Выбор рационального режима резания сводится к подбору наиболее выгодного сочетания подачи и скорости при заданных условиях обработки отверстия, при котором процесс сверления будет наиболее производительным и экономичным, режущие способности инструмента, кинематические возможности и мощность станка будут использованы рационально, технологические требования выполнены. Режим резания назначается в следующей последовательности:

1. Выбирается сверло (тип, материал) и рациональная геометрия его режущей части: форма заточки, величина режущих элементов, углы исходя из условий сверления (обрабатываемого материала, глубины и диаметра сверления и др.)

2. Определяется (по нормативам или расчетным путем) максимально допустимая подача исходя из свойств обрабатываемого материала, прочности сверла, требуемой точности, шероховатости и дальнейшей обработки отверстия. Выбранная подача сверяется с паспортом станка и принимается ближайшая меньшая. Проверяется, допускает ли механизм подачи станка указанную подачу, для чего подсчитывается осевая сила Р 0 , и сравнивается с силой [Р 0 ], допускаемой механизмом подачи станка (по паспорту). Если Р 0 > [Р 0 ], то соответственно уменьшают подачу.

3. Назначается период стойкости сверла Т по нормативам.

4. По выбранным подаче и стойкости определяется скорость (по нормативам или расчетным путем), допускаемая сверлом, и подсчитывается ,об/мин. Расчетная частота вращения сверяется с паспортом станка и принимается ближайшее меньшее. Допускается и ближайшее большее, если оно превышает расчетное не более чем на 5%. Назначив частоту вращения, определяют фактическую скорость резания: м/мин.

5. Определяется мощность резания N е и сопоставляется с мощностью привода на шпинделе станка N шп (N шп = N дв η ). Если N е >N шп , то уменьшают частоту вращения n соответственно отношению и вновь производят корректировку n по паспорту и подсчитывают скорость резания V .

6. По выбранным частоте вращения n и подаче s подсчитывается основное (машинное) время.

В качестве примера приводятся формулы подсчета скорости при обработке стали средней твердости (σ в = 750 МПа) быстрорежущими сверлами с охлаждением при глубине сверления l = 3∙ D и подаче s > 0,2 мм/об (форма заточки сверла ДП):

V = - для сверления;

V = - для рассверливания.

Из анализа приведенных формул следует, что при заданном D целесообразно работать с возможно большей s , так как при ее увеличении V уменьшается не пропорционально s , а в меньшей степени (0,5). Например, при увеличении подачи s в 2 раза скорость резания V уменьшится в 2 0,5 раз, т.е. в 1,4 раза.

Из приведенной ранее зависимости h 3 следует также, что с увеличением подачи износ будет протекать медленнее, чем при увеличении скорости. Поэтому для повышения производительности процесса сверления следует работать с максимальной подачей, допускаемой прочностью сверла и механизмом подачи станка, и технологическими условиями обработки (точностью, шероховатостью). Скорость резания должна соответствовать выбранной подаче.

Подача, допускаемая прочностью сверла, определяется

9.4. Методика расчета режима резания при сверлении

Глубина резания при сверленииt =D /2, гдеD – диаметр сверла.

Подача s . Для получения наибольшей производительности при сверлении выгодно работать с максимально возможной подачей, величина которой определяется прочностью сверла и механизмов станка (механизма подачи и механизма главного движения) и жесткостью технологической системы.

Расчет подачи с учетом прочности сверла. Наибольшая подача, допускаемая прочностью сверла, определяется следующим образом:

где K – коэффициент безопасности, учитывающий увеличение напряжений в сверле при его затуплении. На практике принимаютK = 2,5 при сверлении стали иK = 4 – при сверлении чугуна.

Обозначая
черезC s , а
черезx s , получим окончательно:

. (9.22)

. (9.23)

Расчет подачи с учетом прочности механизмов сверлильного станка . Максимальная подача, допускаемая механизмом главного движения сверлильного станка, определяется из условия, что максимальный крутящий момент, допускаемый данным механизмом (приводится в паспорте станка), должен быть больше крутящего момента на сверле, т.е.

,

.

