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.
Сверление является значительно более сложным процессом, чем точение; образование стружки протекает в более тяжелых условиях. Это зависит от условий работы сверла и особенностей его конструкции.
В процессе резания затруднены отвод стружки и подача охлаждающей жидкости к режущим кромкам. При отводе стружки возникает значительное трение между ней, поверхностью канавки сверла и отверстия детали. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение, ухудшается теплоотвод от режущих кромок, ускоряется износ сверла и снижается его стойкость. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами сверла, зависит от тех же факторов, что и при точении. Кроме того, существенное влияние оказывает глубина сверления.
6.7.1. Стойкость сверла. Зависимость между скоростью и стойкостью Т такая же, как и при точении. С увеличением скорости резко возрастает интенсивность износа сверла, так как увеличиваются работа резания и количество выделяемого тепла и, следовательно, уменьшается его стойкость. Зависимость выражается известной формулой:
, м/мин или , мин.
Величина m обычно колеблется в пределах 0,125…0,5 в зависимости от обрабатываемого материала и материала сверла. Для быстрорежущих сверл m = 0,2 для стали и m = 0,125 для чугуна. Для твердосплавных сверл m = 0,4 для чугуна. При абразивном износе, имеющем место при обработке пластмасс, m = 0,4…0,5. Стойкость Т зависит от диаметра сверла D и свойств обрабатываемого материала: чем больше D , тем выше Т ; причем для хрупких материалов Т выше. Например, стойкость быстрорежущих сверл D ≤ 5 мм равна 15 мин - по стали и 20 мин - по чугуну; для сверл D = 6…50 мм стойкость соответственно равна 25…90 и 35…140 мин. Это объясняется тем, что при одинаковых условиях обработки силы сопротивления резанию чугуна значительно меньше, чем стали. Значения Т , С и m приводятся в нормативах режимов резания при сверлении.
6.7.2. Свойства обрабатываемого материала и материала инструмента влияют на скорость резания по аналогии с точением. Зависимости между скоростью и механическими свойствами материала для быстрорежущих сверл имеют следующие выражения:
V = - при обработке деталей из углеродистых и легированных сталей; и: V = - при обработке деталей из серых и ковких чугунов.
Допускаемая скорость существенно зависит от материала инструмента. Например, сверла из твердого сплава марки ВК6М позволяют увеличить скорость более чем в 3 раза при обработке вязких материалов (сталей) и в 4 раза при обработке хрупких (чугуна) по сравнению с быстрорежущими.
6.7.3. Геометрия и диаметр сверла. Геометрия сверла влияет на теплообразование и теплоотвод от режущих кромок, а следовательно, на интенсивность износа и стойкость сверла. Для повышения стойкости, или скорости резания, допускаемой сверлом, производят специальную заточку сверла, в результате которой улучшается его геометрия. Способы заточки приведены выше.
Экспериментально установлено, что с увеличением диаметра D при неизменных условиях сверления повышается стойкость, или допускаемая сверлом скорость резания. Это объясняется тем, что при увеличении диаметра D увеличивается масса металла, отводящая тепло от режущих кромок, ленточек и рабочих поверхностей в тело сверла, а также в тело детали. По аналогии с точением ширина среза (b = ) влияет незначительно на температуру резания и тепловая напряженность режущей кромки с увеличением диаметра D растет слабо. Видимо, тепловыделение растет менее интенсивно, чем теплоотвод от режущих кромок и поверхностей трения, поэтому стойкость сверла увеличивается.
6.7.4. Подача и глубина сверления. Подача при сверлении влияет по аналогии с точением. При увеличении подачи увеличиваются толщина и сечение среза, возрастает работа резания и количество выделяемого тепла, и, следовательно, уменьшается допускаемая сверлом скорость резания.
Глубина сверления l по мере возрастания усложняет условия резания: ухудшается отвод стружки, удлиняется время контакта стружки с поверхностью канавки сверла и детали, повышается работа трения и деформация стружки, затрудняется подача охлаждающей жидкости в зону резания и в результате сверло сильно нагревается. Поэтому при l = 5∙D скорость резания уменьшают примерно на 25%, а при l = 10∙D - до 59%. Для глубокого сверления применяют сверла специальных конструкций (ружейные, ВТА и др.).
6.7.5. Охлаждающая жидкость необходима особенно при сверлении пластичных металлов и глубоких отверстий. Удаление (вымывание) стружки с большой глубины производят СОЖ под большим давлением в 100…200 МПа. Для этой цели применяют сверла с внутренним подводом охлаждающей жидкости через каналы в конструкции сверла. Охлаждение позволяет увеличить скорость резания на 25…30%.
Расчет штучного времени аналитическим методом.
Рис. 2 – эскиз детали
Заготовка: сталь 25ХГМ ГОСТ 4543-71
Деталь крепится в трехкулачковом патроне на вертикально-сверлильном станке с ЧПУ.
