Скорость резания v -окружная скорость наиболее уда ленной от оси сверла точки лезвия-определяется по формуле

где D - диаметр сверла, мм;

n - число оборотов сверла в минуту.

Скорость резания является величиной переменной, изменяющейся для различных точек лезвия. В центре сверла скорость равна нулю.

Глубина резания определяется следующим образом: при сверлении в сплошном материале (рисунок 9.)

б – при рассверливании.

б – при рассверливании"

img 9_4. jpg " >

Рисунок 9.4 – Элементы режима резания: а- при сверлении;

б – при рассверливании.

где d -диаметр ранее просверленного отверстия, мм.

Подача s - величина перемещения сверла вдоль оси один оборот. Так как сверло имеет два главных лезвия, подача, приходящаяся каждое лезвие,

Минутную подачу определяют по формуле:

S _м = s .n мм/мин.

Ширину и толщину среза (без учета перемычки) определяют т формулам:

и
.

При определении площади среза перемычка не учитывается, так как погрешность расчета при этом будет невелика.

Площадь среза при сверлении в сплошном материале, приходящаяся на одно лезвие,

.

Площадь среза, соответствующая одному обороту сверла

Подача при сверлении может быть определена по формуле:

где С _s - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала.

При рассверливании величина подачи принимается в 1,5-2 раза больше, чем при сверлении.

9.3 Силы резания и крутящий момент при сверлении

Процесс резания при сверлении имеет много общего с процессом точения. Сверление сопровождается теми же физическими явлениями: тепловыделением, усадкой стружки, наростообразованием и т. д. Вместе с этим процесс сверления имеет свои особенности. Так, образование стружки происходит в более тяжелых условиях, чем при точении. При сверлении затруднителен выход стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости. Кроме того, угол и скорость резания являются переменными по длине лезвия величинами. Это создает неодинаковые условия работы для различных точек лезвия.

Усадка стружки у перемычки больше, чем на периферии сверла, так как по мере приближения к центру увеличивается угол резания и уменьшается скорость резания, что увеличивает деформацию стружки.

Закономерность изменения усадки стружки в зависимости от скорости резания, подачи, смазочно-охлаждающей жидкости я геометрии режущей части сверла примерно такая же, как и при точении.

С увеличением диаметра сверла усадка уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением диаметра возрастает площадь поперечного сечения канавки сверла, что приводит к более свободному образованию стружки. С увеличением глубины сверления усадка повышается. При глубине сверления l = D усадка в 1,7-2 раза больше усадки при l = D . С увеличением глубины сверления затрудняется выход стружки, повышается ее трение о канавку, что вызывает увеличение деформации. Усадка стружки при сверлении также как и при точении, оказывает влияние на величину сил резания.

Рассмотрим силы, действующие на сверло. Предположим, что равнодействующие сил, приложенные к главным лезвиям, находятся в точках А (рисунок 9). Разлагая эти равнодействующие по трем направлениям (как и при точении), получим составляющие силы Р _z Р _y Р _x .

Крутящий момент, необходимый для осуществления сверления, равен сумме моментов тангенциальных сил, действующих на все лезвия сверла. Установлено, что 80% от суммарного момента составляет момент сил Р _z 12% -момент тангенциальных сил вспомогательных лезвий и 8% -момент тангенциальной силы лезвия перемычки.

img13_1.jpg " >

Рисунок 9.5 – Схема сил, действующих на сверло

Сила подачи (осевая сила) равна сумме сил, действующих вдоль оси сверла. Сила Р _x составляет примерно 40% . силы подачи, сила Р _n -57%, силы вспомогательных лезвий, а также силы трения стружки о канавки сверла со- ставляют 3% от силы подачи.

Радиальные силы Р y при правильной заточке сверла (симметричной), как равные по величине и противоположно направленные, уравновешиваются. Крутящий момент и осевое усилие определяют по формулам:

Рис. Схема сил, действующих на сверло

Величина коэффициентов С _m и С ₀ зависит" от свойств обрабатываемого материала, геометрии сверла, смазочно-охлаждающей жидкости и других параметров резания.

