Как определить глубину резания при сверлении. Элементы режима резания при сверлении. Выбор режущего инструмента
Режимом резания называется совокупность элементов, определяющих условия протекания процесса резания.
К элементам режима резания относятся – глубина резания , подача , период стойкости режущего инструмента, скорость резания , частота вращения шпинделя , сила и мощность резания.
При проектировании технологических процессов механической обработки или режущих инструментов возникает необходимость в определении и назначении элементов режима резания. Отечественная практика механической обработки накопила огромный нормативно - справочный материал, с помощью которого можно назначить любой режим резания для любого вида механической обработки. Однако, табличный метод назначения режимов резания является весьма громоздким, так как требует анализа большого количества справочной информации. Более того, все режимные параметры взаимосвязаны и при изменении хотя бы одного из них автоматически изменяются и другие, что еще более усложняет процесс назначения режимов резания.
Аналитический (расчетный) метод определения режима резания менее трудоёмок и более предпочтителен при учебном проектировании технологических процессов механической обработки резанием. Он сводится к определению, по эмпирическим формулам, скорости, сил и мощности резания по выбранным значениям глубины резания и подачи.
Для проведения расчетов необходимо иметь паспортные данные выбранного станка, а именно - значения подач и частот вращения шпинделя, мощности электродвигателя главного движения. При отсутствии паспортных данных расчет выполняется приблизительно, в проделах тех подач и частот вращения шпинделя, которые указаны в справочной литературе.Выбор режущего инструмента
Его следует начинать с анализа шероховатости поверхностей детали, которая задана на чертеже. В зависимости от параметра шероховатости выбирается метод обработки данной поверхности, которому соответствует свой специфический режущий инструмент. В табл. 1 приведена зависимость шероховатости поверхности от различных методов обработки.
Немаловажное значение для расчета режимов резания имеет выбор материала инструмента. При его выборе следует руководствоваться рекомендациями табл. 2 . Для тонких (отделочных) методов обработки материалов с высокими скоростями резания (свыше 500 м/мин) рекомендуется применение сверхтвердых инструментальных материалов.
Наиболее распространенными среди них являются материалы, полученные на основе кубического нитрида бора.
Выбор и назначение глубины резания
Рис. 1.Схема к определению глубины резания при точении
Глубиной резания называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к последней.
При черновых методах обработки назначают по возможности максимальную глубину резанияt , равную всему припуску или большей части его. При чистовом резании припуск срезается за два прохода и более. На каждом следующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. Глубину последнего прохода назначают в зависимости от требований точности и шероховатости обработанной поверхности.
черновая обработка t >2 ;
получистовая и чистовая обработка t = 2,0 - 0,5 ;
отделочная обработка (3,2 мкм і R a > 0,8 мкм) t = 0,5 - 0,1 .
При обработке отверстий осевым режущим инструментом выбирают рекомендуемую подачу, допустимую по прочности инструмента (
При сверлении режущий инструмент-сверло 1 (рис. 181, а) получает одновременно вращение со скоростью v и поступательное движение вдоль оси, т. е. подачу S. Заготовка 2 при этом закреплена.
Основными элементами резания при сверлении являются: скорость v и глубина резания t, подача S, толщина а и ширина стружки b (рис. 181, б).
Рис. 181. Движения инструмента при сверлении (а) к элементы резания (б)
Скорость резания v - это путь, проходимый в единицу времени точкой режущей кромки, наиболее удаленной от оси сверла.
Скорость резания выбирается в зависимости от величины подачи, диаметра сверла, его стойкости, материала обрабатываемой детали. Эти данные приведены в специальных справочниках.
Скорость резания подсчитывают по формуле:
где π - постоянное число, равное 3 , 14;
п - заданное число оборотов шпинделя (инструмента) в минуту;
D - диаметр режущего инструмента, мм.
От скорости резания зависит стойкость режущего инструмента, т. е. время непрерывной работы его между двумя переточками. Чем выше скорость резания, тем больше выделяется тепла при образовании стружки и тем быстрее режущая кромка тупится.
