Режимы сверления металла. Режимы резания при сверлении

В детали из чугуна КЧ35-10 необходимо получить сквозное отверстие 45Н8 с шероховатостью Rz=8 мкм. Глубина отверстия 52 мм. Операция выполняется на станке 2170.

Получить отверстие 45Н8 с Rz=8 мкм одним сверлом невозможно. Установим технологический маршрут обработки.

По справочным данным найдём, что с целью получения отверстия указанных выше размеров и шероховатости необходимо применить:

Сверление;

Зенкерование;

Зенкерование чистовое;

Развёртывание.

Это значит, что после сверления необходимо оставить припуск на зенкерование, а после зенкерования оставить припуск на развёртывание.

В справочнике найдём, что для обработки отверстия диаметром до 45 мм при зенкерование t2=3.48мм, чистовом зенкеровании рекомендуется t3=0.48 мм, а при развёртывании - t3=0.1 мм.

Там же найдём, что в зависимости от последовательности переходов на глубину резания надо взять поправочный коэффициент Kt:

Kt2=1,1; Kt3=1,55; Kt4=2,8.

Таким образом, с учётом особенностей маршрута обработки необходимо иметь:

Определим диаметры инструментов:

Диаметр развёртки

Диаметр зенкера чистового

Диаметр зенкера

Диаметр сверла

Уточняем диаметр сверла, округлив его до ближайшего по ГОСТ. Градация диаметров спиральных свёрл приведена в справочнике. Свёрла с диаметром от 30 до 50 мм выпускаются инструментальной промышленностью с интервалом изменения диаметров, равным 0,5 мм. С учётом сказанного выбираем D1=35 мм. В связи с коррекцией диаметра сверла корректируем и диаметры других инструментов.

В данном случае получим:

Различные коэффициенты, необходимые для определения параметров резания, характеристики сталей и сплавов и рекомендации были выбраны из справочного методического пособия В. И. Лепилина «Режимы резания авиационных материалов при сверлении, зенкеровании и развёртывании».

Сверление

Обрабатываемый материал относится к чугунам. Чугун КЧ35-10 имеет?b=350 МПа.

Выбор основных размеров и геометрии инструмента.

Анализируя перечень стандартов на спиральные быстрорежущие свёрла устанавливаем, что для чугунов по ГОСТ 10903-77 изготавливаются спиральные длинные свёрла с коническим хвостовиком. Выбираем сверло 35 мм из стали Р18 с общей длиной L=350 мм, длиной спиральной части l=230 мм и коническим хвостовиком Морзе №3. Для сверления труднообрабатываемых материалов рекомендуется двойная заточка с подточкой перемычки и ленточки - ДПЛ.

Таблица 2.

Устанавливаем критерий износа и оптимальный период стойкости. Для быстрорезов при обработке титановых сплавов h3=0.02D1.2=1,43; Т=3D или Т=105 мин.

Выбор глубины резания

При сверлении t=D/2, а следовательно для нашего случая t=17,5 мм.

Выбор подачи.Подача, допускаемая прочностью механизма подач станка.

для станка 2170

По справочнику:

Следовательно,

Подача, допускаемая прочностью инструмента.

При сверлении инструментами из быстрорежущих сталей

Подача по жесткости системы СПИД в связи с заданной точностью и шероховатостью обработанной поверхности.

При сверлении труднообрабатываемых материалов в жёстких деталях без допуска и с допуском до 12 квалитета под последующее зенкеровагние или расточку резцом

Выбор наибольшей технологически допускаемой подачи

Из найденных значений s1=3,48мм/об; s2=1,54мм/об; s3=1,155 мм/об выбираем наименьшее и сопоставляем с имеющимися значениями на станке 2170. Принимаем ближайшее меньшее из них к меньшему расчётному. Будем иметь s0=1,05мм/об. Это и есть наибольшая технологически допускаемая подача.

Выбор скорости резания.

Частота вращения шпинделя станка может быть определена по формуле:

В справочнике находим:

Подставив всё необходимое в формулу, получим:

Сопоставляя с паспортными данными станка, находим:

Определяем подачу для nx+1:

Согласовывая с паспортными величинами подач, будем иметь

Решаем вопрос о наивыгоднейшем сочетании s и n.

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.

Назначение рационального режима резания при работе на станках сверлильной группы заключается в выборе такой скорости резания и подачи, при которых процесс обработки был бы наиболее производительным и экономичным.

Для уменьшения основного (технологического) времени следует работать с возможно большей технологически допустимой подачей и соответствующей скоростью резания.