Угол наклона винтовой канавки влияет на силы резания, поскольку от него зависит величина переднего угла. С увеличением угла v увеличивается передний угол, а силы резания уменьшаются. Угол в плане w по-разному влияет на величины M _кр и P ₀ . С увеличением угла w возрастает сопротивление внедрению сверла, что приводит к увеличению силы Р _{0 . Одновременно с увеличением угла w уменьшается ширина и увеличивается толщина среза, что способствует уменьшению силы Р z и M кр .}

Элементы режима резания, свойства обрабатываемого материала, смазочно-охлаждающая жидкость и другие условия резания влияют на M _кр и P ₀ так же, как и при точении. Эффективная мощность определяется по формуле:

9. 4 Скорость резания при сверлении

Скорость резания при сверлении, так же как и при точении, зависит от целого ряда факторов и может быть выражена формулой:

где C _v - постоянная для определенной группы обрабатываемого материала; К _M - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала;

К _r , К _и , К _l , K _h K _сож -коэффициенты, учитывающие влияние геометрии сверла, материала его режущей части, глубины сверления, износа сверла и смазочно-охлаждающей жидкости. Из формулы следует, что с увеличением диаметра сверла скорость резания возрастает. Казалось бы, что с увеличением диаметра сверла скорость должна уменьшаться, так как от него зависит глубина резания. С увеличением D возрастает глубина резания, а вместе с ней количество образующегося тепла, что должно привести к снижению скорости. Но с увеличением диаметра действуют другие, превалирующие над первыми, факторы, благоприятно влияющие на стойкость сверла. С увеличением D увеличивается масса металла, что улучшает теплоотвод; возрастает объем стружечных канавок, благодаря чему улучшается отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости; повышается жесткость сверла, вследствие чего снижается его износ.

Влияние материала режущей части сверла учитывается коэффициентом К _и . Если для сверла из быстрорежущей стали принять К _и == 1, то средние значения этого коэффициента для сверл из других материалов следующие: для сверл из инструментальной легированной стали К _и = 0,65, для сверл из углеродистой инструментальной стали К _и = 0,5, для твердосплавных К _и =2-3.

С увеличением глубины сверления условия резания ухудшаются, так как затрудняется отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости. При сверлении отверстий глубиной l > 3 D скорость резания уменьшается и поправочный коэффициент К _l < 1.

При работе сверлом, имеющим износ выше допустимой нормы, скорость резания уменьшается, что учитывается коэффициентом К _h .

Применение смазочно-охлаждающей жидкости позволяет увеличить скорость резания на 40-45%. Особенно большой эффект можно получить, применяя сверла с внутренним охлаждением. Стойкость таких сверл (при равной скорости-резания) в несколько раз выше стойкости обычных.

Машинное (основное) время при сверлении и рассвеливании вычисляется по формуле:

где L – длина прохода в направлении подачи, мм.

L= l+ l ₁ + l ₂ .

где l – глубина сверления, мм;

l ₁ – величина врезания, мм;

l ₂ – величина перебега, мм;

Приближенно для сверл с одинарным углом в плане

L ₁ +l ₂ = 0,3D.

10 ФРЕЗЕРОВАНИЕ

Фрезерование является распространенным видом механической обработки. Фрезерованием в большинстве случаев обрабатываются плоские или фасонные линейчатые поверхности. Фрезерование ведется многолезвийными инструментами - фрезами. Фреза представляет собой тело вращения, у которого режущие зубья расположены на цилиндрической или на торцовой поверхности. В зависимости от этого фрезы соответственно называются цилиндрическими или торцовыми, а само выполняемые ими фрезерование - цилиндрическим или торцовым. Главное движение придается фрезе, движение подачи обычно придается обрабатываемой детали, но может придаваться и инструменту - фрезе. Чаще всего оно является поступательным, но может быть вращательным или сложным.

Процесс фрезерования отличается от других процессов резания тем, что каждый зуб фрезы за один ее оборот находится в работе относительно малый промежуток времени. Большую часть оборота зуб фрезы проходит, не производя резания. Это благоприятно сказывается на стойкости фрез. Другой отличительной особенностью процесса фрезерования является то, что каждый зуб фрезы срезает стружку переменной толщины.

Фрезерование может производиться двумя способами: против подачи и

img10_1.jpg " >

Рисунок 10.1 - Виды фрезерования: а) - против подачи, б) - по подаче, в) - торцовой фрезой. г) - концевой фрезой.

По подаче (рис. 10.1.). Первое фрезерование называется встречным, а второе - попутным. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Встречное фрезерование является основным. Попутное фрезерование целесообразно вести лишь при обработке заготовок без корки и при обработке

материалов, склонных к сильному обработочному упрочнению, так как при фрезеровании против подачи зуб фрезы, врезаясь в материал, довольно значительный путь проходит по сильно наклепанному слою. Износ фрез в этом случае протекает излишне интенсивно.

