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.
Обработка отверстий производится различными режущими инструментами в зависимости от вида заготовки, требуемой точности и нужной чистоты поверхности.
Различают заготовки с отверстиями, подготовленными при отливке, ковке или штамповке, и заготовки без предварительно подготовленных отверстий.
Обработку отверстий в заготовках, не имеющих предварительно подготовленных отверстий, всегда начинают со сверления.
1. Сверла
Сверление неглубоких отверстий производят перовыми и спиральными сверлами.
Перовое сверло . Перовое сверло показано на рис. 159. Режущая часть сверла представляет плоскую лопатку 3, переходящую в стержень 4. Две режущие кромки 1 и 2 сверла наклонены друг к другу обычно под углом 116-118°, но этот угол может быть равным от 90 до 140°, в зависимости от твердости обрабатываемого материала: чем материал тверже, тем больше угол.
Перовые сверла малопроизводительны, кроме того, при сверлении их уводит в сторону от оси отверстия. Несмотря на это, их иногда применяют для неответственных работ, что объясняется простотой конструкции таких сверл и их невысокой стоимостью.
Спиральные сверла . В настоящее время сверление производят главным образом спиральными сверлами. На рис. 160 показано такое сверло. Оно состоит из рабочей части и хвостовика (конического по рис. 160, а или цилиндрического по рис. 160, б) для крепления сверла либо в коническом отверстии пиноли задней бабки, либо в патроне.
Конический хвостовик имеет лапку , которая служит упором при выбивании сверла (рис. 160, а).
Рабочая часть спирального сверла представляет собой цилиндр с двумя спиральными (вернее - винтовыми) канавками, служащими для образования режущих кромок сверла и вывода стружки наружу. Передняя часть сверла (рис. 160, в) заточена по двум коническим поверхностям и имеет переднюю поверхность, заднюю поверхность, две режущие кромки , соединенные перемычкой (поперечной кромкой). Две узкие ленточки (фаски), идущие вдоль винтовых канавок сверла, служат для правильного направления и центрировакия сверла.
Угол при вершине сверла 2φ обычно равен 116 - 118°. Для сверления твердых материалов этот угол увеличивают до 140°, а для сверления мягких материалов его уменьшают до 90°.
Сверла изготовляют из легированной стали 9ХС, быстрорежущей стали Р9 и Р18, а также из легированной стали с припаянными пластинками твердого сплава.
Сверла, оснащенные пластинками твердого сплава, показаны на рис. 161. Сверла с прямыми канавками (рис. 161, а) проще в изготовлении, но выход стружки из отверстия у них затруднен; их обычно применяют при сверлении чугуна и других хрупких металлов, когда глубина отверстия не превышает двух-трех диаметров. Сверла с винтовыми канавками (рис. 161, б) легче выводят стружку из отверстия, поэтому их рекомендуется применять при сверлении вязких материалов.
2. Затачивание спиральных сверл
Затачивание спиральных сверл производят на специальных заточных станках. Однако токарю иногда приходится затачивать сверла вручную на обычном точиле.
При затачивании сверл нужно соблюдать следующие условия:
1. Режущие кромки сверла должны быть симметричны
, т. е. расположены под определенными и равными углами к оси сверла и иметь одинаковую длину.
2. Поперечная кромка (перемычка) должна быть расположена под углом 55° к режущим кромкам (рис. 160, в.).
Заточенное таким образом сверло будет работать хорошо.
На рис. 162 показаны отверстия, получаемые при сверлении правильно и неправильно заточенными сверлами. При одинаковой длине режущих кромок (рис. 162, а) диаметр просверленного отверстия равен диаметру сверла. Если же одна кромка длиннее другой (рис. 162, б), то диаметр отверстия получается больше диаметра сверла. Это может привести к браку и быстро вывести сверло из строя ввиду неравномерной нагрузки режущих кромок.
