Мощность резания при сверлении. Режимы резания и припуски при обработке отверстий

А. Выбор подачи

Подача при сверлении представляет собой перемещение сверла за один его оборот и измеряется в мм/об.

Величина подачи выбирается в зависимости от диаметра сверла и обрабаты­ваемого материала. Сверло большего диаметра по своей прочности допускает боль­шую подачу. Подача выбирается максимально допустимой с учетом требуемой чис­тоты и точности обработки.

Технологически допускаемая подача при сверлении спиральными сверлами из быстрорежущей стали и сверлами, оснащенными твердым сплавом, выбирается на основе опыта (см. табл. 1).

Таблица Подачи при сверлении S, мм/об.

Подачи, приведенные в таблице 1, даны для сверления отверстий с глубиной сверления до трех диаметров.

При глубине сверления больше ЗД следует вводить поправочный коэффициент к = 0,75 - 0,9.

В случаях, когда диаметр отверстия превышает 30-40 мм, следует применять рассверливание, деля припуск примерно на две равные части.

При рассверливании величина подачи увеличивается примерно в полтора -два раза по сравнению с приведенными табличными данными.

Максимальные значения подач применяют при сверлении глухих отверстий При сверлении сквозных отверстий для всех перечисленных случаев следует брать среднее значение подач. Это уменьшение величины подачи при сквозном сверлении объясняется тем, что при выходе сверла из отверстия вследствие наличия упругих деформаций в шпинделе, механизме подачи станка, в сверле, а также наличии мерт­вого хода шпинделя, фактическая подача может увеличиваться, что приведет к за­еданию сверла и выкрашиванию режущих кромок.

Б. Скорость резания при сверлении

В процессе сверления имеют место стесненные условия отвода стружки в связи с ограниченным пространством между стенками отверстия и поверхностью винтовых канавок сверла.

Выбор скорости резания при сверлении зависит от следующих основных факторов: 1) обрабатываемого материала; 2) материала режущей части сверла; 3) диаметра сверла; 4) подачи; 5) стойкости сверла; 6) глубины просверливаемого отверстия; 7) формы заточки сверла; 8) охлаждения.

Скорость резания при сверлении в зависимости от основных факторов резания может быть подсчитана по формуле:

где C v - постоянный коэффициент, характеризующий обрабатываемый мате риал, материал инструмента, геометрию сверла, различные условия обработки (С 12-20);

Д - диаметр сверла, мм;

Т - период стойкости инструмента, мин.;

S - подача, мм/об.;

t - глубина резания (припуск на сторону), мм.

В. Основное (технологическое) время

Основное технологическое время при сверлении, рассверливании, зенкерова нии и развертывании определяется по формуле:

(2)

где L - расчетная длина обработки, мм; n - число оборотов инструмента, об./мин.;

S - осевая подача инструмента, мм/об.

Расчетная длина L определяется следующей суммой:

Величина врезания l1 при сверлении будет равна:а при рассверливании, зенкеровании и развертыванииВеличина выхода сверла 1 2 = 1–2мм.

Вторым после точения, самым распространенным видом механической обработки является сверление. К нему же приравнивается развертывание, зенковка, рассверливание. При расчете режимов резания можно, пренебрегая жесткостью системы обработки, представить, что это одновременное растачивание несколькими резцами, поэтому принцип расчета будет аналогичен токарной обработке. Однако при малых диаметрах сверла, менее 10 мм, режимы резания расчитываются исходя из целостности сверла после обработки. Другими словами, режимы считаются таким образом, чтобы сверло не изломалось, поэтому расчет производится исходя из характеристик прочности инструмента.

Однако, во время экспериментов с методикой, было выявлена ошибка, в связи с которой скорость резания была слишком высока, это выражалось длительностью сверления, но высокой стойкостью инструмента, и высоким качеством обработки. Плюс это или минус необходимо решать при определенной задаче, поскольку низкие подачи могут вызвать быстрое затупление режущей части (или даже налипание), однако при слишком высоких подачах вероятен излом инструмента, не говоря уже о понижении безопасности обработки.