При работе торцовыми или концевыми фрезами различают симметричное и несимметричное резание. При симметричном резании ось фрезы совпадает с плоскостью симметрии обрабатываемой поверхности, а при несимметричном - не совпадает.

Основными элементами режима резания при фрезеровании являются глубина резания, подача, скорость резания и ширина фрезерования.

Глубиной резания t является толщина слоя металла, срезаемого за один проход. При цилиндрическом фрезеровании она соответствует длине дуги контакта фрезы с обрабатываемым изделием и измеряется в направлении, перпендикулярном оси вращения фрезы, при торцовом - в параллельном.

Под шириной фрезерования В следует понимать ширину обрабатываемой поверхности, измеренную в направлении, параллельном оси вращения цилиндрической или концевой фрезы, а при фрезеровании торцовой фрезой - в перпендикулярном.

Скоростью резания v является окружная скорость режущих лезвий фрезы

где: D - диаметр фрезы, мм;

n - частота вращения фрезы, об/мин.

Подачей называется перемещение обрабатываемой заготовки относительно фрезы. При фрезеровании различают три вида подач:

подача на зуб (s _z , мм/зуб) - величина перемещения заготовки за время

поворота фрезы на один зуб;

подача на оборот фрезы (s _о , мм/об) - величина перемещения заготовки за время одного оборота фрезы;

подача в минуту (или минутная подача, s _м , мм/мин) – величина перемещения заготовки в минуту. Эти подачи связаны между собой зависимостью:

s _о = s _z .z;

s _м =s _o . n;

_{s м} =s _z . . z . n ,

где: z - число зубьев фрезы, n - частота вращения, об/мин.

Плавность работы фрезы зависит от глубины резания, диаметра фрезы и числа зубьев. Она определяется величиной угла контакта фрезы с обрабатываемой заготовкой. Углом контакта d называется центральный угол, соответствующий длине дуги соприкосновения фрезы с обрабатываемой заготовкой-деталью (рисунок 10.2).

_max .

max . "

img10_2.jpg " >

Рисунок 10.2 - схема расчета: а)- угла контакта фрезы ; и б) – максимальной толщины стружки а _max .

Для обеспечения плавности работы фрезы число одновременно работающих зубьев должно быть не менее двух.

Толщина среза при фрезеровании переменная, ее величина зависит от подачи на зуб и угла контакта фрезы:

При расчете режима резания глубина резания t назначается максимально возможной по условиям жесткости технологической системы, ширина фрезерования В определяется размерами обрабатываемой поверхности. Подача на зуб s выбирается по таблицам справочников в зависимости от вида и размеров применяемого инструмента, мощности станка и свойств обрабатываемого материала.

Скорость резания v рассчитывается с учетом величины выбранных элементов режима резания по формуле:

где: С _V - константа, зависящая от свойств обрабатываемого материла;

D -диаметр фрезы, мм;

Т - стойкость фрезы, которая назначается в пределах от 60 до 400 минут в зависимости от вида и размера фрез, мин;

z - число зубьев фрезы; S _z - подача на зуб, мм/зуб.

После расчета режима резания определяется главная составляющая силы резания P _z , , крутящий момент M _кр и потребляемая мощность на резание N :

.

.

Рисунок 10.3 Схема расчета основного технологического времени при фрезеровании

Основное технологическое время T o рассчитывается по формуле:

L= l 1 +l 0 +l 2 ;

Величина врезания l 1 зависит от диаметрам фрезы и глубины резания. Из рисунка видно, что:

Величина перебега l 2 назначается в зависимости от размеров обрабатываемого изделия и диаметра фрезы.

11 ПРОТЯГИВАНИ Е

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Теоретический расчет элементов режима резания выполняют в приведенной ниже последовательности.

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

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

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

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

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

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

Припуски на обработку отверстий

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

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

Лабораторная работа № 6

Расчёт режимов резания при сверлении

Цель работы: научиться рассчитывать наиболее оптимальные режимы резания при сверлении по аналитическим формулам.

1. Глубина резания t , мм. При сверлении глубина резания t = 0,5 D , при рассверливании, зенкеровании и развертывании t = 0,5 (D – d ) ,

где d – начальный диаметр отверстия;

D – диаметр отверстия после обработки.