Правильность затачивания сверла проверяется специальным комбинированным шаблоном с тремя вырезами (рис. 163, а); одним из вырезов проверяют угол при вершине сверла и длину режущих кромок (рис. 163, б), вторым вырезом - угол заострения режущей кромки на наружном диаметре сверла (рис. 163, в), третьим - угол между перемычкой и режущей кромкой (рис. 163, г).
3. Закрепление сверл
Способ закрепления сверла зависит от формы его хвостовика. Сверла с цилиндрическим хвостовиком закрепляют в пиноли задней бабки посредством специальных патронов (рис. 164); сверла с коническим хвостовиком закрепляют непосредственно в коническом отверстии пиноли задней бабки (рис. 165). Конические хвостовики у инструментов, а также конические отверстия в шпинделях и пинолях токарных станков изготовляются по системе Морзе. Конусы Морзе имеют номера 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6; каждому номеру соответствует определенный размер. Если конус сверла меньше конического отверстия пиноли задней бабки, то на хвостовик 1 сверла надевают переходную втулку 2 (рис. 166) и затем втулку вместе со сверлом вставляют в отверстие пиноли задней бабки станка.
Перед тем как вставить сверло в пиноль задней бабки, необходимо тщательно очистить от грязи хвостовик сверла, а также отверстие пиноли.
Чтобы удалить сверло из пиноли задней бабки, следует поворачивать маховичок до тех пор, пока пиноль не будет затянута в корпус задней бабки до крайнего положения. В этом положении винт упрется в торец хвостовика и вытолкнет его.
4. Приемы сверления
Подготовка к сверлению . При сверлении отверстия длиной больше двух диаметров сверла рекомендуется сначала отверстие жестко закрепленным в пиноли коротким Тогда последующее сверло будет лучше направляться и его меньше будет уводить в сторону.
Подача сверла . Подачу сверла производят вращением маховичка задней бабки (рис. 165).
При сверлении глубокого отверстия спиральным сверлом нужно время от времени выводить сверло из отверстия на ходу станка И удалять из стружку; этим предотвращается поломка сверла. Необходимо также следить за тем, чтобы при сверлении нормальными сверлами глубина отверстия не была больше длины спиральной канавки сверла, так как иначе стружка не сможет выходить из канавок и сверло сломается.
Сверление глухих отверстий . Для сверления отверстий заданной длины удобно пользоваться рисками с на пиноли задней бабки (см. рис. 165). Вращением ма-выдвигают сверло, пока оно не углубится в материал де-всей заборной частью, и замечают при этом соответствующую риску на пиноли. Затем, вращая маховичок задней бабки, перемещают пиноль до тех пор, пока она не выйдет из корпуса на нужное число делений.
Когда на пиноли нет делений, можно применить следующий способ. Отмечают на сверле мелом требуемую длину отверстия и перемещают пиноль, пока сверло не углубится в метки.
Иногда при сверлении слышится характерный металлический визг. Это является признаком перекоса отверстия или затупления сверла. В подобных случаях надо немедленно прекратить подачу, остановить станок, выяснить и устранить причину визга.
Прежде чем остановить станок во время сверления, нужно вывести сверло из отверстия. Останавливать станок в то время, когда сверло находится в отверстии, нельзя, это может привести к заеданию сверла и его поломке.
5. Режимы резания при сверлении и рассверливании
Скорость резания при сверлении углеродистой стали средней твердости, серого чугуна и бронзы сверлами из быстрорежущей стали можно принимать равной 20-40 м/мин.
Подача сверла на токарном станке производится обычно вручную, медленным перемещением пиноли задней бабки, как показано на рис. 165. Слишком большая и неравномерная подача может привести к поломке сверла, особенно при использовании сверл малых диаметров.
Иногда при сверлении применяется и механическая подача (см. рис. 167). В этом случае сверло укрепляется с помощью специальных прокладок или втулки в резцедержателе. При сверлении с механической подачей величину подачи принимают равной: при сверлах диаметром от 6 до 30 мм для углеродистой стали средней твердости - от 0,1 до 0,35 мм1об; для чугуна - от 0,15 до 0,40 мм/об.