С нашей методикой расчета режимов для сверления можно ознакомиться ниже. В соответствующей теме форума можно скачать макрос автоматического расчета режимов резания для сверлильных работ.

Методика расчета режимов резания при сверлильных работах

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 (чистота поверхности, наличие дальнейшей обработки и т.д) (таблица 1)

Kls - коэффициент на подачу, зависящий от условия выхода стружки (таблица 2)

Таблица 1

I группа подач - сверление глухих отверстий или рассверливание без допуска по 5-му классу точности или под последующее рассверливание

II группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий в деталях нежесткой конструкции, сверление под резьбу и рассверливание под последующую обработку зенкером или развертками

III группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий и рассверливание под дальнейшую обработку

Таблица 2

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)

Таблица 3

Таблица 4

У нормальных сверл диаметром выше 10 мм не возникает опасности излома от чрезмерно большого крутящего момента, так как для этих диаметров наибольшие напряжения, возникающие в сверле, обычно лимитируются скоростью затупления при возрастании скорости резания и подачи. Для сверл диаметра меньше 10 мм, крутящий момент рекомендуется рассчитывать по ф-ле ,

для обеспечения целостности инструмента.

Приравняв и можно вычислить максимально возможные подачи для сверл малого диаметра при сверлении заданного материала (таблица 5).

Таблица 5

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:

Таблица расчетов режимов при сверлении на станке 2А135 в приложении 1.

Зенкерование и рассверливание

Подача при зенкеровании и рассверливании рассчитывается аналогично по формуле:

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

Значения коэффициентов С m , x , y , q выбирать по таблице 6

Таблица 6

D- диаметр сверла

d- диаметр ранее рассверленного отверстия - подача на обин зуб инструмента (равна s / Z )

s - подача, мм/об

Z - число зубьев развертки

Коэффициенты С p , x , y в таблице 7

Таблица 7

Скорость резания рассчитывается по формуле:

Частота вращения вычисляется по формуле:

Таблица расчетов режимов при развертывании на станке 2А135 в приложении 2.

При введении методики расчетов в системе ТехноПро рекомендуется для сверления и развертывания, подсчитанные режимы внести в информационную базу данных, тем самым, избегая программирования условия расчета и упрощая работу системы. Для расчета режимов при зенкеровании и рассверливании необходимо спрограммировать условия, используя коэффициенты из таблицы 6.

В процессе резания сверло испытывает сопротивление со стороны обрабатываемого материала. На каждую точку режущей кромки действуют силы сопротивления. Заменим их равнодействующей силой, приложенной к точке А на расстоянии, примерно равном D /4 от оси сверла. Последнюю можно разложить на три составляющие силы Р x , Р у и Р z (рис.72.)

Рис. 72. Силы, действующие на сверло

Сила сопротивления Р х направлена вдоль оси сверла. В этом же направлении действует сила Р п на поперечную кромку, сила трения Р т ленточки о поверхность отверстия, cилы сопротивления, действующие на сверло вдоль ее оси, на ось X заменим равнодействующей силой Р 0 , которая называется осевой силой или силой подачи. Она преодолевается механизмом подачи станка. Последний должен передать на шпиндель станка осевую силу Р" 0 , способную преодолеть силу Р 0 . Максимальная осевая сила, допускаемая механизмом подачи станка, приводится в его паспорте.

Формулы для подсчета осевой силы и момента при сверлении:

Определение силы Р 0 и момента М кр производится по эмпирическим формулам, полученным экспериментальным путём. Для сверл из инструментальных сталей при обработке стальных и чугунных деталей они имеют следующий вид:

; , кГс·мм – при сверлении;

; , кГс·мм при рассверливании.