Следовательно, максимальная подача, мм/об, допускаемая механизмом главного движения,

. (9.24)

Точно таким же образом можно определить наибольшую подачу, допускаемую прочностью реечного колеса механизма подачи. Если обозначим наибольшую силу, допускаемую прочностью механизма подачи Р рейки (приводится в паспорте станка), то наибольшую подачу, допускаемую прочностью рейки, можно определить исходя из следующего условия:

,

где
– осевая сила,

, (9.25)

откуда наибольшая подача, мм/об, допускаемая прочностью реечного колеса,

.

Следовательно, подачу при сверлении необходимо подсчитывать исходя из прочности сверла, а также из значений s 1 иs 2 , допускаемых прочностью механизмов станка.

Выбор элементов режима резания при сверлении следует производить в следующей последовательности:

1) определить максимальную допустимую подачу;

4) проверить соответствие полезной мощности станка и мощности, потребной на сверление (
);

Стойкость сверла обычно принимается равной диаметру сверлаТ = D или по справочным данным.

Скорость резания подсчитывается по формуле

,

откуда расчетное число оборотов шпинделя станка, мин –1 ,

.

Частота вращения корректируется по паспорту станка; обычно принимается ближайшее меньшее значение n д.

При этом действительная скорость резания, м/ мин:

.

Крутящий момент при сверлении определяется как:

.

Подсчитанный М кр сравнивают с крутящим моментом станкаМ ст на данной ступени чисел оборотов (n ст). Должно быть

.

Мощность , кВт, необходимая на резание:

.

Потребная мощность главного электродвигателя станка должна быть

.

Должно соблюдаться условие

где N э – эффективная мощность резания.

Основное (машинное) технологическое время, мин, определяется по формуле

,

где l – глубина сверления, мм;y – величина врезания,
, мм; ∆ – величина перебега, ∆ = (1…2) мм и половине угла при вершине сверла,L – расчетная длина резания.

Пример расчета

На вертикально-сверлильном станке модели 2Н135 сверлят сквозное отверстие диаметром D =28 H 12(+0,21) мм на глубинуl= 120мм. Материал заготовки сталь 45 с временным сопротивлением при растяжении σ в =700МПа (70 кгс/мм 2), заготовка – горячекатаный прокат нормальной точности. СОТС- Укринол-1М (3%). Сверло с двойной заточкой с подточкой поперечной кромки и ленточки. Материал рабочей части спирального сверла-сталь Р6М5 с σ в =850МПа. Углы сверла: 2φ=118 0 ,ψ=55 0 ,α=11 0 ,ω=30 0 .

Назначаем режим резания:

1) t =D / 2= 14 мм

2) для сверления стали с σ в ≤ 80 кгс/мм 2 и диаметре сверла 25…30 мм по таблицам справочника технолога-машиностроителя подача s находится в диапазоне 0,45…0,55 мм/об. Приведенные поправочные коэффициенты на подачу при заданных условиях резания равны единице. Принимаем среднее значение диапазона s=0,5 мм/об. Корректируем подачу по паспортным данным станка в сторону уменьшения: s=0,4 мм/об. Проверяем принятую подачу по осевой составляющей силы резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка. Для этого определяем осевую составляющую силы резания

Для сверления конструкционной стали с σ в =700МПа инструментом из быстрорежущей стали с учетом условий его заточки справочные данные:Ср =68,Х р =1,Ур =0,7.

Поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания Кр = Км р .

Км р =
;n p =0,75;Км р =
= 0,93 0,75 =0,95.

В единицах системы СИ Р 0 =9,81·68·28·4 0,7 0,95 =9404 Н (958,7 кгс).

Для исключения перегрузки механизма подачи станка, необходимо выполнить условие:

Р 0 ≤ Р max ,

где Р max (Р рейки) – максимальное значение осевой составляющей силы резания, допускаемой механизмом подачи станка. По паспортным данным станка 2Н135 Р max =15000 Н. Так как 9404<15000, то назначение подачиs =0,4 мм/об вполне допустимо.

3) назначаем период стойкости сверла по таблицам справочников. Для сверла диаметром 28 мм при сверлении конструкционной стали инструментом из быстрорежущей стали рекомендуемый Т =50 мин. Допустимый износ сверлаh з =0,8…1,0 мм для резания стали сверлами из быстрорежущей стали приD > 20 мм.

4) Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла

.

