Определение режимов резания при сверлении

 

1 Условия обработки

Исходя из заданного диаметра отверстия и обрабатываемого материала, определить материал инструмента, диаметр сверла и его основные размеры.

 

2 Глубина резания t, мм (рисунок 36) [1, с. 381]

t = 0,5 D. (3.1)

Рисунок 36 – Схема резания при сверлении

3 Подача, мм/об

При сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбирают максимально допустимую подачу S (рисунок 37) по прочности сверла [1, табл. 35, с. 381].

Рисунок 37 – Главное движение и движение подачи

4 Скорость резания, м/мин [1, с. 382]

где T – период стойкости, мин [1, табл. 40, с. 384];

значения коэффициента и показателей степени выбираются по справочной литературе [1, табл. 38, с. 383];

– суммарный поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания [1, с. 385].

где – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1, табл. 1-4, с. 358-360];

– коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, табл. 6, с. 361];

– коэффициент, учитывающий глубину сверления [1, табл. 41, с. 385].

 

5 Частота вращения инструмента, об/мин [2, с. 226]

5.1 Определение действительной частоты вращения, об/мин

n _д – действительная частота вращения инструмента (выбираем ближайшее меньшее число из ряда частот вращения шпинделя по паспортным данным станка) (приложение В).

5.2 Фактическая скорость резания, м/мин [2, с. 169]

 

6 Крутящий момент, Н·м [1, с. 385]

где значения коэффициента и показателей степени приведены в справочной литературе [1, табл. 42, с. 385];

– коэффициент, учитывающий фактические условия обработки.

где – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала [1, табл. 9-10, с. 362-363].

 

7 Осевая сила, Н [1, с. 385]

где значения коэффициента и показателей степени приведены в справочной литературе [1, табл. 42, с. 385].

 

8 Мощность резания, кВт [1, с. 386]

Необходимо сравнить полученную мощность с мощностью станка (см. приложение В) и сделать вывод о возможности использования станка данной модели для обработки заготовки.

 

9 Определение номера конуса Морзе хвостовика

Средний диаметр конуса хвостовика [2, с. 192], мм

где D и d ₂ – размеры хвостовика (таблица В.1);

или

где М _кр – момент сопротивления сил резанию, Н·м;

θ = 1^о26'16'' – половина угла конуса (конусность равна 0,05020;
sin θ = 0251);

∆θ = 5' – отклонение угла конуса.

Определив значение d _ср (мм), по ГОСТ 25557-2006 выбирается ближайший больший конус (номер конуса Морзе) и указываются его основные размеры (см. таблицу В.1). Конструкция типового спирального сверла приведена на рисунке 38.

Рисунок 38 – Спиральное сверло с коническим хвостовиком

 

10 Геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла

Необходимо определить форму заточки и размеры элементов лезвий сверла, угол наклона винтовой ка­навки ω, двойной угол в плане 2φ, угол наклона поперечной кромки ψ, задний угол α [1, табл. 47-49, с. 228-229].

Шаг винтовой канавки [2, с. 193], мм

Центровое отверстие выполняется по форме В (ГОСТ 14034-74).

 

11 Толщина сердцевины сверла, мм

Толщина сердцевины сверла d _c влияет на жесткость и виброустойчивость сверла в работе, а следовательно, на его стойкость, и выбирается в зависимости от диаметра сверла D (таблица В.2).

 

12 Обратная конусность, мм

Обратная конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) применяется для уменьшения трения ленточек сверла о стенки обрабатываемого отверстия, но она не должна быть слишком большой, т.к. в этом случае возрастает интенсивность износа инструмента. Размер обратной конусности зависит от диаметра сверла D (таблица В.3).

 

13 Ширина ленточки, мм

Ширина ленточки f ₀ и высота затылка по спинке K выбирается в зависимости от диаметра сверла D (таблица В.4).

14 Ширина пера [2, с. 193], мм

 

. (3.12)

 

15 Определение геометрических элементов профиля фрезы для фрезерования канавки сверла (рисунок 39)

 

Рисунок 39 – Профиль канавочной фрезы

Определение геометрических элементов профиля фрезы для фрезерования канавки сверла выполняется при необходимости графическим или аналитическим способом. Воспользуемся упрощенным аналитическим методом.

Больший радиус профиля, мм [2, с. 193]:

 

где

 

 

 

где D _ф – диаметр фрезы.

Меньший радиус профиля, мм [2, с. 194]:

 

 

где С_к = 0,015ω^0,75.