где: С р и С м – коэффициенты, зависящие от обрабатываемого металла, формы заточки сверла и условий резания;

z p , x p , y p , z M , x M и y M – степени влияния диаметра сверла D , глубины резания t , подачи s на осевую силу P 0 и крутящий момент при сверлении М ;

K p и K M – поправочные коэффициенты на изменённые условия сверления;

Радиальные силы Р у , разнонаправленные, уравновешиваются (SР у = 0). Сила Р z создает момент сопротивления резанию М на главных режущих кромках, а сила Р т ’, касательная к ленточке, - момент трения на ней (им обычно пренебрегают).

Относительное влияние элементов сверла на силу резания и момент кручения при сверлении приведены в таблице 16.

Таблица 16. Влияние элементов сверла на осевую силу P 0 икрутящиймоментМ

Момент сопротивления резанию M рез преодолевается механизмом главного движения, т. е. крутящим моментом на шпинделе станка М кр . На каждой ступени шпинделя станка мощность N шп постоянна, момент М кр переменный. Он зависит от частоты вращения (числа оборотов) п на данной ступени и определяется:

М кр = 716200·1,36·() кГс мм ; N шп = N дв ·h , кВт ,

М кр = 974000·() кГс мм .

Зная момент сопротивления М , можно определить эффективную мощность N э затрачиваемую на резание при сверлении,

Мощность на подачу сверла составляет около 1 % от мощности и в расчетах не учитывается. По мощности определяют мощность, которую должен иметь электродвигатель станка для обеспечения заданного процесса резания:

, кВт

Станок пригоден для заданных условий сверления, если N шп > N e .

6.4. Влияние различных факторов на осевую силу и момент при сверлении. На осевую силу Р 0 и момент сопротивления резанию М влияют свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры сверла, элементы среза (диаметр, подача) и др.

6.4.1. Свойства обрабатываемого материала . Чем выше предел прочности σ в и твердость НВ материала, тем больше его сопротивление резанию, тем выше значения Р 0 и М . Для сверл из быстрорежущей стали получены экспериментально следующие зависимости:

, и - для стали;

, и - для чугуна.

где: С р и С м – коэффициенты, зависящие от условий резания.

6.4.2. Геометрические параметры сверла . С увеличением угла w осевая сила Р 0 и момент М уменьшаются в связи с увеличением передних углов γ х на главных режущих кромках и облегчением отвода стружки. Угол j , (2j ) влияет на составляющие силы резания и момент по аналогии с точением: при уменьшении угла осевая сила Р 0 уменьшается, а тангенциальная Р z увеличивается, тем самым увеличивается и М . С уменьшением угла 2j сопротивление резанию в связи с увеличением γ х уменьшается, но одновременно увеличивается ширина среза и уменьшается его толщина. Последнее ведет к росту деформации (тонкие стружки деформируются полнее) и, следовательно, росту силы Р x и момента М . Угол наклона поперечной кромки d > 90° (см. рис. 72) и это значительно увеличивает осевую силу Р 0 . Ранее было отмечено, что сила, действующая на поперечную кромку Рп = 0,55Р 0 . Для ее снижения уменьшают длину кромки путем подточки, увеличивают ее передний угол, тем самым создаются более благоприятные условия резания вблизи нее. На величину М геометрия поперечной кромки влияет слабо. Двойная заточка сверла также слабо влияет на Р 0 и М .

Диаметр сверла и подача. С увеличением диаметра сверла D и подачи s увеличиваются ширина и толщина срезаемого слоя, следовательно, возрастают силы и момент резания. Экспериментально установлено, что диаметр сверла влияет на Р 0 в большей степени (1), чем подача (0,8). Для объяснения можно привести аналогию с точением, где глубина резания t влияет в большей степени на силы резания, чем подача (см.), а при сверлении t = D /2 мм. Подача влияет примерно в одинаковой степени (0.8) на осевую силу Р 0 и крутящий момент М , а диаметр влияет в большей степени (1,9) на М и в меньшей - на Р 0 (1). Это объясняется тем, что при увеличении диаметра й возрастает сила Р z , создающая момент М , и одновременно увеличивается длина плеча, на котором действует эта сила, что также способствует увеличению М (рис.).

