Расчет штучного времени аналитическим методом.
Рис. 2 – эскиз детали
Заготовка: сталь 25ХГМ ГОСТ 4543-71
Деталь крепится в трехкулачковом патроне на вертикально-сверлильном станке с ЧПУ.
Сверлится 4 отверстия ø16 по квалитету h14 с выдерживанием промежуточного размера ø106 по 14 квалитету.
Расчет режимов резания.
При сверлильных работах рекомендуется задавать режимы исходя из мощности используемого оборудования. Наиболее удобный материал режущего инструмента – быстрорежущая сталь (Р18, Р6М5). Подачи при сверлильных работах вычислять по формуле:
S- подача, мм/об
D- диаметр сверла, мм
С- коэффициент, зависящий от обрабатывемого материала и иных технологических факторов (таблица 1)
Kls- коэффициент на подачу, зависящий от условия выхода стружки (таблица 2)
S = 0.047*16 0.6 *0.7 = 0.173 мм/об
Режимы резания при сверлении
Затрачиваемая мощность при сверлении зависит от крутящего момента. Крутящий момент вычисляется по формуле:
Мкр- крутящий момент, воспринимаемый сверлом при резании, Н*м
См, q, y- коэффициенты на крутящий момент при сверлении, зависящий от условий резания (таблица 3)
D- диаметр сверла, мм
S- подача, мм/об
Кмр- коэффициент на крутящий момент, зависящий от механических свойств материала (таблица 4)
М кр = 10*0,0345*16 2 *0,173 0,8 *2,03 = 44,054 Н*м
Для обеспечения жесткости СПИД при сверлении, необходимо устанавливать сверло в патроне с минимальным по возможности вылетом (больше на 3-5 мм чем глубина обрабатываемого отверстия).
Скорость резания при сверлении вычисляется по формуле:
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,
К v = К мv К иv К ιv ,= 0,75*1*1 = 0,75
где К мv - коэффициент на обрабатываемый материал
К иv – коэффициент на инструментальный материал
К ιv , - коэффициент учитывающий глубину сверления
Vр = 7*16 0,4 *0,75/0,173 0,7 *45 0,2 = 25,66 м/мин.
Частота вращения вычисляется по формуле:
n = 1000*25,66/3,14*16 = 510,74 об/мин.
Назначает частоту вращения 500 об/мин.
Расчет времени на данную операцию.
Затраты основного времени:
Т о = L р *i/S*n = 13*4/0.173*500 = 0.15 мин.
Где Lр – длина рабочего хода сверла,
i – количество отверстий.
Затраты вспомогательного времени:
Т в = Т в.у. + Т в.изм = 0,18 + 0,1 = 0,28 мин.
Где Т в.у – время на установку, мин.
Т в.изм – время на измерение, мин.
Оперативное время:
Т оп = Т в + Т о = 0,28+0,15 = 0,43 мин.
Окончательная норма штучного времени:
Где T oi время основных переходов
T bj время вспомогательных переходов
k 1 и k 2 – время на техническое и организационное обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности при одностаночном обслуживании, % от оперптивного времени; k 1 = 2.5, k 2 = 3.
Т шт = 0,43*(1+5,5/100) = 0,45 мин.