Сверлится 4 отверстия ø16 по квалитету h14 с выдерживанием промежуточного размера ø106 по 14 квалитету.
Расчет режимов резания.
При сверлильных работах рекомендуется задавать режимы исходя из мощности используемого оборудования. Наиболее удобный материал режущего инструмента – быстрорежущая сталь (Р18, Р6М5). Подачи при сверлильных работах вычислять по формуле:
S- подача, мм/об
D- диаметр сверла, мм
С- коэффициент, зависящий от обрабатывемого материала и иных технологических факторов (таблица 1)
Kls- коэффициент на подачу, зависящий от условия выхода стружки (таблица 2)
S = 0.047*16 0.6 *0.7 = 0.173 мм/об
Режимы резания при сверлении
Затрачиваемая мощность при сверлении зависит от крутящего момента. Крутящий момент вычисляется по формуле:
Мкр- крутящий момент, воспринимаемый сверлом при резании, Н*м
См, q, y- коэффициенты на крутящий момент при сверлении, зависящий от условий резания (таблица 3)
D- диаметр сверла, мм
S- подача, мм/об
Кмр- коэффициент на крутящий момент, зависящий от механических свойств материала (таблица 4)
М кр = 10*0,0345*16 2 *0,173 0,8 *2,03 = 44,054 Н*м
Для обеспечения жесткости СПИД при сверлении, необходимо устанавливать сверло в патроне с минимальным по возможности вылетом (больше на 3-5 мм чем глубина обрабатываемого отверстия).
Скорость резания при сверлении вычисляется по формуле:
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,
К v = К мv К иv К ιv ,= 0,75*1*1 = 0,75
где К мv - коэффициент на обрабатываемый материал
К иv – коэффициент на инструментальный материал
К ιv , - коэффициент учитывающий глубину сверления
Vр = 7*16 0,4 *0,75/0,173 0,7 *45 0,2 = 25,66 м/мин.
Частота вращения вычисляется по формуле:
n = 1000*25,66/3,14*16 = 510,74 об/мин.
Назначает частоту вращения 500 об/мин.
Расчет времени на данную операцию.
Затраты основного времени:
Т о = L р *i/S*n = 13*4/0.173*500 = 0.15 мин.
Где Lр – длина рабочего хода сверла,
i – количество отверстий.
Затраты вспомогательного времени:
Т в = Т в.у. + Т в.изм = 0,18 + 0,1 = 0,28 мин.
Где Т в.у – время на установку, мин.
Т в.изм – время на измерение, мин.
Оперативное время:
Т оп = Т в + Т о = 0,28+0,15 = 0,43 мин.
Окончательная норма штучного времени:
Где T oi время основных переходов
T bj время вспомогательных переходов
k 1 и k 2 – время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности при одностаночном обслуживании, % от оперптивного времени; k 1 = 2.5, k 2 = 3.
Т шт = 0,43*(1+5,5/100) = 0,45 мин.
Основными элементами режима резания при сверлении являются скорость резания, подача и глубина резания.
Скоростью резания называется окружная скорость наиболее удаленной от центра сверла точки режущей кромки, измеряемая в метрах в минуту (м/мин
).
Скорости резания при сверлении (работа с охлаждением) конструкционных сталей
Подача |
Диаметр сверла в мм |
||||||||||
Скорость резания в м/мин |
|||||||||||
0,05 |
46 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Скорость резания v определяется по формуле
где D
- диаметр сверла;
n
- число оборотов шпинделя в мин.;
π = 3,14 - постоянное число.
Число оборотов режущего инструмента определяется по формуле
При сверлении или развертывании отверстий важно правильно выбрать скорость резания, при которой инструмент будет работать нормально, т. е. наиболее эффективно.
Таким образом, скорость резания режущего инструмента и подача его на один оборот составляют режим резания.
Режим резания необходимо выбирать таким, чтобы сохранить инструмент от преждевременного износа с учетом максимальной производительности.
Режимы резания можно выбирать по табл. 19 и 20.
Таблица 20
Переводная таблица скоростей резания и чисел оборотов сверл в минуту
Диа- |
Скорость резания в м/мин |
||||||||||
Число оборотов в минуту |
|||||||||||
1 |
3180 |
4780 |
6370 |
7960 |
9550 |
11150 |
12730 |
14330 |
15920 |
19100 |
31840 |
Зная диаметр сверла и материал обрабатываемой детали, находим по табл. 19 и 20 скорость резания, а по скорости резания и диаметру сверла определяем по переводной таблице (или по формуле) число оборотов сверла в минуту. Найденное число оборотов и значение подачи сопоставляют с фактическим числом оборотов шпинделя станка. На каждом станке имеется таблица оборотов шпинделя и подач, которая прикреплена к станку.
При работе сверлами из углеродистой стали величины скорости резания и подачи следует уменьшать на 30 - 40%.