Охлаждающая жидкость. Подача охлаждающей жидкости в зону резания облегчает отвод стружки, уменьшает работу трения и замедляет износ сверла. Она способствует снижению осевой силы Р 0 и момента М до 25% при обработке стальных деталей и до 15% - при обработке чугунных.

Износ сверла

Природа и характер износа сверл и резцов одинаковы. При обработке вязких материалов (сталей и др.) быстрорежущими сверлами изнашиваются передние и задние поверхности сверла (рис. 73.), а у твердосплавных сверл передние поверхности изнашиваются незначительно.

Рис. 73. Характер износа сверла: А – по задней поверхности; Б – по ленточке; В – по уголкам; Г – по передней поверхности

При обработке хрупких материалов (чугуна, пластмассы и др.) преимущественно изнашиваются задние поверхности и уголки сверла. Передние и задние поверхности сверла более интенсивно изнашиваются на периферии, так как здесь скорость резания наибольшая и уголки сверла, являясь ослабленным местом, сильно нагреваются и разрушаются. Закономерность износа свёрл примерно та же, что и резцов при точении (Рис. 74).

Рис. 74. Характер протекания износа сверла от времени работы

Оценку износа рекомендуется производить: при обработке вязких материалов -по длине износа по задним поверхностям h з , для хрупких материалов - по длине износа уголков h y . Допустимая величина износа -критерий износа при сверлении быстрорежущими свёрлами:

h З кр = 0,4…1,2 мм, при обработке стали;

При обработке чугуна быстрорежущими свёрлами в качестве критерия износа принимается износ по длине уголков.

h у = 0,4…1,2 мм – обработка сверлом из быстрорежущей стали;

h у = 0,9…1,4 мм. – обработка сверлом из твёрдого сплава;

Период стойкости Т , мин, зависит от диаметра сверла и обрабатываемого материала.

Т = (1,0…1,25)∙D – обработка стали быстрорежущими свёрлами;

T = (1,25…1,5) D – обработка чугуна быстрорежущими свёрлами;

Т = (1,5…2,0) D – обработка чугуна свёрлами из твёрдого сплава.

В результате проведенных опытов при сверлении стали быстрорежущими сверлами получена следующая зависимость:

Из полученных результатов видно, что на износ сверла в большей степени влияет скорость, в меньшей - подача. Это становится понятным, если учесть, что на температуру резания степень влияния скорости примерно в 2 раза выше, чем подачи.

Для сверления обрабатываемую заготовку (деталь) неподвижно закрепляют в приспособлении, а сверлу сообщают два одновременных движения (рисунок 6.7.1) - вращательное по стрелке, которое называется главным (рабочим) движением или движением резания (обозначается буквой V), и поступательное, направленное вдоль оси сверла, которое называется движением подачи (обозначается буквой f).

Рисунок 6.7.1 Рабочие движения при сверлении (Каталог Sandvik coromant 2012)

При сверлении под влиянием силы резания происходит отделение частиц металла и образование элементов стружки.

Скорость резания, подача и глубина составляют режим резания .

Скорость резания - это путь, проходимый в направлении главного движения наиболее удаленной от оси инструмента точкой режущей кромки в единицу времени.

Рисунок 6.7.2 Элементы резания (Макиенко Н.И. Общий курс слесарного дела М.: Высш. шк. , 1989.)

Если известны частота вращения сверла и его диаметр, то скорость резания (м/мин) подсчитывают по формуле V = πDn/1000*, где π - постоянное число, равное 3,14; D - диаметр сверла, мм; n - частота вращения сверла, об/мин.

*Так как диаметр отверстия выражается в миллиметрах, а скорость резания в метрах в минуту, то произведение πD необходимо разделить на 1000.

Скорость резания зависит от обрабатываемого материала, диаметра, материала, сверла и формы его заточки, подачи, глубины резания и охлаждения. Однако надо помнить общее правило: чем тверже материал, подлежащий сверлению, и больше диаметр сверла, тем меньше скорость резания.