При рассверливании поперечная кромка сверла не принимает участия в работе. Благодаря этому значительно уменьшается усилие подачи, уменьшается и увод сверла; это позволяет увеличивать величину подачи примерно в 1½ раза по сравнению с подачей сверла того же диаметра при сверлении в сплошном материале.
Скорость резания при рассверливании можно брать такую же, как и при сверлении.
Сверление и рассверливание стали и алюминия рекомендуется вести с охлаждением эмульсией в количестве не менее 6 л/мин; чугун, латунь и бронзу сверлят и рассверливают без охлаждения. Необходимо, однако, отметить, что ввиду горизонтального расположения обрабатываемых отверстий охладающая жидкость с трудом подается к месту образования стружки. Поэтому для глубокого сверления в трудно обрабатываемых материалах применяют сверла с внутренними каналами, по которым подают охлаждающую жидкость под большим давлением к режущим кромкам.
6. Высокопроизводительные методы работы при сверлении и рассверливании
Замена ручной подачи механической . Новаторы производства в целях механизации подачи сверла применяют простые и дешевые приспособления, облегчающие труд и сберегающие время. Одно из таких приспособлений показано на рис. 167.
Приспособление представляет собой стальную державку 2 с плиткой 1, закрепляемой при помощи болтов 3 в резцедержателе. В державке имеется коническое отверстие для закрепления хвостовика сверла и отверстие для выбивания сверла. Нижняя плоскость плитки 1 прострогана или профрезерована так, что при закреплении ее в резцедержателе сверло точно (без прокладок) устанавливается на высоте центров. Чтобы установить сверло по оси отверстия в горизонтальной плоскости, на нижних салазках суппорта отмечается риска. Такое приспособление очень эффективно при изготовлении большого числа деталей с отверстиями, так как в этом случае сверление производится с механической подачей сверла от суппорта; использование его уменьшает время обработки и облегчает Труд токаря.
Для механизации подачи сверла при сверлении отверстий большого диаметра в условиях мелкосерийного и единичного производства токарем-новатором т. Бучневым изготовлено устройство (рис. 168, а), дающее возможность передвигать заднюю бабку с затратой небольшого усилия. Это устройство заключается в следующем. К плите задней бабки крепят болтами угловой кронштейн 5, в котором помещаются валики 1 и 2. На валике 1 сидит ведущее зубчатое колесо 7 и рукоятка 6. На валике 2 находится зубчатое колесо 3 и колесо 4, сцепляющееся с рейкой станины. Вращение рукоятки 6 через колеса 7 и 3 передается колесу 4, которое катится по рейке станка и передвигает заднюю бабку по станине.
На токарно-винторезном станке 1К62 завода «Красный пролетарий» предусмотрена замена ручной подачи сверла (зенкера, развертки) механической. Для этого в суппорте имеется специальный замок (рис. 168, б), входящий в прилив задней бабки. При помощи такого несложного устройства можно соединить каретку суппорта с плитой задней бабки и, освободив плиту задней бабки от станины, включить наиболее выгодную механическую подачу суппорта.
Производительность труда при этом значительно повышается. Кроме указанного преимущества, такой способ подачи позволяет производить сверление (зенкерование, развертывание) отверстий на необходимую глубину, ведя отсчет по лимбу продольной подачи или пользуясь продольным упором (длиноограничителем).
Использование сверл особой заточки . Для повышения производительности труда новаторы производства применяют подточку перемычки, используют двойную заточку сверл и бесперемычные сверла.
Сверло с двойной заточкой показано на рис. 169, а. Заборная часть его имеет ломаные режущие кромки: вначале короткие под углом 70-75°, а к вершине удлиненные - под углом 116-118°. Такие сверла изнашиваются меньше нормальных и отличаются повышенной стойкостью - в 2 - 3 раза большей при сверлении стали и в 3 - 5 раз большей при сверлении чугуна.
Для уменьшения усилия подачи при сверлении полезной оказывается подточка перемычки на участке ВС (рис. 169, б). При такой подточке не только уменьшается поперечная кромка, но и увеличивается передний угол, что облегчает условия резания.