Для уменьшения трения и нагрева инструмента при сверлении применяют охлаждающую жидкость. При обильном применении охлаждающей жидкости при сверлении стали можно увеличить скорость резания примерно на 30 - 35%. Кроме этого, обильное охлаждение облегчает удаление стружки из отверстия. Для нормального охлаждения необходимо к месту сверления подавать не менее 10 л
охлаждающей жидкости в минуту.
При сверлении различных металлов и сплавов рекомендуется применять охлаждающие жидкости, приведенные в табл. 21.
Если во время работы режущая кромка сверла быстро затупляется, то это признак того, что скорость резания выбрана слишком большой и ее надо уменьшить.
При выкрашивании режущих кромок следует уменьшить величину подачи.
Для предупреждения затупления и поломки сверла на выходе из отверстия рекомендуется уменьшать подачу в момент выхода сверла.
Для получения отверстий высокого класса точности развертки в шпинделе станка крепят на специальных качающихся оправках, которые дают возможность развертке занимать требуемое положение в отверстии. Этим устраняется «разбивание» отверстия.
Для получения высокой чистоты обработки отверстия при работе развертку следует смазывать растительным маслом.
Скорость резания при развертывании отверстий в стали принимается равной от 5 до 10 м/мин
, подача - от 0,3 до 1,3 мм/об
.
В табл. 22 приведены величины скорости резания при развертывании отверстий в различных металлах.
Средние скорости резания развертками на сверлильных станках в м/мин
При сверлении отверстия диаметром более 25 мм
рекомендуется производить предварительное сверление сверлом диаметром 8 - 12 мм
, а затем рассверлить отверстие до требуемого диаметра.
Разделение обработки отверстия на два прохода - сверление и рассверливание способствует получению более точного по диаметру отверстия, а также уменьшает износ инструмента.
При сверлении глубокого отверстия необходимо своевременно удалять стружку из отверстия и спиральных канавок сверла. Для этого периодически выводят сверло из отверстия, чем облегчают условия сверления и улучшают чистоту обрабатываемого отверстия.
При сверлении деталей из твердых материалов применяют сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава.
Пластинки твердого сплава закрепляют пайкой на медь к державке, изготовляемой из углеродистой или легированной стали.
Скорость резания такими сверлами достигает 50 - 70 м/мин
.
Режимы резания при сверлении. Производительность труда при сверлении во многом зависит от скорости вращения сверла и величины подачи, т. е. на какую величину сверло углубляется за один оборот в обрабатываемую деталь.
Но скорость вращения сверла и подача не могут быть беспредельно увеличены - при слишком большой скорости вращения сверло «сгорит», а при слишком большой подаче сломается.
Скорость резания выражается формулой
где v - скорость резания, м/мин; D - диаметр сверла, мм; n - число оборотов шпинделя в минуту; π - число, равное 3,14.
При выборе скорости резания учитывают свойства обрабатываемого материала и материала сверла, диаметр сверла, величину подачи и условия сверления (глубину сверления, наличие охлаждения и др.).
Величина подачи определяется с учетом диаметра сверла. Так, например, при обработке стали средней твердости сверлом диаметром 6 мм допускают подачу 0,15 мм/об; при диаметре сверла 12 мм - 0,25 мм/об; при диаметре сверла 20 мм - 0,30 мм/об и т. д.
Правильный выбор скорости и подачи сверла оказывает большое влияние не только на производительность, ко и на стойкость режущего инструмента и качество обрабатываемого отверстия. Сверло работает лучше при большой скорости резания и малой подаче.
Число оборотов, скорость и подачу можно определять и по таблицам.
Уход за сверлильными станками. Сверлильные станки будут работать с требуемой точностью, производительно и безотказно длительное время лишь в том случае, если за ними будет соответствующий уход.
Уход за сверлильным станком заключается прежде всего в поддержании на рабочем месте чистоты и систематической уборке стружки. Особенно следует оберегать стол от забоин и ржавления. Забоины, остающиеся на столе в результате небрежной работы, снижают точность сверления и ускоряют необходимость проведения ремонта станка.
Чтобы избежать образования забоин и выработки на столе, детали следует устанавливать аккуратно, без ударов и значительных перемещений по столу. Опорные плоскости, которыми деталь устанавливается на стол, должны быть чистыми и не иметь заусенцев.
По окончании работы стол станка и его пазы должны быть тщательно очищены от грязи и стружки, протерты сухими концами и смазаны тонким слоем масла для предохранения от ржавления.
Перед работой необходимо смазать все трущиеся части станка, места смазки и залить масло в масленки.
Во время работы проверяют рукой нагрев подшипников. Нагрев должен быть терпимым для руки. Во избежание несчастного случая перед проверкой степени нагрева подшипников электродвигатель следует остановить и проверку производить при неработающей ременной или зубчатой передачах. Необходимо также следить за тем, чтобы шестерни станка были всегда надежно ограждены.