2. Подача s , мм/об. При сверлении отверстий без ограничивающихся факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу (табл.24). При рассверливании отверстий подача, рекомендованная для сверления, может быть увеличена до 2 раз. При наличии ограничивающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соответствующий поправочный коэффициент, приведенный в примечании к таблице. Полученные значения корректируем по паспорту станка (приложение 3). Подачи при зенкеровании приведены в табл. 25, а при развертывании – в табл.26.

3. Скорость резания v р , м/мин. Скорость резания при сверлении

https://pandia.ru/text/80/138/images/image003_138.gif" width="128" height="55">

Значения коэффициентов С v и показателей степени m , x , y , q приведены для сверления в табл.27, для рассверливания, зенкерования и развертывания – в табл. 28, а значения периода стойкости Т – табл. 30.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,

Кv = Кмv Киv Кιv ,

где Кмv - коэффициент на обрабатываемый материал (см. табл. 1, 3, 7, 8);

Киv – коэффициент на инструментальный материал (см. табл. 4);

Кιv, - коэффициент учитывающий глубину сверления (табл. 29). При рассверливании и зенкеровании литых или штампованных отверстий вводится дополнительно поправочный коэффициент Кп v (см. табл. 2).

4. Частоту вращения n , об/мин, рассчитывают по формуле

https://pandia.ru/text/80/138/images/image005_96.gif" width="180" height="51">

5. Крутящий момент M кр , Н·м, и осевую силу Ро , Н, рассчитывают по формулам:

при сверлении

Мкр = 10 См Dqsy Кр;

Р0 = 10 Ср Dqsy Кр;

при рассверливании и зенкеровании

Мкр = 10 См Dq tx sy Кр;

Р0 = 10 Ср tx sy Кр;

Значения См и Ср и показателей степени q , x , y приведены в табл. 31.

Коэффициент Kp , учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением

Кр = Кмр.

Значения коэффициента Кмр приведены для стали и чугуна в табл. 11, а для медных и алюминиевых сплавов – в табл. 10.

Для определения крутящего момента при развертывании каждый зуб инструмента можно рассматривать как расточной резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящий момент, H·м,

;

здесь sz – подача, мм на один зуб инструмента, равная s/z ,

где s – подача, мм/об, z – число зубьев развертки. Значения коэффициентов и показателей степени см. в табл. 22.

6. Мощность резания Ne , кВт , определяют по формуле:

где n пр - частота вращения инструмента или заготовки, об/мин,

Мощность резания не должна превышать эффективную мощность главного привода станка N е < N э (, где N дв - мощность двигателя, h - кпд станка). Если условие не выполняется и N е > N э , снижают скорость резания. Определяют коэффициент перегрузки рассчитывают новое меньшее значение скорости резания https://pandia.ru/text/80/138/images/image011_47.gif" width="75" height="25 src=">, где Рост – осевая сила станка.

7. Основное время То , мин, рассчитывают по формуле ,

где L – длина рабочего хода инструмента, мм;

Длина рабочего хода, мм, равна L = l + l 1 + l 2 ,

где l – длина обрабатываемой поверхности, мм;

l 1 и l 2 – величины врезания и перебега инструмента, мм (см. приложение 4).

Таблица 1

Поправочный коэффициент К мv , учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания.

Таблица 2

Поправочный коэффициент Кп v , учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания.

Таблица 3

Поправочный коэффициент Км v , учитывающий влияние физико-механических свойств медных и алюминиевых сплавов на скорость резания.

Таблица 4

Поправочный коэффициент Киv , учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

4.1. Основы теории резания металлов. .

Сущность обработки металлов резанием заключается в удалении с поверхности заготовки излишней части металла (припуска). При этом заготовка, превращаясь в изделие, приобретает необходимую форму, размеры и шероховатость поверхности, предусмотренные чертежом.

Обработка металлов резанием производится режущими инструментами на различных металлорежущих станках: токарных, фрезерных, строгальных, сверлильных, шлифовальных и др.

В процессе резания различают: обрабатываемую, обработанную поверхность и поверхность резания (рис. 4.1).

Поверхность, подлежащая обработке, называется обрабатываемой поверхностью. Поверхность, полученная в результате обработки (при сверлении — это цилиндрическая поверхность просверленного отверстия), называется обработанной. Поверхность, образуемая режущей кромкой инструмента в процессе резания, называется поверхностью резания.