Если известны диаметр сверла и скорость резания, то частоту вращения инструмента и (об/мин) можно определить по формуле n = 1000V/(πD).

Таблица 6.7.1 Режимы сверления в зависимости от диаметров отверстия обрабатываемого материала, материала сверла (Макиенко Н.И. Общий курс слесарного дела М.: Высш. шк. , 1989.)

Примечание. В таблице приведены скорости резания обработки материалов средней твердости. Для твердых сталей необходимо табличные данные уменьшить на 15...20 %, для мягких - увеличить на 15...20 %. Для твердосплавных инструментов можно скорость резания брать в 3...4 раза большую, чем для инструмента из быстрорежущей стали.

Подача f (рис. 221,б) - это перемещение сверла вдоль оси за один его оборот или за один оборот заготовки (если вращается заготовка, а сверло движется поступательно). Она выражается в миллиметрах на оборот (мм/об). Правильный выбор подачи имеет большое значение для увеличения стойкости инструмента. Всегда выгоднее работать с большой подачей и меньшей скоростью резания - в этом случае сверло изнашивается медленнее.

Глубина резания t - это расстояние от обработанной поверхности до оси сверла (т.е. радиус сверла). Глубину резания (мм) определяют по формуле t = D/2.

При рассверливании глубина резания t (мм) определяется как половина разности между диаметром D сверла и диаметром d ранее обработанного отверстия, т.е. t = (D - d) /2.

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 корректируют по кинематическим данным станка (берется ближайшая меньшая), а затем устанавливают такую скорость резания, при которой стойкость инструмента между переточками будет наибольшей.

Режимы сверления в зависимости от диаметров отверстия обрабатываемого материала, материала сверла и других факторов приведены в справочниках или специальных таблицах (табл. 6.7.1).

Работа по сверлению отверстий в металле, в зависимости от вида отверстий и свойств металла, может выполняться разным инструментом и с использованием различных приёмов. О способах сверления, инструментарии, а также о технике безопасности при выполнении этих работ мы хотим вам рассказать.

Сверление отверстий в металле может понадобиться при ремонте инженерных систем, бытовой техники, автомобиля, создании конструкций из листовой и профильной стали, конструировании поделок из алюминия и меди, при изготовлении плат для радиоаппаратуры и во многих других случаях. Важно понимать, какой инструмент нужен для каждого вида работ, чтобы отверстия получились нужного диаметра и в строго намеченном месте, и какие меры безопасности помогут избежать травм.

Инструменты, приспособления, сверла

Основными инструментами для сверления являются ручные и электрические дрели, а также, при возможности, сверлильные станки. Рабочий орган этих механизмов - сверло - может иметь различную форму.

Различают сверла:

• спиральные (наиболее распространённые);
• винтовые;
• коронки;
• конусные;
• перовые и т. д.

Виды отверстий в металле и способы их сверления

Виды отверстий:

• глухие;
• сквозные;
• половинчатые (неполные);
• глубокие;
• большого диаметра;
• под внутреннюю резьбу.

Отверстия под резьбу требуют определения диаметров с допусками, установленными в ГОСТ 16093-2004. Для распространённых метизов расчёт приведен в таблице 5.

Таблица 5. Соотношение метрической и дюймовой резьбы, а также подбор размера отверстия для засверливания

Сквозные отверстия

Сквозные отверстия пронизывают заготовку полностью, образуя в ней проход. Особенностью процесса является защита поверхности верстака или столешницы от выхода сверла за пределы заготовки, что может повредить и само сверло, а также снабдить заготовку «заусенцем» - гартом. Чтобы этого избежать, применяют следующие способы:

• используют верстак с отверстием;
• подкладывают под деталь прокладку из дерева или «сэндвич» - дерево+металл+дерево;
• подкладывают под деталь металлический брусок с отверстием для свободного прохода сверла;
• снижают скорость подачи на последнем этапе.

