | 0,35–0,42 | 0,29–0,35 | 0,96–1,19 | 0,60–0,71 |
| 40…50 | 0,78–0,89 | 0,58–0,66 | 0,42–0,48 | 0,35–0,40 | 1,19–1,36 | 0,71–0,81 |
| Примечание. Приведенные подачи применяют при сверлении отверстий глубиной l ≤3D с точностью не выше 12-го квалитета в условиях жесткой технологической системы. В противном случае вводят поправочный коэффициенты: 1) на глубину отверстия: К ls = 0,9 при l ≤5D ; К ls = 0,8 при l ≤7D ; К ls = 0,75 при l ≤10D ; 2) на достижение более высокого качества отверстия в связи с последующей операцией развертывания или нарезания резьбы К о s = 0,5. 3) на недостаточную жесткость системы СПИЗ: при средней жесткости К ж s = 0,75; при малой жесткости К ж s = 0,5; 4) на инструментальный материал К И s = 0,6 для сверла с режущей частью из твердого сплава. |
Подачи при зенкеровании приведены в табл. 4.2, а при развертывании – табл. 4.3.
Таблица 4.2
Подача, мм/об, при обработке отверстий зенкерами из быстрорежущей стали и твердого сплава
| Обрабатываемый материал | Диаметр зенкера D , мм | ||||||||
| До 15 | Св. 15 до 20 | Св. 20 до 25 | Св. 25 до 30 | Св. 30 до 35 | Св. 35 до 40 | Св. 40 до 50 | Св. 50 до 60 | Св. 60 до 80 | |
| Сталь | 0,5–0,6 | 0,6–0,7 | 0,7–0,9 | 0,8–1,0 | 0,9–1,1 | 0,9–1,2 | 1,0–1,3 | 1,1–1,3 | 1,2–1,5 |
| Чугун, НВ ≤200 и медные сплавы | 0,7–0,9 | 0,9–1,1 | 1,0–1,2 | 1,1–1,3 | 1,2–1,5 | 1,4–1,7 | 1,6–2,0 | 1,8–2,2 | 2,0–2,4 |
| Чугун, НВ >200 | 0,5–0,6 | 0,6–0,7 | 0,7–0,8 | 0,8–0,9 | 0,9–1,1 | 1,0–1,2 | 1,2–1,4 | 1,3–1,5 | 1,4–1,5 |
| Примечание: 1. Приведенные значения подачи применять для обработки отверстий с допуском не выше 12-го квалитета. Для достижения более высокой точности (9-11-й квалитет), а также при подготовке отверстий под последующую обработку их одной резверткой или под нарезание резьбы метчиком вводить поправочный коэффициент К os = 0,7. 2.При зенкеровании глухих отверстий подача не должна превышать 0,3–0,6 мм/об. |
Таблица 4.3
Подача, мм/об, при предварительном (черновом) развертывании
отверстий развертками из быстрорежущей стали и твердого сплава
| Обрабатываемый материал | Диаметр развертки D , мм | |||||||||
| До 10 | Св. 10 до 15 | Св. 15 до 20 | Св. 20 до 25 | Св. 25 до 30 | Св. 30 до 35 | Св. 35 до 40 | Св. 40 до 50 | Св. 50 до 60 | Св. 60 до 80 | |
| Сталь | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,7 | 2,0 |
| Чугун, НВ ≤200 и медные сплавы | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,7 | 3,1 | 3,2 | 3,4 | 3,8 | 4,3 | 5,0 |
| Чугун, НВ >200 | 1,7 | 1,9 | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,7 | 3,1 | 3,4 | 3,8 |
| Примечание: 1. Подачу следует уменьшать: а) при чистовом развертывании в один проход с точностью по 9–11-му квалитету и параметром шероховатости поверхности R a = 3,2…6,3 мкм или при развертывании под полирование и хонингование, умножая на коэффициент К os = 0,8; б) при чистовом развертывании после чернового с точностью по 7-му квалитету и параметром шероховатости поверхности R a = 0,4…0,8 мкм, умножая на коэффициент К os = 0,7; в) при твердосплавной рабочей части, умножая на коэффициент К И s = 0,7. 2.При развертывании глухих отверстий подача не должна превышать 0,2–0,5 мм/об. |
Скорость резания ,м/мин, при сверлении
а при рассверливании, зенкеровании, развертывании
Значения коэффициентов С v и показателей степени приведены для сверления в табл. 4.4, для рассверливания, зенкерования и развертывания – в табл. 4.5, а значения периода стойкости Т – в табл. 4.6.