По найденной скорости резания подсчитывают число оборотов шпинделя станка по формуле:
которое корректируют по кинематическим данным станка.
Подачей S называется величина перемещения режущего инструмента или детали вдоль оси вращения за один оборот.
Так как у сверла две режущие кромки, то подача, приходящаяся на каждую из них,
Правильный выбор подачи имеет большое значение для стойкости режущего инструмента. Всегда выгоднее работать с большой подачей и меньшей скоростью резания, в этом случае сверло изнашивается медленнее. Однако при сверлении отверстий малых диаметров величина подачи ограничивается прочностью сверла. С увеличением диаметра сверла прочность его возрастает, позволяя увеличивать подачу; следует учесть, что увеличение подачи ограничивается прочностью станка.
При выборе режимов резания в первую очередь подбирают наибольшую подачу в зависимости от качества обрабатываемой поверхности, прочности сверла и станка и других факторов (по таблицам, приводимым в справочниках) и корректируется по кинематическим данным станка (берется ближайшая меньшая), а затем устанавливают такую максимальную скорость резания, при которой стойкость инструмента между переточками будет наибольшей.
Режимы сверления в зависимости от диаметра отверстия, обрабатываемого материала, материала сверла и других факторов приведены в справочниках.
Подготовка и наладка станка
Перед началом работы на сверлильном станке необходимо прежде всего проверить исправность его заземления, протереть стол, отверстие шпинделя, проверить наличие ограждения, проверить вхолостую вращение, осевое перемещение шпинделя и работу механизма подачи, закрепление стола.
Подготовка станка к работе заключается в установке и закреплении режущего инструмента и детали и в определении режима резания (скорости и подачи).
Сверло выбирается в соответствии с заданным диаметром отверстия и в зависимости от обрабатываемого материала.
Выбирая диаметр сверла, следует помнить, что при работе сверлом в результате биения отверстие получается несколько большего диаметра, чем сверло. Средние величины разработки отверстия:
Точность сверления в отдельных случаях можно повысить тщательной регулировкой станка, правильной заточкой сверла или применением кондукторной втулки.
В зависимости от того, какой хвостовик имеет сверло - цилиндрический или конический, подбирают сверлильный патрон или соответствующую переходную втулку.
Исходя из того, какую форму и размеры имеет обрабатываемая деталь, выбирают то или иное приспособление для закрепления ее при сверлении.
Прежде чем установить патрон или переходную втулку, необходимо чисто протереть как хвостовик, так и отверстие шпинделя. Запрещается протирание шпинделя при его вращении.
Сверло вводят в отверстие шпинделя легким толчком руки. При установке сверла в патрон необходимо следить за тем, чтобы хвостовик сверла упирался в дно патрона, иначе при работе сверло может переместиться вдоль своей оси. Затем устанавливают приспособление или деталь на столе станка, предварительно очистив как поверхность стола, так и упорную плоскость приспособления или самой детали.
Если необходимо сверлить сквозное отверстие, то во избежание повреждения стола под деталь помещают подкладку (если стол не имеет отверстия).
Зная диаметр и материал сверла, а также материал обрабатываемой детали, налаживают станок на определенное число оборотов и подачу.
Порядок наладки станка на определенное число оборотов и подачу зависит от конструкции станка. В одних станках это производится путем переброски ремня с одной ступени шкива на другую или переключением с помощью рукояток зубчатых колес в коробке скоростей и коробке подач. Многие станки, особенно предназначенные для сверления отверстий малого диаметра, не имеют механической подачи, и перемещение сверла на таких станках осуществляется вручную.
Для повышения стойкости режущего инструмента и получения чистой поверхности отверстия при сверлении металлов и сплавов следует использовать охлаждающие жидкости.
Выбор охлаждающих жидкостей зависит от марки обрабатываемого металла и сплава:
Неправильный выбор режима резания, неточная заточка сверла, сверление без охлаждения вызывают преждевременный износ сверла и являются причиной брака (табл. 2).