Процесс резания при сверлении может быть осуществлен при наличии двух рабочих движений режущего инструмента по отношению к обрабатываемой детали: вращательного движения и подачи (рис. 4.2).

Рис. 4.1.

Рис. 4.2. Рабочие движения при сверлении

Элементы резания при сверлении. В процессе образования отверстий на сверлильных станках сверло одновременно совершает вращательное и поступательное движения. При этом режущие кромки сверла срезают тонкие слои металла у неподвижно закрепленной заготовки, образуя стружку, которая, завиваясь и скользя по спиральным канавкам сверла, выходит из обрабатываемого отверстия. Чем быстрее вращается сверло и глубже перемещается вдоль оси за один оборот, тем быстрее осуществляется процесс обработки.

Частота вращения сверла и его диаметр характеризуют скорость резания, а перемещение его вдоль оси за один оборот определяет толщину срезаемой стружки.

Сверло по сравнению с другими режущими инструментами работает в довольно тяжелых условиях, так как при сверлении затрудняется отвод стружки и подвод смазочно-охлаждающей жидкости.

В отличие от резца сверло является не однолезвийным, а многолезвийным режущим инструментом. В процессе резания при сверлении участвуют не только два главных лезвия, но и лезвие перемычки, а также два вспомогательных лезвия, находящихся на направляющих ленточках сверла, что весьма усложняет процесс образования стружки.

В начале обработки передняя поверхность сверла сжимает прилегающие к ней частицы металла. Затем, когда давление, создаваемое сверлом, становится большим, чем силы сцепления частиц металла, происходит их отделение от обрабатываемой поверхности и образование элементов стружки.

При обработке пластичных металлов (сталей) резанием образуются три вида стружки; элементная (скалывания), ступенчатая, сливная, а при обработке малопластичных металлов (чугун, бронза) —стружка надлома. При сверлении образуются два вида стружки: сливная и надлома. Срезаемая стружка значительно изменяет свою форму (увеличивается по толщине и укорачивается по длине). Это явление называется усадкой стружки.

Основными элементами резания при сверлении являются: скорость. и глубина резания, подача, толщина и ширина стружки (рис. 4.3).

Скорость резания v — путь перемещения режущей кромки сверла относительно обрабатываемой заготовки в единицу времени — определяется по формуле:

v = πDn/1000, где

v — скорость резания, м/мин;

D — диаметр сверла, мм;

n— частота вращения сверла, об/мин;

π — постоянное число, равное 3,14.

Так как диаметр отверстия выражается в миллиметрах, а скорость резания — в метрах, то произведение πD необходимо разделить на 1000.

Величина скорости резания зависит от обрабатываемого материала, диаметра, материала сверла и формы его заточки, подачи, глубины резания и охлаждения.

Подача S (мм/об) - перемещение сверла вдоль оси за один его оборот. Величина подачи при сверлении и рассверливании зависит от заданного параметра шероховатости и точности обработки, обрабатываемого материала, прочности сверла и жесткости технологической системы станка.

Глубина резания t (мм) — расстояние от обрабатываемой поверхности до оси сверла (т.е. радиус сверла). Определяется глубина резания по формуле t = D/2, где D — диаметр сверла, мм.

Толщина среза (стружки) а измеряется в направлении, перпендикулярном режущей кромке сверла, и равна S/2.

Ширина среза (стружки) b измеряется вдоль режущей кромки и равна ее длине.

Таким образом, площадь поперечного сечения среза становится больше с увеличением диаметра сверла.

Рис. 4.3.

Рис. 4.4. Силы, действующие на сверло

Материал при обработке отверстия оказывает сопротивление резанию и снятию стружки. Для осуществления процесса резания с помощью механизма подачи станка к режущему инструменту должна быть приложена сила подачи Р, превосходящая силы сопротивления материала, а к шпинделю станка — крутящий момент Мкр (рис. 4.4).

Сила подачи при сверлении и крутящий момент зависят от диаметра сверла D, величины подачи и обрабатываемого материала; так, например, при увеличении диаметра сверла и подачи они также увеличиваются.

Крутящий момент Мкр (Н*м) станка подсчитывается по формуле Мкр = 9750 Nшп/n, где Nшп — мощность на шпинделе; кВт; n — частота вращения шпинделя, об/мин.

В свою очередь, Nшп = Nст* η , где Nст — мощность электродвигателя станка; η — КПД станка.