При этом должны быть наиболее полно использованы режущая способность инструмента и его прочность, динамические возможности станка при соблюдении технических условий.

Теоретический расчет элементов режима резания производится в следующем порядке:

1. Выбирают подачу по табличным данным в зависимости от характера обработки, требуемого качества обработанной поверхности, прочности сверла и других технологических и механических данных изделия.

2. Подсчитывают скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента.

3. По найденной скорости подсчитывают частоту вращения. Полученную частоту вращения корректируют по паспортным данным станка (принимается ближайшая меньшая или ближайшая большая, если она не более чем 5% от расчетной).

4. Определяют действительную скорость резания, с которой будет производиться обработка.

5. Проверяют выбранные элементы режима резания по прочности слабого звена механизма главного движения и мощности электродвигателя станка.

6. Подсчитывают основное (технологическое) время обработки.

Обычно в производственных условиях при выборе элементов режима резания для сверления, зенкерования, развертывания и нарезки внутренних резьб пользуются готовыми данными технологических карт и таблиц справочников.

Ниже приводится пример выбора режима резания при сверлении, зенкеровании, развертывании, нарезании резьбы на основании данных официального издания Центрального бюро промышленных нормативов по труду при Государственном комитете Совета Министров СССР по вопросам труда и заработной платы (Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках, 1974).

Пример расчета режимов резания

Исходные данные. Изделие - вилка .

Операции:

• сверление отверстия Ø 14,5 мм под зенкерование;
• зенкерование отверстия Ø 15,9 мм под развертывание;
• развертывание отверстия Ø 16 мм H9;
• нарезание резьбы М16×2 в отверстии Ø 14 мм изделия.

Материал изделия - сталь 45, σ в = 680 МПа.

Количество изделия - 50 шт.

Станок вертикально-сверлильный, модель 2Н118.

Паспортные данные станка 2Н118:

максимальный диаметр сверления отверстия- 18 мм;

частота вращения шпинделя (об/мин): 180, 250, 355, 500, 710, 1000, 1420, 2000, 2800;

подача (мм/об): 0,1, 0,14, 0,2, 0,28, 0,4, 0,56; мощность на шпинделе станка - 1,7 кВт.

1-й переход : сверление отверстия Ø 14,5 мм на глубину l=30 мм; сверло спиральное Ø 14,5 мм из стали Р6М5.

Выбор подачи. По нормативам определяем величину подачи при обработке стали с пределом прочности σ в = 680 МПа.

При сверлении отверстия с припуском под последующую обработку устанавливается подача, равная 0,31-0,37. Принимаем ближайшее значение подачи по паспорту станка, равное 0,28 мм/об. Для диаметров отверстий 35-40 мм выбранные подачи проверяются по силе резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка.

При сверлении отверстия Ø 14,5 мм на глубину l=30 мм сверлом из стали Р6М5 с подачей 0,28 мм/об величина скорости резания v = 24 м/мин.

Частоту вращения шпинделя определяем по формуле n = v * 1000/(π*D) = 24 * 1000/(3,14 * 14,5) = 527 об/мин. Принимаем по паспорту станка ближайшее n = 500 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания: v = πDn/1000 = 3,14 * 14,5 * 500/1000 = 22,7 м/мин.

Проверка выбранного режима по мощности станка. По нормативам определяем мощность, необходимую для резания.

При обработке стали σ в = 680 МПа сверлом Ø 14,5 мм с подачей S = 0,28 мм/об и со скоростью резания v = 22,7 м/мин мощность, необходимая для резания, N = 1 кВт.

Согласно паспортным данным мощность на шпинделе по приводу станка N= 1,7 кВт, т.е. по слабому звену станка в данном случае мощность не лимитирует режим резания.

Следовательно, установленный на станке режим резания осуществим.

.

Основное (технологическое) время определяется по формуле Tо = L/(Sм*i) = (l + l1)/(n*S) = 30 + 6/(500 * 0,28) = 0,26 мин,

где l - глубина обрабатываемого отверстия, мм;

l1 - длина врезания и перебега сверла, мм (l1 устанавливается по нормативам для сверла Ø 14,5 мм; l1 = 6 мм);

Sм = S*n (мм/мин);

i - число рабочих ходов.

2-й переход : зенкерование отверстия Ø 15,9 мм на глубину l = 50 мм; зенкер Ø 15,9 мм из стали Р6М5.

Выбор подачи. По нормативам определяем величину подачи при обработке стали с пределом прочности σ в = 680 МПа зенкером Ø 15,9 мм.