Таблица 2
Причины неполадок при сверлении и способы их устранения
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 |
|
|
Серый чугун |
|
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 | |||||||
Различают две схемы сверления :
Первая: главное движение резания (вращательное) задаётся инструменту. Ему же сообщается поступательное движение подачи. Данная схема характерна для станков сверлильной группы.
Вторая: главное движение резания сообщается заготовке, движение подачи – инструменту. Эта схема реализуется на станках токарной группы.
Глубина резания при сверлении
при рассверливании
Скорость резания при сверлении – это окружная скорость наиболее удалённой от оси сверла точки режущей кромки.
Анализируя последнюю формулу, видно, что при заданном периоде стойкости увеличение подачи требует уменьшения скорости резания. Скорость при рассверливании
Основное (технологическое или машинное) время определяется как частное от деления расчётного пути на скорость относительного перемещения инструмента и заготовки
L p =l+y+Δ - длина расчетного пути инструмента
n – число оборотов шпинделя
S o – подача на оборот.
При сверлении равнодействующую сил сопротивления на режущих кромках можно различить на 3 составляющие:
Р 1 – вертикальная составляющая, параллельная оси. Она совместно с осевой составляющей Р о, действующей на поперечной кромке, определяет осевую силу при сверлении, которая противодействует движению подачи. По её величине рассчитывают на прочность детали узла подачи сверлильного станка.
Р 2 – горизонтальная составляющая, проходящая через ось сверла.
Р 3 – составляющая, направленная по касательной к окружности, на которой располагается данная точка режущей кромки. Касательная составляющая является определяющей не только моменты, но и скорость обработки. Силы Р 3 , действующие на обеих режущих кромках, направлены навстречу друг другу и теоретически должны уравновеситься, однако вследствие неточности заточки сверла, неодинаковости длин кромок и величин j, они не равны. Поэтому в реальных условиях всегда имеет место некоторая равнодействующая DР 3 , направленная в сторону большей составляющей. Под действием этой составляющей происходит разбивка отверстия, то есть его увеличение по сравнению с диаметром сверла. Разбивка отверстия приводит к появлению другой погрешности - увод сверла . Ось отверстия смещается относительно направления подачи. Это происходит вследствие того, что при увеличении диаметра отверстия вследствие разбивания ленточки перестают выполнять свои центрирующие функции. Разбивание отверстия и увод сверла всегда в той или иной степени присущи обработке отверстий двухлезвийным инструментом, каковым и является сверло.
Изготовление сверл
Часть процессов изготовления сверл выполняется по стандартам, часть – по ТУ.
Методы изготовления : резное шлифование (из цельных заготовок 0,5-13 мм), а также продольно-винтовой прокат.
Материал:
Быстрорежущие стали Р6, Р5
Из спрессованных материалов (спеченные) фрезерованием изготавливают сверла с коническим хвостовиком
Наносится износостойкое покрытие TiNO 3
Зенкерование отверстий
Зенкерованием называется процесс обработки отверстий, полученных литьём, штамповкой или механической обработкой с целью повышения точности и снижения шероховатости.
Зенкерование происходит при использовании рабочего инструмента – зенкера.
Этот инструмент имеет от трёх до шести лезвий. Как и у сверла, рабочая часть зенкера включает в себя режущую и калибрующую части. Глубина резания рассчитывается так же, как при рассверливании (полуразность диаметров зенкера и обрабатываемого отверстия).
Зенкер имеет те же углы, что сверло, за исключением угла наклона поперечной кромки: у зенкера она отсутствует, угол наклона канавок ≈10 о -20 о.
Зенкер прочнее сверла. При обработке отверстий по 13-11 квалитету зенкерование может быть окончательной операцией.
Зенкерованием обрабатывают цилиндрические или конические углубления (под головки винтов, гнёзд, под клапаны и др.),сопрягаемые цилиндрические и конические, торцевые и другие поверхности, сквозные и глухие отверстия.