Мощность , затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е. Nрез = Nвр +Nпод.

Мощность (кВт), затрачиваемая на вращение, Nвр= Mn/975 000, где M — суммарный момент от сил сопротивления резанию, H*m; n — частота вращения сверла, об/мин.

Расчеты показывают, что мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5—1,5% мощности, затрачиваемой на вращение сверла), и ею можно пренебречь.

Поэтому Nрез = Nвр = Mn/975 000 или N рез = Mv / (3060D). Нагрев инструмента и охлаждение при обработке. В процессе сверления выделяется большое количество теплоты вследствие деформации металла, трения выходящей по канавкам сверла стружки и трения задней поверхности сверла об обрабатываемую поверхность. Основная часть теплоты уносится стружкой, а остальная распределяется между заготовкой и инструментом.

Для предохранения от затупления и преждевременного износа при нагреве режущего инструмента в процессе резания применяют смазочно-охлаждающую жидкость (табл. 4.1), которая отводит теплоту от стружки, заготовки и инструмента. Смазочно-охлаждающая жидкость, смазывая трущиеся поверхности инструмента и заготовки, значительно уменьшает трение и облегчает тем самым процесс резания.

Применяя при обработке отверстий указанные в табл. 4.1 смазочно-охлаждающие жидкости, можно увеличить стойкость режущего инструмента от 1,5 до 3 раз.

4.1. Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при обработке отверстий

Различают две схемы сверления :

Первая: главное движение резания (вращательное) задаётся инструменту. Ему же сообщается поступательное движение подачи. Данная схема характерна для станков сверлильной группы.

Вторая: главное движение резания сообщается заготовке, движение подачи – инструменту. Эта схема реализуется на станках токарной группы.

Глубина резания при сверлении

при рассверливании

Скорость резания при сверлении – это окружная скорость наиболее удалённой от оси сверла точки режущей кромки.

Анализируя последнюю формулу, видно, что при заданном периоде стойкости увеличение подачи требует уменьшения скорости резания. Скорость при рассверливании

Основное (технологическое или машинное) время определяется как частное от деления расчётного пути на скорость относительного перемещения инструмента и заготовки

L p =l+y+Δ - длина расчетного пути инструмента

n – число оборотов шпинделя

S o – подача на оборот.

При сверлении равнодействующую сил сопротивления на режущих кромках можно различить на 3 составляющие:

Р 1 – вертикальная составляющая, параллельная оси. Она совместно с осевой составляющей Р о, действующей на поперечной кромке, определяет осевую силу при сверлении, которая противодействует движению подачи. По её величине рассчитывают на прочность детали узла подачи сверлильного станка.

Р 2 – горизонтальная составляющая, проходящая через ось сверла.

Р 3 – составляющая, направленная по касательной к окружности, на которой располагается данная точка режущей кромки. Касательная составляющая является определяющей не только моменты, но и скорость обработки. Силы Р 3 , действующие на обеих режущих кромках, направлены навстречу друг другу и теоретически должны уравновеситься, однако вследствие неточности заточки сверла, неодинаковости длин кромок и величин j, они не равны. Поэтому в реальных условиях всегда имеет место некоторая равнодействующая DР 3 , направленная в сторону большей составляющей. Под действием этой составляющей происходит разбивка отверстия, то есть его увеличение по сравнению с диаметром сверла. Разбивка отверстия приводит к появлению другой погрешности - увод сверла . Ось отверстия смещается относительно направления подачи. Это происходит вследствие того, что при увеличении диаметра отверстия вследствие разбивания ленточки перестают выполнять свои центрирующие функции. Разбивание отверстия и увод сверла всегда в той или иной степени присущи обработке отверстий двухлезвийным инструментом, каковым и является сверло.

Изготовление сверл

Часть процессов изготовления сверл выполняется по стандартам, часть – по ТУ.

Методы изготовления : резное шлифование (из цельных заготовок 0,5-13 мм), а также продольно-винтовой прокат.

Материал:

Быстрорежущие стали Р6, Р5

Из спрессованных материалов (спеченные) фрезерованием изготавливают сверла с коническим хвостовиком

Наносится износостойкое покрытие TiNO 3

Зенкерование отверстий

Зенкерованием называется процесс обработки отверстий, полученных литьём, штамповкой или механической обработкой с целью повышения точности и снижения шероховатости.

Зенкерование происходит при использовании рабочего инструмента – зенкера.

