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

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).

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.

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

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

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

Таблица 4.3

Подача, мм/об, при предварительном (черновом) развертывании

отверстий развертками из быстрорежущей стали и твердого сплава

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

Таблица 4.5

Значения коэффициента С v и показателей степени в формуле скорости резания при рассверливании, зенкеровании и развертывании

Таблица 4.6

Средние значения периода стойкости сверл, зенкеров и разверток

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

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.

В процессе образования отверстия сверло одновременно совершает вращательное и поступательное движения, при этом режущие кромки сверла срезают тонкие слои материала, образуя стружку. Чем быстрее вращается сверло и чем большее расстояние за один оборот оно преодолевает в направлении оси обрабатываемого отверстия, тем быстрее происходит резание.

Скорость резания зависит от частоты вращения сверла и его диаметра, перемещение сверла вдоль оси заготовки за один оборот влияет на толщину снимаемого елс я материала (стружки). Сверло по сравнению с другими режущими инструментами работа, т в достаточно тяжелых условиях, так как при сверлении затруднен отвод стружки и подвод смазывающе-охлаждающей жидкости.

Основными элементами резания при сверлении являются скорость и глубина резания, подача, толщина и ширина стружки (рис. 3.77).

Скорость резания V — путь, пройденный точкой на режущей кромке сверла, наиболее удаленной от оси его вращения. Определяют скорость резания по формуле V = ndnl1000 (где V- скорость резания, м/мин; d — диаметр сверла, мм; п — частота вращения шпинделя, об/мин; п — постоянное число, равное 3,14; число 1 ООО введено в формулу для перевода диаметра сверла в метры). Величина скорости резания зависит от материала заготовки, материала инструмента и формы его заточки, подачи, глубины резания и наличия охлаждения при обработке отверстия.

Подача 3 измеряется в миллиметрах на один оборот сверла (мм/об). Величина подачи при сверлении выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к шероховатости обработанной поверхности и точности обработки, обрабатываемого материала и материала сверля.

Глубина резания t измеряется в миллиметрах и представляет собой расстояние от обрабатываемой поверхности до оси сверла, т.е. при сверлении глубина резания составляет половину диаметра сверла, а при рассверливании — половину разности между диаметром предварительно просверленного отверстия и диаметр ом сверла.

Толщина среза (стружки) измеряется в направлении, перпендикулярном режущей кромки сверла, и равна половине величины перемещения сверла относительно оси обрабатываемого отверстия за один его оборот, т.е. половине величины подачи. Поскольку слой материала за один оборот сверла снимается двумя режущими зубьями, то каждый из этих зубьев удаляет слой материала, толщина которого равна половине величины подачи сверла на один его оборот.

Ширина среза измеряется вдоль режущей кромки и равна ее длине. При рассверливании ширина среза равна длине режущей кромки, участвующей в резании. Измеряется ширина среза в миллиметрах.

Режимы резания устанавливаются с целью обеспечения наибольшей производительности. При этом необходимо учитывать физико-механические свойства материала обрабатываемой заготовки, свойства материала инструмента и требования к качеству обработанной поверхности, заданные чертежом или техническими условиями на изготовление.

Теоретический расчет элементов режима резания выполняют в приведенной ниже последовательности.

1. По специальным справочным таблицам выбирают величину подачи в зависимости от xapat тера обработки, требований к качеству обработанной поверхности, материала сверла и других технологических данных.

2. Рассчитывают скорость инструмента с учетом технологических возможностей, режущих свойств материала инструмента и физико-механических свойств обрабатываемой заготовки.

3. Определяют расчетную частоту вращения шпинделя в соответствии с найденной скоростью резания. Полученную величину сравнивают с паспортными данными станка и принимают равной ближайшему наименьшему значению этой частоты.

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

На практике для определения режимов резания используют готовые данные технологических карт и таблиц справочников.

Режимы резания при зенкеровании и развертывании, а также критерии их выбора практически не отличаются от выбора этих параметров при сверлении.

Припуски на обработку отверстий

Припуск — это слой материала, подлежащий снятию при обработке. Величина этого Слоя зависит от требований, предъявляемых к обработанной поверхности и вида обработки.

При сверлении припуск на обработку составляет половину диаметра сверла. При рассверливании припуск определяется в зависимости от требований к обработанной поверхности и от необходимости в ее дальнейшей обработке (зенкеровании, развертывании). Припуск на зенкерование, в зависимости от того, является оно предварительным (перед развертыванием) или окончательным, составляет от 0,5 до 1,2 мм. Величина припуска зависит также от диаметра обрабатываемого отверстия. Припуск на развертывание зависит от диаметра обрабатываемого отверстия и от требований, предъявляемых к качеству обработанной поверхности и составляет от 0,05 до 0,3 мм. Типичные дефекты при обработке отверстий, причины их появления и способы предупреждения приведены в табл. 3.2.