Коэффициенты и показатели степеней для формулы скорости резания выбираем из справочных таблиц для обработки сквозного отверстия детали из конструкционной углеродистой стали с σв =75 кгс/ мм2 при s> 0,2 мм/об: CV =9,8, xv =0, yv = 0,5, qv =0,4, m=0,2.

Учитывая поправочные коэффициенты на скорость главного движения резания, определяем K М V .

K М V = C м
;

C м =1,n v =0,9,K М V =1 ·
=1,07 0,9 =1,065,K nV =1. Поправочный коэффициент, учитывающий глубину сверления K lV принимается в зависимости от отношенияl/D . Так какl/D = 120/ 28 =4,28, то K lV =0,85.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания K V представляет собой произведение отдельных коэффициентов:

K V = K М V · K nV · K lV ; K V =1,065·1,0·0,85 =0,905.

4) частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения:n ст =250 мин -1 .

5) действительная скорость главного движения резания

.

6) Крутящий момент от сил сопротивления резанию при сверлении

.

По таблицам справочника : C м =0,0345,q м =2,Ум =0,8.

Учитывая поправочный коэффициент Кр , определяемКр = Кмр =0,95.

В единицах СИ крутящий момент принимает следующее значение .

7) мощность, затрачиваемая на резание

8) Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если
4,5·0,8 = 3,6, 3,6 >3,16.

9) основное время

При двойной заточке сверла длина врезания (мм) у=0,4 D ; у=0,4·28=11 мм. Перебег сверла Δ =2 мм. Тогда расчетная длина резанияL =120+11+2=133мм.

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.

Режимы резания при сверлении. Производительность труда при сверлении во многом зависит от скорости вращения сверла и величины подачи, т. е. на какую величину сверло углубляется за один оборот в обрабатываемую деталь.

Но скорость вращения сверла и подача не могут быть беспредельно увеличены - при слишком большой скорости вращения сверло «сгорит», а при слишком большой подаче сломается.

Скорость резания выражается формулой

где v - скорость резания, м/мин; D - диаметр сверла, мм; n - число оборотов шпинделя в минуту; π - число, равное 3,14.

При выборе скорости резания учитывают свойства обрабатываемого материала и материала сверла, диаметр сверла, величину подачи и условия сверления (глубину сверления, наличие охлаждения и др.).

Величина подачи определяется с учетом диаметра сверла. Так, например, при обработке стали средней твердости сверлом диаметром 6 мм допускают подачу 0,15 мм/об; при диаметре сверла 12 мм - 0,25 мм/об; при диаметре сверла 20 мм - 0,30 мм/об и т. д.

Правильный выбор скорости и подачи сверла оказывает большое влияние не только на производительность, ко и на стойкость режущего инструмента и качество обрабатываемого отверстия. Сверло работает лучше при большой скорости резания и малой подаче.

Число оборотов, скорость и подачу можно определять и по таблицам.

Уход за сверлильными станками. Сверлильные станки будут работать с требуемой точностью, производительно и безотказно длительное время лишь в том случае, если за ними будет соответствующий уход.

Уход за сверлильным станком заключается прежде всего в поддержании на рабочем месте чистоты и систематической уборке стружки. Особенно следует оберегать стол от забоин и ржавления. Забоины, остающиеся на столе в результате небрежной работы, снижают точность сверления и ускоряют необходимость проведения ремонта станка.

Чтобы избежать образования забоин и выработки на столе, детали следует устанавливать аккуратно, без ударов и значительных перемещений по столу. Опорные плоскости, которыми деталь устанавливается на стол, должны быть чистыми и не иметь заусенцев.

По окончании работы стол станка и его пазы должны быть тщательно очищены от грязи и стружки, протерты сухими концами и смазаны тонким слоем масла для предохранения от ржавления.

Перед работой необходимо смазать все трущиеся части станка, места смазки и залить масло в масленки.

Во время работы проверяют рукой нагрев подшипников. Нагрев должен быть терпимым для руки. Во избежание несчастного случая перед проверкой степени нагрева подшипников электродвигатель следует остановить и проверку производить при неработающей ременной или зубчатой передачах. Необходимо также следить за тем, чтобы шестерни станка были всегда надежно ограждены.

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.