Этот инструмент имеет от трёх до шести лезвий. Как и у сверла, рабочая часть зенкера включает в себя режущую и калибрующую части. Глубина резания рассчитывается так же, как при рассверливании (полуразность диаметров зенкера и обрабатываемого отверстия).

Зенкер имеет те же углы, что сверло, за исключением угла наклона поперечной кромки: у зенкера она отсутствует, угол наклона канавок ≈10 о -20 о.

Зенкер прочнее сверла. При обработке отверстий по 13-11 квалитету зенкерование может быть окончательной операцией.

Зенкерованием обрабатывают цилиндрические или конические углубления (под головки винтов, гнёзд, под клапаны и др.),сопрягаемые цилиндрические и конические, торцевые и другие поверхности, сквозные и глухие отверстия.

Данный метод считается производительным - он повышает точность предварительно обработанных отверстий, частично исправляет искривление оси после сверления. Для повышения точности обработки используют приспособления с кондукторными втулками.

На практике, кроме зенкерования применяют цекование . Рабочий инструмент – цековка. К цекованию прибегают, когда необходимо получить, пазы, например для уплотнителей, торцевые плоскости, которые являются опорными поверхностями для болтов, винтов или гаек.

Развёртывание

Развёртыванием обрабатывают отверстия диаметром от 3-х до 120 мм. Благодаря чистовому развёртыванию получают шероховатость поверхности, характерную для 7-го квалитета.

Рабочий инструмент – развёртка . Развёртки рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличаются от зенкеров большим числом (6-14) зубьев. Для получения отверстий повышенной точности, а также при обработке отверстий с продольными пазами применяют винтовые развёртки.

Различают рабочую часть развёртки (I) и хвостовик (II) с лапкой для выбивания.

У развёрток малого диаметра хвостовик цилиндрический, развёртки большого диаметра выполняются с коническим хвостовиком.

Рабочая часть развёртки делится на режущую (А) и калибрующую (В) части.

Внутри режущей части различают

1 - заходной конус

2 - режущий конус

Калибрующая часть состоит из

3 - цилиндрической калибрующей части

4 - калибрующей части с обратной конусностью

Разность диаметров этой конусности составляет от 0,03 до 0,05 мм. Обратная конусность выполняется для уменьшения трения и предотвращения увеличения диаметра обрабатываемого отверстия за счёт биения развёртки. Это увеличение может составлять от 0,005до 0,08мм. Для уменьшения разбивки отверстия применяют плавающие самоцентрирующие патроны (оправки), позволяющие компенсировать отклонение оси развёртки от оси шпинделя.

Передний угол развёртки близок к 0. На режущих зубьях задний угол порядка 10 о, зубья калибрующей части имеют прошлифованную площадку и задний угол на них равен 0.

В зависимости от заданной точности обрабатываемого отверстия применяют следующие схемы обработки:

Все инструменты размерные, в массовом производстве применяют комбинированный инструмент – сверло и развертка.

Протягивание

При протягивании пользуются инструментом – протяжкой .

Протягивание – процесс обработки внутренних поверхностей различной формы и плоских наружных поверхностей. Метод применяется в крупносерийном и массовом производстве. Достоинством метода является его высокая производительность при обработке сложных поверхностей с высокой степенью точности.

Принципиальным отличием протягивания является отсутствие движения подачи. Движение резания всегда прямолинейное поступательное. Съём материала в процессе резания (при отсутствии движения подачи) происходит за счёт того, что каждый последующий зуб протяжки имеет размеры больше на некоторую величину t, чем предыдущий.

В протяжке различают

1 - переднюю захватную часть

5 - заднюю захватную часть

3 – режущую часть

4 – калибрующую часть

Шаг зубьев должен обеспечивать равномерный процесс резания, но при этом необходимо стремиться, чтобы длина протяжки была по возможности меньше, для избежания трудностей при термообработке.

Шаг зубьев

Число зубьев

Припуск z=0,5÷1,5 мм

Скорость прошивания V пр =1÷15 м/мин

L – длина протягиваемого отверстия

Зубья отличаются углами заточки. Задний угол резания у режущих зубьев протяжки 24°, передний – 10÷20° при черновой обработке и порядка 5° при чистовой.

В зависимости от сложности контура обрабатываемой поверхности применяются различные схемы протягивания :

1) Профильная схема. Каждый зуб снимает стружку по всему контуру тонкими параллельными слоями. Применяется эта схема при протягивании простых контуров, когда на каждом зубе достаточно просто обеспечить полностью протягиваемый контур.