При зенкеровании отверстия с припуском под последующую обработку устанавливаем подачу, равную 0,5-0,6 мм/об.

Принимаем ближайшее значение подачи по паспорту станка, равное 0,56 мм/об.

Определение скорости резания. По табличным данным нормативов определяем скорость резания для стали 45 с пределом прочности σ в = 680 МПа.

При зенкеровании отверстия Ø 15,9 мм на глубину l=30 мм зенкером из стали Р6М5 с подачей S = 0,56 мм/об величина скорости резания v - 17,3 м/мин.

Частоту вращения шпинделя определяем по формуле n = v* 1000/(πD) = 17,3 * 1000/(3,14 * 15,9)= 346 об/мин.

Принимаем по паспорту станка ближайшую частоту вращения n = 355 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания: v = πDn/1000 = 3,14 * 15,9 * 355/1000 = 17,7 м/мин.

Определение основного (технологического) времени .

Основное (технологическое) время определяется по формуле Tо= L/(Sм*i) = (l + l1)/(n*S)= 30 + 5/(355*0,56) = 0,17 мин,

где l - глубина зенкеруемого отверстия, мм;

l1 - длина врезания и перебега зенкера, мм (l1 устанавливается по нормативам, для зенкера Ø 15,9 мм она равна 5 мм);

число рабочих ходов i = 1.

3-й переход: развертывание отверстия Ø 16 мм H9 на глубину i = 30 мм, развертка машинная из стали Р6М5.

Выбор подачи. По табличным данным нормативов определяем величину подачи при обработке стали с пределом прочности σ в = 680 МПа разверткой машинной из стали Р6М5.

При развертывании отверстия по 9-му квалитету устанавливается подача, равная 0,8 мм/об. По паспорту станка принимаем ближайшее значение подачи 0,56 мм/об.

Определение скорости резания. По нормативам определяем скорость резания для стали 45 с пределом прочности σ в = 680 МПа.

При развертывании отверстия Ø 16 мм H9 на глубину l=30 мм разверткой из стали Р6М5 с подачей 0,56 мм/об величина скорости резания v = 14,3 м/мин.

Частоту вращения шпинделя определяем по формуле n = v* 1000/(πD>) = 14,3 * 1000/(3,14 * 16) = 286 об/мин.

По паспорту станка выбираем ближайшую частоту вращения п = 25 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания v = πDn/1000 = 3,14 * 16*250/1000=12,6 м/мин.

Определение (технологического) времени.

Основное (технологическое) время определяют по формуле Tо= L(Sм*i) = (l + l1)/(S*n) = 30+15/(0,56*286) = 0,28 мин,

где l - глубина развертываемого отверстия, мм;

l1 - длина врезания и перебега развертки, мм (l1 устанавливается по нормативам, для развертки Ø 16 мм H9 она равна 15 мм).

4-й переход: нарезание резьбы М16 ×2 на глубину 30 мм;

метчик машинный M16×2 из стали Р6М5.

Отверстие сверлить под резьбу сверлом Ø 14 мм.

Выбор подачи.

Подача соответствует шагу резьбы метчика M16 × 2 и равна S = 2 мм/об.

Определение скорости резания . По нормативам скорость резания для стали при нарезании резьбы M16×2 машинным метчиком v= 11,1 м/мин.

Частоту вращения шпинделя при нарезании резьбы определяем по формуле n = v* 1000/(π*D)= 11,1 * 1000/(3,14*16) = 221 об/мин.

Принимаем ближайшую частоту вращения по паспорту станка n = 250 об/мин.

Определяем фактическую скорость резания: v = πDn/1000 = 3,14* 16*250/1000= 12,5 м/мин.

Определение основного (технологического) времени при нарезании резьбы.

Основное (технологическое) время определяем по формуле:

Tо = L/(Sм*i) = (l + l1)/(S*n) + (l+l1)/(S*n1) = 30 + 6/(2*250) = 30+6/(2 * 15)= 1,27 мин,

n1-частота вращения метчика при вывертывании (глубину нарезки l = 30 мм делим на шаг, равный 2 мм);

l1 - величина врезания и перебега метчика равна 6 мм (определяем по нормативам).

Контрольные вопросы

1. Какая поверхность называется обрабатываемой, обработанной и поверхностью резания?

2. Назовите основные элементы резания при сверлении.

3. Как определяется скорость резания при сверлении?

4. Как определить при сверлении мощность, необходимую для резания?

5. Для чего применяются смазочно-охлаждающие жидкости при обработке отверстий?

6. Как по нормативам выбирают рациональные режимы резания для сверления?

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.

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