Таблица 4.4
Значения коэффициента С v и показателей степени в формуле скорости резания при сверлении
| Обрабатываемый материал | Подача s, мм/об | Охлаждение | |||||
| С v | q | y | m | ||||
| Сталь конструкционная углеродистая, σ В = 750МПа | Р6М5 | ≤0,2 >0,2 | 7,0 9,8 | 0,40 | 0,70 0,50 | 0,20 | Есть |
| Сталь жаропрочная 12Х18Н9Т, 141НВ | – | 3,5 | 0,50 | 0,45 | 0,12 | ||
| Чугун серый, 190 НВ | ≤0,3 >0,3 | 14,7 17,1 | 0,25 | 0,55 0,40 | 0,125 | Нет | |
| ВК8 | – | 34,2 | 0,45 | 0,30 | 0,20 | ||
| Чугун ковкий, 150 НВ | Р6М5 | ≤0,3 >0,3 | 21,8 25,3 | 0,25 | 0,55 0,40 | 0,125 | Есть |
| ВК8 | – | 40,4 | 0,45 | 0,3 | 0,20 | Нет | |
| Медные гетерогенные сплавы средней твердости, 100…140 НВ | Р6М5 | ≤0,3 >0,3 | 28,1 32,6 | 0,25 | 0,55 0,40 | 0,125 | Есть |
| Силумин и литейные алюминиевые сплавы, σ В = 100…200МПа, НВ≤ 65; дюралюминий, НВ≤ 100 | ≤0,3 >0,3 | 36,3 40,7 | 0,25 | 0,55 0,40 | 0,125 | ||
| Примечание . Для сверл из быстрорежущей стали рассчитанные по приведенным данным скорости резания действительны при двойной заточке и подточенной перемычке. При одинарной заточке сверл из быстрорежущей стали рассчитанную скорость резания следует уменьшать, умножая ее на коэффициент К з v = 0,7. |
Таблица 4.5
Значения коэффициента С v и показателей степени в формуле скорости резания при рассверливании, зенкеровании и развертывании
| Обрабатываемый материал | Вид обработки | Материал режущей части инструмента | Коэффициент и показатели степени | Охлаждение | ||||
| С v | q | x | y | m | ||||
| Рассверливание | Р6М5 ВК8 | 16,2 10,8 | 0,4 0,6 | 0,2 | 0,5 0,3 | 0,2 0,25 | Есть | |
| Зенкерование | Р6М5 Т15К6 | 16,3 18,0 | 0,3 0,6 | 0,5 0,3 | 0,2 0,25 | |||
| Развертывание | Р6М5 Т15К6 | 10,5 100,6 | 0,3 0,3 | 0,2 | 0,65 0,65 | 0,4 | ||
| Конструкционная углеродистая сталь, σ В = 1600…1800МПа, 49…54НВС | Зенкерование | Т15К6 | 10,0 | 0,6 | 0,3 | 0,6 | 0,45 | |
| Развертывание | 14,0 | 0,4 | 0,75 | 1,05 | 0,85 | |||
| Серый чугун, 190 НВ | Рассверливание | Р6М5 ВК8 | 23,4 56,9 | 0,25 0,5 | 0,1 0,15 | 0,4 0,45 | 0,125 0,4 | Нет |
| Зенкерование | Р6М5 ВК8 | 18,8 105,0 | 0,2 0,4 | 0,1 0,15 | 0,4 0,45 | 0,125 0,4 | ||
| Развертывание | Р6М5 ВК8 | 15,6 109,0 | 0,2 0,2 | 0,1 | 0,5 0,5 | 0,3 0,45 | ||
| Ковкий чугун, 150 НВ | Рассверливание | Р6М5 ВК8 | 34,7 77,4 | 0,25 0,5 | 0,1 0,15 | 0,4 0,45 | 0,125 0,4 | Есть |
| Зенкерование | Р6М5 ВК8 | 27,9 143,0 | 0,2 0,4 | 0,1 0,15 | 0,4 0,45 | 0,125 0,4 | Есть | |
| Развертывание | Р6М5 ВК8 | 23,2 148,0 | 0,2 0,2 | 0,1 | 0,5 0,5 | 0,3 0,45 | Нет |
Таблица 4.6
Средние значения периода стойкости сверл, зенкеров и разверток
| Инструмент (операция) | Обрабатываемый материал | Стойкость Т , мин, при диаметре инструмента, мм | ||||||||
| До 5 | 6–10 | 11–20 | 21–30 | 31–40 | 41–50 | 51–60 | 61–80 | |||
| Быстрорежущая сталь | – | |||||||||
| Твердый сплав | – | – | ||||||||
| Коррозионностойкая сталь | Быстрорежущая сталь | – | – | – | – | |||||