Данный метод считается производительным - он повышает точность предварительно обработанных отверстий, частично исправляет искривление оси после сверления. Для повышения точности обработки используют приспособления с кондукторными втулками.
На практике, кроме зенкерования применяют цекование . Рабочий инструмент – цековка. К цекованию прибегают, когда необходимо получить, пазы, например для уплотнителей, торцевые плоскости, которые являются опорными поверхностями для болтов, винтов или гаек.
Развёртывание
Развёртыванием обрабатывают отверстия диаметром от 3-х до 120 мм. Благодаря чистовому развёртыванию получают шероховатость поверхности, характерную для 7-го квалитета.
Рабочий инструмент – развёртка . Развёртки рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличаются от зенкеров большим числом (6-14) зубьев. Для получения отверстий повышенной точности, а также при обработке отверстий с продольными пазами применяют винтовые развёртки.
Различают рабочую часть развёртки (I) и хвостовик (II) с лапкой для выбивания.
У развёрток малого диаметра хвостовик цилиндрический, развёртки большого диаметра выполняются с коническим хвостовиком.
Рабочая часть развёртки делится на режущую (А) и калибрующую (В) части.
Внутри режущей части различают
1 - заходной конус
2 - режущий конус
Калибрующая часть состоит из
3 - цилиндрической калибрующей части
4 - калибрующей части с обратной конусностью
Разность диаметров этой конусности составляет от 0,03 до 0,05 мм. Обратная конусность выполняется для уменьшения трения и предотвращения увеличения диаметра обрабатываемого отверстия за счёт биения развёртки. Это увеличение может составлять от 0,005до 0,08мм. Для уменьшения разбивки отверстия применяют плавающие самоцентрирующие патроны (оправки), позволяющие компенсировать отклонение оси развёртки от оси шпинделя.
Передний угол развёртки близок к 0. На режущих зубьях задний угол порядка 10 о, зубья калибрующей части имеют прошлифованную площадку и задний угол на них равен 0.
В зависимости от заданной точности обрабатываемого отверстия применяют следующие схемы обработки:
Все инструменты размерные, в массовом производстве применяют комбинированный инструмент – сверло и развертка.
Протягивание
При протягивании пользуются инструментом – протяжкой .
Протягивание – процесс обработки внутренних поверхностей различной формы и плоских наружных поверхностей. Метод применяется в крупносерийном и массовом производстве. Достоинством метода является его высокая производительность при обработке сложных поверхностей с высокой степенью точности.
Принципиальным отличием протягивания является отсутствие движения подачи. Движение резания всегда прямолинейное поступательное. Съём материала в процессе резания (при отсутствии движения подачи) происходит за счёт того, что каждый последующий зуб протяжки имеет размеры больше на некоторую величину t, чем предыдущий.
В протяжке различают
1 - переднюю захватную часть
5 - заднюю захватную часть
3 – режущую часть
4 – калибрующую часть
Шаг зубьев должен обеспечивать равномерный процесс резания, но при этом необходимо стремиться, чтобы длина протяжки была по возможности меньше, для избежания трудностей при термообработке.
Шаг зубьев 
Число зубьев
Припуск z=0,5÷1,5 мм
Скорость прошивания V пр =1÷15 м/мин
L – длина протягиваемого отверстия
Зубья отличаются углами заточки. Задний угол резания у режущих зубьев протяжки 24°, передний – 10÷20° при черновой обработке и порядка 5° при чистовой.
В зависимости от сложности контура обрабатываемой поверхности применяются различные схемы протягивания :
1) Профильная схема. Каждый зуб снимает стружку по всему контуру тонкими параллельными слоями. Применяется эта схема при протягивании простых контуров, когда на каждом зубе достаточно просто обеспечить полностью протягиваемый контур.
2) Генераторная схема. Она предусматривает разбивку контура на участки, где режущие зубья снимают стружку также параллельными слоями, и только последние зубья проводят обработку всего профиля.
3) Прогрессивная схема. Её также называют групповой. Данная схема подразумевает разбивку всего контура на узкие участки, с которых материал снимается на всю величину припуска.