Ширина профиля, мм [2, с. 194]:

 

В = R ₀ + R_к. (3.18)

 

 

Пример расчета спирального сверла

 

Задание: Рассчитать и сконструировать сверло с коническим хвостовиком из быстрорежущей стали для сверления отверстия диаметром
D = 24 мм и глубиной l = 18 мм, обрабатываемый материал – сталь 50,
σ_В = 750 МПа. Станок вертикально-сверлильный 2Н135.

 

1 Условия обработки

Материал режущей части сверла – Р6М5 (ГОСТ 19265-73).

Материал хвостовика – сталь 40Х (ГОСТ 4543-71).

Исходя из заданного диаметра отверстия, уточняем по ГОСТ 10903-77, имеется ли спиральное сверло указанного размера [1, табл. 45, с. 225]: D = 24 мм.

Основные размеры: L = 271 мм; l = 160 мм.

 

2 Глубина резания

t = 0,5 D = 0,5·24 = 12 мм (3.19)

 

3 Подача [1, табл. 35, с. 381]

S = 0,38 – 0,43 мм/об.

принимаем S = 0,4 мм/об

 

4 Скорость резания

где T = 50 мин [1, табл. 40, с. 384].

= 9,8; q = 0,4; y = 0,5; m = 0,2 [1, табл. 38, с. 383];

где [1, табл. 1- 4, с. 358-360];

= 1 [1, табл. 6, с. 361];

= 1 [1, табл. 41, с. 385].

 

5 Частота вращения инструмента

5.1 Определение действительной частоты вращения

n _д = 355 об/мин (см. приложение В).

 

5.2 Фактическая скорость резания

6 Крутящий момент

где = 0,0345; q = 2; y = 0,8 [1, табл. 42, с. 385];

, [1, табл. 9-10, с. 362-363].

 

7 Осевая сила

где = 68; q = 1; y = 0,7 [1, табл. 42, с. 385].

 

8 Мощность резания

Мощность станка модели 2Н135 по паспорту 4,5 кВт (см. приложение В). Следовательно, выбранные режимы резания удовлетворяют паспортным данным станка.

 

9 Определение номера конуса Морзе хвостовика

Средний диаметр конуса хвостовика

По ГОСТ 25557-2006 выбирается ближайший больший конус, т.е. конус Морзе № 3 с лапкой (см. таблицу В.1). Основные размеры: D = 23,825 мм; D ₁ = 24,1 мм; d ₂ = 19,1 мм; l ₃ = 94 мм; a = 5 мм; е _max = 20 мм.

 

10 Геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла [1, табл. 47-49, с. 228-229]:

Форма заточки – ДП (двойная с подточкой поперечной кромки).

ω = 30° – угол наклона винтовой ка­навки;

2φ = 180° – двойной угол в плане;

ψ = 40-60° – угол наклона поперечной кромки;

α = 11° – задний угол.

Параметры лезвий сверла: b = 4,5 мм; a = 2,5 мм; l = 5 мм; h = 2,5 мм; k = 3,6 мм; l ₁ = 2,5 мм.

Шаг винтовой канавки:

Центровое отверстие выполняется по форме В (ГОСТ 14034-74).

 

11 Толщина сердцевины сверла (см. таблицу В.2)

d _c = 0,14 D = 0,14·24 = 3,36 мм.

12 Обратная конусность сверла (см. таблицу В.3)

∆ = 0,08 мм.

 

13 Ширина ленточки (см. таблицу В.4)

Ширина ленточки f ₀ = 1,6 мм; высота затылка по спинке K = 0,7 мм.

 

14 Ширина пера

= 0,58·24 = 14 мм. (3.29)

 

15 Определение геометрических элементов профиля фрезы для фрезерования канавки сверла

Больший радиус профиля:

где

где D _ф – диаметр фрезы.

Меньший радиус профиля:

Ширина профиля:

В = R ₀ + R_к = 12,05 + 4,6 = 16,65 мм. (3.35)

 

Конструкция спирального сверла представлена на рисунке 40.

 

Рисунок 40 – Спиральное сверло по ГОСТ 10903-77

 

Зенкеры

 

Зенкеры применяются для увеличения диаметров цилиндрических отверстий, с целью повышения их точности и чистоты поверхности, получения отверстий заданного профиля или для подготовки их к дальнейшему развертыванию. Кинематика резания при зенкеровании, подобно сверлению, сводится к вращению зенкера вокруг своей оси и поступательному движению подачи вдоль оси инструмента. Зенкеры позволяют получить отверстия с допуском по 11-12-му квалитетам и обеспечить параметр шероховатости Rz = 20…40 мкм.

 

Конструктивные элементы

Зенкеры, как и сверла, имеют рабочую часть 1 (рисунок 41). Однако у зенкеров рабочая часть имеет не два, а три или более винтовых зуба. Они образованы винтовыми канавками под углом наклона ω 10°-30°. Винтовые зубья соединяются, образуя сердцевину 7, имеющую большую, чем у сверл, площадь поперечного сечения. Благодаря этому зенкеры имеют более высокую жесткость, что позволяет им выравнивать искривленную при сверлении ось отверстия.