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
| Метрическая резьба | Дюймовая резьба | Трубная резьба | |||||||
| Диаметр резьбы | Шаг резьбы, мм | Диаметр отверстия под резьбу | Диаметр резьбы | Шаг резьбы, мм | Диаметр отверстия под резьбу | Диаметр резьбы | Диаметр отверстия под резьбу | ||
| мин. | макс. | мин. | макс. | ||||||
| М1 | 0,25 | 0,75 | 0,8 | 3/16 | 1,058 | 3,6 | 3,7 | 1/8 | 8,8 |
| М1,4 | 0,3 | 1,1 | 1,15 | 1/4 | 1,270 | 5,0 | 5,1 | 1/4 | 11,7 |
| М1,7 | 0,35 | 1,3 | 1,4 | 5/16 | 1,411 | 6,4 | 6,5 | 3/8 | 15,2 |
| М2 | 0,4 | 1,5 | 1,6 | 3/8 | 1,588 | 7,7 | 7,9 | 1/2 | 18,6 |
| М2,6 | 0,4 | 2,1 | 2,2 | 7/16 | 1,814 | 9,1 | 9,25 | 3/4 | 24,3 |
| М3 | 0,5 | 2,4 | 2,5 | 1/2 | 2,117 | 10,25 | 10,5 | 1 | 30,5 |
| М3,5 | 0,6 | 2,8 | 2,9 | 9/16 | 2,117 | 11,75 | 12,0 | - | - |
| М4 | 0,7 | 3,2 | 3,4 | 5/8 | 2,309 | 13,25 | 13,5 | 11/4 | 39,2 |
| М5 | 0,8 | 4,1 | 4,2 | 3/4 | 2,540 | 16,25 | 16,5 | 13/8 | 41,6 |
| М6 | 1,0 | 4,8 | 5,0 | 7/8 | 2,822 | 19,00 | 19,25 | 11/2 | 45,1 |
| М8 | 1,25 | 6,5 | 6,7 | 1 | 3,175 | 21,75 | 22,0 | - | - |
| М10 | 1,5 | 8,2 | 8,4 | 11/8 | 3,629 | 24,5 | 24,75 | - | - |
| М12 | 1,75 | 9,9 | 10,0 | 11/4 | 3,629 | 27,5 | 27,75 | - | - |
| М14 | 2,0 | 11,5 | 11,75 | 13/8 | 4,233 | 30,5 | 30,5 | - | - |
| М16 | 2,0 | 13,5 | 13,75 | - | - | - | - | - | - |
| М18 | 2,5 | 15,0 | 15,25 | 11/2 | 4,333 | 33,0 | 33,5 | - | - |
| М20 | 2,5 | 17,0 | 17,25 | 15/8 | 6,080 | 35,0 | 35,5 | - | - |
| М22 | 2,6 | 19,0 | 19,25 | 13/4 | 5,080 | 33,5 | 39,0 | - | - |
| М24 | 3,0 | 20,5 | 20,75 | 17/8 | 5,644 | 41,0 | 41,5 | - | - |
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
| № варианта | Материал заготовки | D | l | Отверстие | Обработка |
| мм | |||||
| Сталь 10 σв = 35 кгс/мм 2 | 15Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| Сталь 40 σв= 45 кгс/мм 2 | 22Н14 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Серый чугун 200НВ | 16Н14 | Сквозное | Без охлаждения | ||
| Сталь 40 Х σв= 55 кгс/мм 2 | 18Н13 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь 20 Х 170 НВ | 20Н14 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Серый чугун 210 НВ | 10Н14 | Глухое | Без охлаждения | ||
| Сталь 12Х3 σв= 45 кгс/мм 2 | 19,2Н14 | Глухое | С охлаждением | ||
| Сталь 35 Х σв=48 кгс/мм 2 | 24Н14 | Глухое | С охлаждением | ||
| Серый чугун 170 НВ | 18,25 | Сквозное | Без охлаждения | ||
| Сталь 20 σв=38 кгс/мм 2 | 15Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| Сталь 45 σв=44 кгс/мм 2 | 26Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| Ковкий чугун 180 НВ | 24Н12 | Глухое | Без охлаждения | ||
| Сталь 5 Х НМ σв=70 кгс/мм 2 | 18Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь У7А σв=58 кгс/мм 2 | 20Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь 65Г σв = 50 кгс/мм 2 | 25Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Серый чугун 210НВ | 28Н12 | Глухое | Без охлаждения | ||
| Сталь 40 Х 13 σв= 65 кгс/мм 2 | 24Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| Сталь 9 х С σв= 60 кгс/мм 2 | 20Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Ковкий чугун 220 НВ | 26Н12 | Сквозное | Без охлаждения | ||
| Сталь 40 Х С 225 НВ | 8Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь 30Л σв=50 кгс/мм | 6Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь А20 σв=30 кгс/мм 2 | 12Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Сталь 35 σв= 50 кгс/мм 2 | 14Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| Серый чугун 175 НВ | 16Н12 | Глухое | Без охлаждения | ||
| Сталь 40 Г σв= 55 кгс/мм 2 | 16,8Н12 | Глухое | С охлаждением | ||
| 26 | Сталь Х12М δв= 60 кгс/мм 2 | 17,2Н12 | Сквозное | С охлаждением | |
| Сталь ХВГ σв = 55 кгс/мм | 18,25Н12 | Сквозное | С охлаждением | ||
| Серый чугун 170 НВ | 24Н12 | Сквозное | Без охлаждения | ||
| Латунь ЛМцЖ 52-4-1 100 НВ | ЗОН12 | Сквозное | Без охлаждения | ||
| Бронза БрАЖН 11-6-6 200 НВ | 24Н12 | Сквозное | Без охлаждения |
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.
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.
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%.