Для дробления стружки на зубьях делают канавки в шахматном порядке. Протягивание осуществляется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.
Прошиванием называют аналогичную протягиванию обработку более коротким инструментом – прошивкой. При прошивании инструмент испытывает напряжения сжатия, а при протягивании – растяжения, поэтому прошивку выполняют относительно небольшой длины (250-500 мм).
Также применяется в массовом производстве. Предпочтительнее сборные протяжки – со стороны замены зубьев и т.д.
Фрезерование
Фрезерование – это высокопроизводительный метод обработки материалов. При фрезеровании обрабатываются плоские и фасонные поверхности. Контур обработки в последнем случае определяется инструментом – фрезой .
Среди всех лезвийных инструментов фрезы отличаются наибольшим разнообразием. Их различают
По месту расположения зубьев на исходном цилиндре:
Торцевые
Цилиндрические
По способу закрепления на станке:
Хвостовые
Насадные
По способу расположения зубьев на цилиндре:
Прямозубые
С винтовыми зубьями;
По характеру выполняемых работ
Угловые;
Фасонные;
Пазовые;
Шпоночные;
Отрезные;
Зуборезные;
По размеру зубьев:
Мелкозубые;
Фрезы с крупным зубом
Фреза – это многозубый инструмент, представляющий собой исходный цилиндр, на котором размещаются режущие зубья.
Винтовое расположение зубьев обеспечивает равномерность процесса резания, исключая удар каждого зуба о заготовку, поэтому применяется чаще (часть режущей кромки постоянно находится в контакте с обрабатываемой поверхностью).
Число остроконечных зубьев фрезы зависит от её диаметра и определяется по формуле Z=mÖD
m – коэффициент, величина которого зависит от условий работы и конструкции фрезы, причём 0,8 D – диаметр фрезы. Скорость резания V при фрезеровании определяется частотой вращения шпинделя Глубина резания t – кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностью При данном методе обработки часто пользуются параметром, называемым шириной фрезерования В. Ширина фрезерования определяется в направлении, параллельном оси фрезы. Подача (S) при фрезеровании определяется как величина перемещения фрезы относительно обработанной поверхности за один оборот. Так как перемещение измеряется в мм, то основная размерность [мм/об]. Подача на зуб: S z [мм/зуб] Подача на оборот: S 0 =S z ×z [мм/об] z – количество зубьев Минутная подача S м =S 0 ×n= S z ×z×n [мм/мин] Машинное время находится как частное от деления пути инструмента на минутную подачу. Величина врезания у зависит от глубины резания и диаметра фрезы , величина перебега составляет 1÷5 мм. ═══════════════════════════════════ Схемы фрезерования
При фрезеровании движение резания сообщается фрезе, а движение подачи – заготовке. При этом при одном и том же прямолинейном перемещении заготовки, направление движения инструмента может с движением подачи, может быть направлено встречно. Попутное фрезерование
– это вид фрезерования, при котором направления движения резания и движения подачи совпадают. К недостаткам этой схемы относится то, что при касании зуба фрезы о заготовку при максимальном значении толщины стружки a max происходит удар. Условия фрезерования могут усложняться, если заготовка имеет литейную корку. К достоинствам попутного фрезерования относится тот факт, что результирующая усилия резания Р прижимает заготовку к приспособлению, что не требует дополнительных усилий на её закрепление. Изменение толщины стружки от максимального значения до нуля обеспечивает высокое качество обрабатываемой поверхности, то есть низкую шероховатость. При встречном фрезеровании
толщина срезаемого слоя меняется от нуля до a max , поэтому в начальный момент резания фреза может проскальзывать относительно обрабатываемой поверхности, что не позволяет обеспечить высокое качество последней. К тому же результирующая усилия резания Р стремится оторвать заготовку от приспособления, что требует дополнительных усилий для закрепления заготовки. Достоинством метода является возможность работы из-под корки. Фрезерование проводится на горизонтальных или вертикальных фрезерных станках.