 

Рисунок 41 – Цилиндрический зенкер

 

Зенкеры, так же как и сверла, имеют обратную конусность, определяемую уменьшением номинального диаметра на 100 мм длины рабочей части. Длина рабочей части на стандартных зенкерах предусматривает возможность повторных переточек и восстановление изношенных лезвий режущих зубьев.

Ленточка 11 вдоль края винтовой канавки на калибрующей части 2 зенкера необходима для направления его при работе, придает отверстию окончательные размеры и чистоту поверхности.

На режущей части 3, примыкающей к рабочему торцу зенкера, располагаются режущие кромки 8 всех его режущих зубьев. Передними поверхностями 9 зубьев зенкеров являются винтовые поверхности канавок. Задними поверхностями 10 зубьев являются наклонные торцевые поверхности.

Хвостовик 5 с лапкой 6 и шейкой 4 служат для крепления зенкера на станке. Хвостовики бывают конической и цилиндрической формы. Наиболее распространенные зенкеры с коническими хвостовиками.

 

Классификация зенкеров

 

По виду обработки зенкеры делятся на следующие основные группы:

- цилиндрические зенкеры, служащие для расширения цилиндрических отверстий на 1-8 мм (рисунок 42, а);

- цилиндрические зенкеры с направляющей цапфой, предназначенные для обработки цилиндрических углублений под головки винтов (рисунок 42, б);

 

Рисунок 42 – Типы зенкеров

 

- конические зенкеры для обработки конических углублений под головки винтов, гнезд под клапаны, снятия фасок и т.п. (рисунок 42, в);

- торцовые зенкеры для зачистки торцовых плоскостей бобышек, приливов и т.п. (рисунок 42, г).

По способу крепления зенкеры делятся на хвостовые и насадные. Они могут быть цельными и сборными, изготовленными из инструментальных сталей и твердосплавными.

Цилиндрические зенкеры для расширения отверстий наиболее широко распространены в промышленности. Цельный цилиндрический зенкер представлен на рисунке 41.

Как уже было отмечено выше, наиболее часто применяются зенкеры с коническим хвостовиком, но также находят применение и зенкеры с цилиндрическим хвостовиком под быстросменный патрон. Преимуществом этой конструкции является быстрота установки и снятия инструмента. Конический хвостовик дает лучшее центрирование инструмента.

В целях экономии инструментальных материалов зенкеры больших диаметров делают насадными цельными и насадными сборными (рисунок 43).

Рисунок 43 – Зенкеры цилиндрические насадные

Насадные цельные зенкеры (рисунок 43, а) проектируются с винтовыми канавками. Число зубьев у таких зенкеров - 4, их диаметр D 32-80 мм.

Насадной зенкер сборной конструкции, который допускает регулирование диаметра, показан на рисунке 43, б. Зубья могут быть изготовлены из быстрорежущей стали или стали 45 напаянными твердосплавными пластинами. Число зубьев z = 4.

Насадной зенкер, у которого пластины из твердого сплава припаяны непосредственно к корпусу, показан на рисунке 43, в. Зенкеры данного типа делают с четырьмя зубьями, диаметром 34…80 мм.

Чтобы обеспечить соосность цилиндрического углубления с предварительно обработанным отверстием, зенкеры для цилиндрических углублений снабжают направляющей цапфой (см. рисунок 42, б). Она изготавливается как одно целое с зенкером или съемной. Зенкеры со съемной цапфой проще затачивать, так как заточка торцовых зубьев производится при снятой цапфе. У зенкеров же с цапфой, изготовленной как одно целое с корпусом, при переточках стачивается и направляющая цапфа, в результате чего после ряда переточек зенкер становится непригодным для работы.

Сменная направляющая часть расширяет область применения зенкера, так как позволяет устанавливать цапфы разных диаметров и обрабатывать различные поверхности.

Зенкеры для конических углублений (см. рисунок 42, в) предназначены для обработки конических отверстий небольшой глубины. Они имеют прямые зубья с плоской передней поверхностью. В зависимости от размеров число зубьев конического зенкера колеблется от 6 до 12. Также такие зенкеры называются зенковками.

Торцовые зенкеры (см. рисунок 42, г) предназначены для обработки торцовых поверхностей бобышек, различных приливов и т.п. Эти зенкеры имеют зубья, расположенные только на торце, число которых колеблется от 4 до 6. Зубья торцовых зенкеров часто выполняют твердосплавными, особенно при обработке чугуна.