На рис. 170 показано высокопроизводительное сверло из быстрорежущей стали скоростника - сверловщика Средневолжского станкостроительного завода В. Жирова. Сверло предназначено для сверления чугуна.
Сверло Жирова в отличие от сверла, показанного на рис. 169, а, изготовляется с тройным конусом у вершины, с подточенной передней поверхностью и прорезанной перемычкой. Наличие выемки вместо перемычки значительно облегчает врезание сверла в обрабатываемый металл, благодаря чему в 3-4 раза снижается осевое усилие при сверлении чугуна. Это позволяет увеличить подачу сверла и сократить машинное время, по крайней мере, вдвое.
Для повышения стойкости заборная часть сверла Жирова имеет три ломаные режущие кромки, вначале короткие, образующие угол 55°, затем более длинные - с углом 70° и, наконец, самые длинные - с углом у вершины 118°.
Наличие коротких режущих кромок с углом 55° способствует значительному повышению стойкости сверла (при работе с повышенными подачами) по сравнению с сверлами обычной конструкции.
7. Брак при сверлении и меры его предупреждения
Основной вид брака при сверлении - увод сверла от требуемого направления, чаще всего наблюдаемый при сверлении длинных отверстий.
Увод сверла происходит: при сверлении заготовок, у которых торцовые поверхности не перпендикулярны к оси; при работе длинными сверлами; при работе неправильно заточенными сверлами, у которых одна режущая кромка длиннее другой; при сверлении металла, который имеет раковины или содержит твердые включения.
Увод сверла при работе длинными сверлами можно уменьшить предварительным надсверливанием отверстия коротким сверлом того же диаметра.
Если на пути сверла в материале детали встречаются раковины или твердые включения, то в этом случае предотвратить увод сверла почти невозможно. Его можно только уменьшить путем уменьшения подачи, что в то же время явится средством предупреждения возможной поломки сверла.
Контрольные вопросы
1. Какие типы сверл применяются при сверлении на токарных станках?
2. Назовите элементы спирального сверла.
3. Расскажите о правилах затачивания сверл.
4. Как отразится на размерах отверстия неправильная заточка сверла?
5. Какими способами закрепляются сверла в станок?
6. Расскажите о приемах сверления сквозных отверстий, глухих отверстий:
7. Какое охлаждение применяют при сверлении?
8. Расскажите о передовых способах сверления.
9. Как предупредить увод сверла?
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.
|
Элемент режущей части |
||
|
Угол наклона винтовой канавки |
||
|
Угол между режущими кромками |
||
|
Угол между переходными режущими кромками |
||
|
Длина переходных кромок В=0.2D |
||
|
Угол наклона поперечной кромки |
||
|
Задний угол |
||
|
Длина подточенной поперечной кромки А=0.1D |
||
|
Ширина фаски на передней поверхности |
||
|
Длина подточки перемычки l=0.2D |
||
|
Длина подточки ленточки l 1 =0.1D |
||
|
Задний угол на подточенной части ленточки |
||
|
Ширина оставленной ленточки |
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.
Основными элементами режима резания при сверлении являются скорость резания, подача и глубина резания.
Скоростью резания называется окружная скорость наиболее удаленной от центра сверла точки режущей кромки, измеряемая в метрах в минуту (м/мин
).
Скорости резания при сверлении (работа с охлаждением) конструкционных сталей
Подача |
Диаметр сверла в мм |
||||||||||
Скорость резания в м/мин |
|||||||||||
0,05 |
46 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Скорость резания v определяется по формуле
где D
- диаметр сверла;
n
- число оборотов шпинделя в мин.;
π = 3,14 - постоянное число.
Число оборотов режущего инструмента определяется по формуле
При сверлении или развертывании отверстий важно правильно выбрать скорость резания, при которой инструмент будет работать нормально, т. е. наиболее эффективно.
Таким образом, скорость резания режущего инструмента и подача его на один оборот составляют режим резания.