| Сверло (сверление и рассверливание) | Серый и ковкий чугун, медные и алюминиевые сплавы | Быстрорежущая сталь | – | |||||||
| Твердый сплав | – | – | ||||||||
| Зенкеры (зенкерование) | Конструкционная углеродистая и легированная, серый и ковкий чугун | Быстрорежущая сталь и твердый сплав | – | – | ||||||
| Развертки (развертывание) | Конструкционная углеродистая и легированная | Быстрорежущая сталь | – | |||||||
| Твердый сплав | – | |||||||||
| Серый и ковкий чугун | Быстрорежущая сталь | – | – | |||||||
| Твердый сплав | – | – |
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания
где К MV –коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала (прил. 1-4); K И V –коэффициент на инструментальный материал (прил. 6); К l V – коэффициент, учитывающий глубину сверления (табл. 4.7). При рассверливании и зенкеровании литых или штампованных отверстий вводится дополнительно поправочный коэффициент K nV (прил. 5).
Таблица 4.7
Поправочный коэффициент К l V на скорость резания при сверления, учитывающий глубину обрабатываемого отверстия
Крутящий момент, Н∙м, и осевую силу, Н , рассчитывают по формулам:
– при сверлении
– при рассверливании и зенкеровании
Значения коэффициентов С М и С р и показателей степени приведены в табл. 4.8.
Таблица 4.8
Значения коэффициентов и показателей степени в формулах крутящего момента и осевой силы при сверлении, рассверливании и зенкеровании
| Обрабатываемый материал | Наименование операции | Материал режущей части инструмента | Коэффициент и показатели степени в формулах | |||||||
| крутящего момента | осевой силы | |||||||||
| С М | q | x | y | С р | q | x | y | |||
| Конструкционная углеродистая сталь, σ В = 750МПа | Сверление | Быстрорежущая сталь | 0,0345 | 2,0 | – | 0,8 | 1,0 | – | 0,7 | |
| 0,09 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | – | 1,2 | 0,65 | ||||
| Жаропрочная сталь12Х18Н9Т, 141НВ | Сверление | 0,041 | 2,0 | – | 0,7 | 1,0 | – | 0,7 | ||
| Рассверливание и зенкерование | 0,106 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | – | 1,2 | 0,65 | |||
| Серый чугун, 190 НВ | Сверление | Твердый сплав | 0,012 | 2,2 | – | 0,8 | 1,2 | – | 0,75 | |
| Рассверливание и зенкерование | 0,196 | 0,85 | 0,8 | 0,7 | – | 1,0 | 0,4 | |||
| Сверление | Быстрорежущая сталь | 0,021 | 2,0 | – | 0,8 | 42,7 | 1,0 | – | 0,8 | |
| Рассверливание и зенкерование | 0,085 | – | 0,75 | 0,8 | 23,5 | – | 1,2 | 0,4 | ||
| Ковкий чугун, 150 НВ | Сверление | Быстрорежущая сталь | 0,021 | 2,0 | – | 0,8 | 43,3 | 1,0 | – | 0,8 |
| Рассверливание и зенкерование | Твердый сплав | 0,01 | 2,2 | – | 0,8 | 32,8 | 1,2 | – | 0,75 | |
| 0,17 | 0,85 | 0,8 | 0,7 | – | 1,0 | 0,4 | ||||
| Примечание. Рассчитанные по формуле осевые силы при сверлении действительны для сверл с подточенной перемычкой; с неподточенной перемычкой осевая сила при сверлении возрастает в 1,33 раза. |
Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражение
Значения коэффициента К МР приведены для стали и чугуна в прил. 9.