Последний способ обязателен при высверливании отверстий «по месту», чтобы не повредить близко расположенные поверхности или детали.

5.3. Установить глубину резания t=D /2 (мм) при сверлении в сплошном металле

t = , мм при рассверливании ранее выполненного отверстия

5.4. Назначить подачу. При сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла. При рассверливании отверстий подача, рекомендованная для сверления, может быть увеличена до 2 раз.

Sо, мм/об - при сверлении стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов

5.5. Назначаем скорость главного движения резания

V = , м/мин – при сверлении

V = , м/мин – при рассверливании

Км - коэффициент на обрабатываемый материал

5.6. Определить частоту вращения шпинделя

об/мин

D - диаметр отверстия, мм.

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка. Принимаем меньшее ближайшее значение n d об/мин.

5.7. Определяем действительную скорость резания , м/мин

5.8. Определяем крутящий момент

Мкр = 10 См Kp – при рассверливании

Значения коэффициентов и показателей степени

5.9. Определяем мощность, затрачиваемую на резание

(к.п.д.)

5.10. Определяем основное время

5.11. Вывод- Мощность станка позволяет выполнить обработку при данном режиме резания. В случае, когда N рез.об > N шп - необходимо определить загрузку станка по мощности

Для кратковременного резания (длительностью до 1 мин) допускается перегрузка электродвигателя станка на 25 % его номинальной мощности. В случае большей перегрузки необходимо уменьшить скорость или взять более мощный станок.

6. Требования к оформлению расчета

6.1. Выполненное задание оформляется на стандартных листах формат А4. Первый лист титульный (см. приложение 1)

Пример выполнения задания

Вариант № 31

Задание: На вертикально-сверлильном станке 2Н 135 производят сверление отверстия диаметром D и глубиной l. Необходимо: выбрать режущий инструмент , назначить режим резания, определить основное время (см.слайд 1 приложение 3.1).

Таблица 13

Выбор режущего инструмента (см. слайд 2 приложение 3.2)

Сверло Ø18 с коническим хвостовиком из стали Р18. ГОСТ 10903-64

Геометрические элементы: форма заточки - двойная с подточкой поперечной кромки.

Углы сверла 2 φ = 118°, 2 φ1 = 70 0 .

Назначение элементов резания (см. слайд 3 приложение 3.3)

1. Определяем глубину резания

t = 18/2 = 9мм

2. Назначаем подачу

Sо = (0,33 - 0,38) мм/об

К 1 = 0,9 (глубина сверления до 5D)

Тогда Sо = (0,33 - 0,38) *0,9 = (0,3 - 0,34) мм/об

Корректируем по паспорту станка

Sо = 0,28 мм/об

3. Определяем скорость резания

Сv = 9.8 q = 0.4 y= 0.5 m = 0.2

Общий поправочный коэффициент на скорость резания

Км = Кr Kr = 0.95 n=1 Км = 0,9

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала

Поправочный коэффициент, учитывающий глубину обрабатываемого отверстия.

0,9 1 0,85 = 0,765

V = 0,765 = 21м/мин

4. Число оборотов шпинделя

n д = 355 об/мин (по паспорту станка)

5. Определяем действительную скорость резания

6. Определяем крутящий момент

Мкр = 10 См Kp – при сверлении

См = 0,0345 q = 2 y = 0.8

Кр = Кмр = 0,9

Мкр = 0,0345 0,9 = 3,62Н м

7. Определяем мощность, затраченную на резание

N= = 0,13 кВт

Проверяем, достаточна ли мощность привода станка

(к.п.д.)

Nшп = 4,5 0,8 = 3,6 кВт

8. Определяем основное время

(см. слайд 4 приложение 3.4)

Эскиз обработки (см. слайд 5 приложение 3.5)

Задание: На вертикально-сверлильном станке 2Н135 проводят сверление отверстия диаметром D и глубиной l.

Необходимо: выбрать режущий инструмент, назначить элементы режима резания; определить основное время.

Таблица 14