Режим резания необходимо выбирать таким, чтобы сохранить инструмент от преждевременного износа с учетом максимальной производительности.
Режимы резания можно выбирать по табл. 19 и 20.
Таблица 20
Переводная таблица скоростей резания и чисел оборотов сверл в минуту
Диа- |
Скорость резания в м/мин |
||||||||||
Число оборотов в минуту |
|||||||||||
1 |
3180 |
4780 |
6370 |
7960 |
9550 |
11150 |
12730 |
14330 |
15920 |
19100 |
31840 |
Зная диаметр сверла и материал обрабатываемой детали, находим по табл. 19 и 20 скорость резания, а по скорости резания и диаметру сверла определяем по переводной таблице (или по формуле) число оборотов сверла в минуту. Найденное число оборотов и значение подачи сопоставляют с фактическим числом оборотов шпинделя станка. На каждом станке имеется таблица оборотов шпинделя и подач, которая прикреплена к станку.
При работе сверлами из углеродистой стали величины скорости резания и подачи следует уменьшать на 30 - 40%.
Для уменьшения трения и нагрева инструмента при сверлении применяют охлаждающую жидкость. При обильном применении охлаждающей жидкости при сверлении стали можно увеличить скорость резания примерно на 30 - 35%. Кроме этого, обильное охлаждение облегчает удаление стружки из отверстия. Для нормального охлаждения необходимо к месту сверления подавать не менее 10 л
охлаждающей жидкости в минуту.
При сверлении различных металлов и сплавов рекомендуется применять охлаждающие жидкости, приведенные в табл. 21.
Если во время работы режущая кромка сверла быстро затупляется, то это признак того, что скорость резания выбрана слишком большой и ее надо уменьшить.
При выкрашивании режущих кромок следует уменьшить величину подачи.
Для предупреждения затупления и поломки сверла на выходе из отверстия рекомендуется уменьшать подачу в момент выхода сверла.
Для получения отверстий высокого класса точности развертки в шпинделе станка крепят на специальных качающихся оправках, которые дают возможность развертке занимать требуемое положение в отверстии. Этим устраняется «разбивание» отверстия.
Для получения высокой чистоты обработки отверстия при работе развертку следует смазывать растительным маслом.
Скорость резания при развертывании отверстий в стали принимается равной от 5 до 10 м/мин
, подача - от 0,3 до 1,3 мм/об
.
В табл. 22 приведены величины скорости резания при развертывании отверстий в различных металлах.
Средние скорости резания развертками на сверлильных станках в м/мин
При сверлении отверстия диаметром более 25 мм
рекомендуется производить предварительное сверление сверлом диаметром 8 - 12 мм
, а затем рассверлить отверстие до требуемого диаметра.
Разделение обработки отверстия на два прохода - сверление и рассверливание способствует получению более точного по диаметру отверстия, а также уменьшает износ инструмента.
При сверлении глубокого отверстия необходимо своевременно удалять стружку из отверстия и спиральных канавок сверла. Для этого периодически выводят сверло из отверстия, чем облегчают условия сверления и улучшают чистоту обрабатываемого отверстия.
При сверлении деталей из твердых материалов применяют сверла, оснащенные пластинками из твердого сплава.
Пластинки твердого сплава закрепляют пайкой на медь к державке, изготовляемой из углеродистой или легированной стали.
Скорость резания такими сверлами достигает 50 - 70 м/мин
.
Сверление является значительно более сложным процессом, чем точение; образование стружки протекает в более тяжелых условиях. Это зависит от условий работы сверла и особенностей его конструкции.
В процессе резания затруднены отвод стружки и подача охлаждающей жидкости к режущим кромкам. При отводе стружки возникает значительное трение между ней, поверхностью канавки сверла и отверстия детали. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение, ухудшается теплоотвод от режущих кромок, ускоряется износ сверла и снижается его стойкость. Скорость резания, допускаемая режущими свойствами сверла, зависит от тех же факторов, что и при точении. Кроме того, существенное влияние оказывает глубина сверления.