Для определения крутящего момента при развертывании каждый зуб инструмента можно рассматривать как расточной резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящий момент, Н∙м,
здесь s z – подача, мм на один зуб инструмента, равная s/z, где s – подача, мм/об, z – число зубьев развертки. Значения коэффициентов и показателей степени представлены в табл.
Мощность резания, кВт, определяют по формуле
где частота вращения инструмента или заготовки, об/мин,
При использовании табл. 4.1 следует руководствоваться следующими рекомендациями:
1.Приведенную подачу при сверлении применяют для жестких деталей с допуском не выше 12-го квалитета под последующую обработку сверлом, зенкером или резцом при глубине сверления / < 3D. Если это условие не соблюдается, то вводят поправочный коэффициент: 0,9 при / < 5D; 0.8 при/< 7D; 0,75 при/< 10D.
2.Подачу при сверлении следует уменьшать, учитывая следующие
технологические факторы:
а) при сверлении отверстий в деталях средней жесткости с допуском не выше 12-го квалитета или под последующую обработку сверлом, зенкером или резцом вводят коэффициент 0,75;
б) при сверлении точных отверстий под последующую обработку развертками или под нарезание резьбы метчиками, при сверлении
центровочными сверлами, при сверлении отверстий в деталях малой жесткости и с неустойчивыми опорными поверхностями вводят коэффициент 0,5.
Выбор рационального режима резания сводится к подбору наиболее выгодного сочетания подачи и скорости при заданных условиях обработки отверстия, при котором процесс сверления будет наиболее производительным и экономичным, режущие способности инструмента, кинематические возможности и мощность станка будут использованы рационально, технологические требования выполнены. Режим резания назначается в следующей последовательности:
1. Выбирается сверло (тип, материал) и рациональная геометрия его режущей части: форма заточки, величина режущих элементов, углы исходя из условий сверления (обрабатываемого материала, глубины и диаметра сверления и др.)
2. Определяется (по нормативам или расчетным путем) максимально допустимая подача исходя из свойств обрабатываемого материала, прочности сверла, требуемой точности, шероховатости и дальнейшей обработки отверстия. Выбранная подача сверяется с паспортом станка и принимается ближайшая меньшая. Проверяется, допускает ли механизм подачи станка указанную подачу, для чего подсчитывается осевая сила Р 0 , и сравнивается с силой [Р 0 ], допускаемой механизмом подачи станка (по паспорту). Если Р 0 > [Р 0 ], то соответственно уменьшают подачу.
3. Назначается период стойкости сверла Т по нормативам.
4. По выбранным подаче и стойкости определяется скорость (по нормативам или расчетным путем), допускаемая сверлом, и подсчитывается ,об/мин. Расчетная частота вращения сверяется с паспортом станка и принимается ближайшее меньшее. Допускается и ближайшее большее, если оно превышает расчетное не более чем на 5%. Назначив частоту вращения, определяют фактическую скорость резания: м/мин.
5. Определяется мощность резания N е и сопоставляется с мощностью привода на шпинделе станка N шп (N шп = N дв η ). Если N е >N шп , то уменьшают частоту вращения n соответственно отношению и вновь производят корректировку n по паспорту и подсчитывают скорость резания V .
6. По выбранным частоте вращения n и подаче s подсчитывается основное (машинное) время.
В качестве примера приводятся формулы подсчета скорости при обработке стали средней твердости (σ в = 750 МПа) быстрорежущими сверлами с охлаждением при глубине сверления l = 3∙ D и подаче s > 0,2 мм/об (форма заточки сверла ДП):
V = - для сверления;
V
= 
- для рассверливания.
Из анализа приведенных формул следует, что при заданном D целесообразно работать с возможно большей s , так как при ее увеличении V уменьшается не пропорционально s , а в меньшей степени (0,5). Например, при увеличении подачи s в 2 раза скорость резания V уменьшится в 2 0,5 раз, т.е. в 1,4 раза.
Из приведенной ранее зависимости h 3 следует также, что с увеличением подачи износ будет протекать медленнее, чем при увеличении скорости. Поэтому для повышения производительности процесса сверления следует работать с максимальной подачей, допускаемой прочностью сверла и механизмом подачи станка, и технологическими условиями обработки (точностью, шероховатостью). Скорость резания должна соответствовать выбранной подаче.
Подача, допускаемая прочностью сверла, определяется