2) Генераторная схема. Она предусматривает разбивку контура на участки, где режущие зубья снимают стружку также параллельными слоями, и только последние зубья проводят обработку всего профиля.

3) Прогрессивная схема. Её также называют групповой. Данная схема подразумевает разбивку всего контура на узкие участки, с которых материал снимается на всю величину припуска.

Для дробления стружки на зубьях делают канавки в шахматном порядке. Протягивание осуществляется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

Прошиванием называют аналогичную протягиванию обработку более коротким инструментом – прошивкой. При прошивании инструмент испытывает напряжения сжатия, а при протягивании – растяжения, поэтому прошивку выполняют относительно небольшой длины (250-500 мм).

Также применяется в массовом производстве. Предпочтительнее сборные протяжки – со стороны замены зубьев и т.д.

Фрезерование

Фрезерование – это высокопроизводительный метод обработки материалов. При фрезеровании обрабатываются плоские и фасонные поверхности. Контур обработки в последнем случае определяется инструментом – фрезой .

Среди всех лезвийных инструментов фрезы отличаются наибольшим разнообразием. Их различают

По месту расположения зубьев на исходном цилиндре:

Торцевые

Цилиндрические

По способу закрепления на станке:

Хвостовые

Насадные

По способу расположения зубьев на цилиндре:

Прямозубые

С винтовыми зубьями;

По характеру выполняемых работ

Угловые;

Фасонные;

Пазовые;

Шпоночные;

Отрезные;

Зуборезные;

По размеру зубьев:

Мелкозубые;

Фрезы с крупным зубом

Фреза – это многозубый инструмент, представляющий собой исходный цилиндр, на котором размещаются режущие зубья.

Винтовое расположение зубьев обеспечивает равномерность процесса резания, исключая удар каждого зуба о заготовку, поэтому применяется чаще (часть режущей кромки постоянно находится в контакте с обрабатываемой поверхностью).

Число остроконечных зубьев фрезы зависит от её диаметра и определяется по формуле Z=mÖD

m – коэффициент, величина которого зависит от условий работы и конструкции фрезы, причём 0,8

D – диаметр фрезы.

Скорость резания V при фрезеровании определяется частотой вращения шпинделя

Глубина резания t – кратчайшее расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностью

При данном методе обработки часто пользуются параметром, называемым шириной фрезерования В. Ширина фрезерования определяется в направлении, параллельном оси фрезы.

Подача (S) при фрезеровании определяется как величина перемещения фрезы относительно обработанной поверхности за один оборот. Так как перемещение измеряется в мм, то основная размерность [мм/об].

Подача на зуб: S z [мм/зуб]

Подача на оборот: S 0 =S z ×z [мм/об]

z – количество зубьев

Минутная подача S м =S 0 ×n= S z ×z×n [мм/мин]

Машинное время находится как частное от деления пути инструмента на минутную подачу.

Величина врезания у зависит от глубины резания и диаметра фрезы , величина перебега составляет 1÷5 мм.

═══════════════════════════════════

Схемы фрезерования

При фрезеровании движение резания сообщается фрезе, а движение подачи – заготовке. При этом при одном и том же прямолинейном перемещении заготовки, направление движения инструмента может с движением подачи, может быть направлено встречно.

Попутное фрезерование – это вид фрезерования, при котором направления движения резания и движения подачи совпадают. К недостаткам этой схемы относится то, что при касании зуба фрезы о заготовку при максимальном значении толщины стружки a max происходит удар. Условия фрезерования могут усложняться, если заготовка имеет литейную корку. К достоинствам попутного фрезерования относится тот факт, что результирующая усилия резания Р прижимает заготовку к приспособлению, что не требует дополнительных усилий на её закрепление. Изменение толщины стружки от максимального значения до нуля обеспечивает высокое качество обрабатываемой поверхности, то есть низкую шероховатость.

При встречном фрезеровании толщина срезаемого слоя меняется от нуля до a max , поэтому в начальный момент резания фреза может проскальзывать относительно обрабатываемой поверхности, что не позволяет обеспечить высокое качество последней. К тому же результирующая усилия резания Р стремится оторвать заготовку от приспособления, что требует дополнительных усилий для закрепления заготовки. Достоинством метода является возможность работы из-под корки.

Фрезерование проводится на горизонтальных или вертикальных фрезерных станках.