6.7.1. Стойкость сверла. Зависимость между скоростью и стойкостью Т такая же, как и при точении. С увеличением скорости резко возрастает интенсивность износа сверла, так как увеличиваются работа резания и количество выделяемого тепла и, следовательно, уменьшается его стойкость. Зависимость выражается известной формулой:
, м/мин или , мин.
Величина m обычно колеблется в пределах 0,125…0,5 в зависимости от обрабатываемого материала и материала сверла. Для быстрорежущих сверл m = 0,2 для стали и m = 0,125 для чугуна. Для твердосплавных сверл m = 0,4 для чугуна. При абразивном износе, имеющем место при обработке пластмасс, m = 0,4…0,5. Стойкость Т зависит от диаметра сверла D и свойств обрабатываемого материала: чем больше D , тем выше Т ; причем для хрупких материалов Т выше. Например, стойкость быстрорежущих сверл D ≤ 5 мм равна 15 мин - по стали и 20 мин - по чугуну; для сверл D = 6…50 мм стойкость соответственно равна 25…90 и 35…140 мин. Это объясняется тем, что при одинаковых условиях обработки силы сопротивления резанию чугуна значительно меньше, чем стали. Значения Т , С и m приводятся в нормативах режимов резания при сверлении.
6.7.2. Свойства обрабатываемого материала и материала инструмента влияют на скорость резания по аналогии с точением. Зависимости между скоростью и механическими свойствами материала для быстрорежущих сверл имеют следующие выражения:
V = - при обработке деталей из углеродистых и легированных сталей; и: V = - при обработке деталей из серых и ковких чугунов.
Допускаемая скорость существенно зависит от материала инструмента. Например, сверла из твердого сплава марки ВК6М позволяют увеличить скорость более чем в 3 раза при обработке вязких материалов (сталей) и в 4 раза при обработке хрупких (чугуна) по сравнению с быстрорежущими.
6.7.3. Геометрия и диаметр сверла. Геометрия сверла влияет на теплообразование и теплоотвод от режущих кромок, а следовательно, на интенсивность износа и стойкость сверла. Для повышения стойкости, или скорости резания, допускаемой сверлом, производят специальную заточку сверла, в результате которой улучшается его геометрия. Способы заточки приведены выше.
Экспериментально установлено, что с увеличением диаметра D при неизменных условиях сверления повышается стойкость, или допускаемая сверлом скорость резания. Это объясняется тем, что при увеличении диаметра D увеличивается масса металла, отводящая тепло от режущих кромок, ленточек и рабочих поверхностей в тело сверла, а также в тело детали. По аналогии с точением ширина среза (b = ) влияет незначительно на температуру резания и тепловая напряженность режущей кромки с увеличением диаметра D растет слабо. Видимо, тепловыделение растет менее интенсивно, чем теплоотвод от режущих кромок и поверхностей трения, поэтому стойкость сверла увеличивается.
6.7.4. Подача и глубина сверления. Подача при сверлении влияет по аналогии с точением. При увеличении подачи увеличиваются толщина и сечение среза, возрастает работа резания и количество выделяемого тепла, и, следовательно, уменьшается допускаемая сверлом скорость резания.
Глубина сверления l по мере возрастания усложняет условия резания: ухудшается отвод стружки, удлиняется время контакта стружки с поверхностью канавки сверла и детали, повышается работа трения и деформация стружки, затрудняется подача охлаждающей жидкости в зону резания и в результате сверло сильно нагревается. Поэтому при l = 5∙D скорость резания уменьшают примерно на 25%, а при l = 10∙D - до 59%. Для глубокого сверления применяют сверла специальных конструкций (ружейные, ВТА и др.).
6.7.5. Охлаждающая жидкость необходима особенно при сверлении пластичных металлов и глубоких отверстий. Удаление (вымывание) стружки с большой глубины производят СОЖ под большим давлением в 100…200 МПа. Для этой цели применяют сверла с внутренним подводом охлаждающей жидкости через каналы в конструкции сверла. Охлаждение позволяет увеличить скорость резания на 25…30%.
