Расчет и оптимизация режимов резания операции обработки сверлением

Некоторые виды свёрл: A — по металлу; B — по дереву; C — по бетону; D — перовое сверло по дереву; E — универсальное сверло по металлу или бетону; F — по листовому металлу; G — универсальное сверло по металлу, дереву или пластику. 
Хвостовики: 1, 2 — цилиндрический; 3 — SDS-plus; 4 — шестигранник; 5 — четырёхгранник; 6 — трёхгранник; 7 — для шуруповёртов.

По конструкции хвостовой части бывают:

• Цилиндрические
• Конические
• Четырёхгранные
• Шестигранные
• Трёхгранные
• SDS

По способу изготовления бывают:

• Цельные — спиральные свёрла из быстрорежущей стали марок Р9, Р18, Р9К15 диаметром до 8 мм, либо из твёрдого сплава диаметром до 6 мм.
• Сварные — спиральные свёрла диаметром более 8 мм изготовляют сварными (хвостовую часть из углеродистой, а рабочую часть из быстрорежущей стали).
• Оснащённые твёрдосплавными пластинками — бывают с прямыми, косыми и винтовыми канавками (в том числе с ω=60° для глубокого сверления).
• Со сменными твердосплавными пластинами — так же называются корпусными (оправку к которой крепятся пласты называют корпусом)В основном используются для сверления отверстий от 12 мм и более.
• Со сменными твердосплавными головками — альтернатива корпусным сверлам.

 

По форме обрабатываемых отверстий бывают:

• Цилиндрические
• Конические
4. Приспособление и тех. Оснастка

Станочные приспособления (СП) применяют для установки заготовок на металлорежущие станки. В соответствии с требованиями ЕСТПП различают три вида: СП — специальные (одноцелевые, непереналаживаемые), специализированные (узкоцелевые, ограниченно переналаживаемые), универсальные (многоцелевые, широкопереналаживаемые); семь стандартных систем. СП — универсально-сборные (УСП), сборно-разборные (СРП), универсальные безналадочные (УБЩ неразборные специальные (НСП), универсальные наладочные (УНП), специализированные наладочные (СНП), агрегатные средства механизации зажима (АСМЗ).

Обоснованное применение СП позволяет  получать высокие технико-экономические показатели. Трудоемкость и длительность цикла технологической подготовки производства, себестоимость продукции можно уменьшить за счет применения стандартных систем СП, сократив трудоемкость, сроки и затраты на проектирование и изготовление СП. В условиях серийного машиностроения выгодны системы УСП, СРП, УНП, СНП и другие СП многократного применения. Производительность труда значительно возрастает (на десятки — сотни процентов) за счет применения СП: быстродействующих с механизированным приводом, многоместных, автоматизированных, предназначенных для работы в сочетании с автооператором или технологическим роботом.

Точность обработки деталей  по параметрам отклонений размеров, формы и расположения поверхностей увеличивается (в среднем на 20—40%) За счет применения СП точных, надежных, обладающих достаточной собственной и контактной жесткостью, с уменьшенными деформациями заготовок и стабильными силами их закрепления. Применение СП позволяет обоснованно снизить требования к квалификации станочников основного производства (в среднем на разряд), объективно регламентировать длительность выполняемых операций и расценки, расширить технологические возможности оборудования.

СП состоят из корпуса, опор, установочных устройств, зажимных механизмов (зажимов), привода, вспомогательных механизмов, деталей для установки, направления и контроля положения режущего инструмента. Графические обозначения опор и зажимных механизмов регламентированы ГОСТ 3.1107 — 81.

Опоры и установочные устройства

Для полной ориентации в пространстве заготовку лишают шести степеней свободы, для частичной — трех — пяти степеней свободы. С этой целью применяют основные опоры, число которых должно быть равно числу устраняемых степеней свободы. Для повышения жесткости и виброустойчивости дополнительно используют вспомогательные регулируемые и самоустанавливающиеся опоры. Суммарное число основных и вспомогательных опор может быть больше шести. Однако чем меньше опор, тем проще и дешевле СП.

Установку заготовок плоской  поверхностью применяют при обработке корпусов, рам, плит, пластин на фрезерных, сверлильных, расточных и некоторых других станках.

Регулируемые опоры применяют для установки заготовок с необработанными базами при больших припусках на механическую обработку или заготовок, выверяемых по разметочным рискам. В качестве таких опор используют винты со сферической опорной поверхностью и головками различной формы по ГОСТ 4084—68 — ГОСТ 4086-68 и ГОСТ 4740-68. Самоустанавливающиеся опоры применяют для заготовок сложной формы или с базами, не позволяющими установить заготовку только на постоянные опоры.

Регулируемые опоры без корпуса  устанавливают в неудобных местах. Для этого в корпусе СП растачивают  отверстия под клин и плунжер.

Инструменты и приспособления для разметки

Инструменты со штриховой шкалой

Штангенциркуль для разметчиков

Центроискатели

Центрирующая приставка к штангенрейсмусу

Решающий треугольник

Приспособления для пространственной разметки и для разметки в системе полярных координат

Шарнирная плита

Приспособление для разметки фланцев

Приспособление для координатной разметки

Полярный координатор

Универсальное разметочное приспособленце

Координатно-разметочное устройство

Вспомогательный инструмент для разметки

Приспособление для нанесения делений шкал

Разметочный молоток

Механический кернер

Приспособления и инструмент для обработки отверстий, нарезания резьбы и слесарной обработки

Вспомогательный инструмент для обработки отверстий

Быстродействующий самозажимной сверлильный патрон

Ограничитель глубины зенковки

Оправка для сверления отверстий малого диаметра

Приспособление для сверления отверстий под шплинты

 

2. Расчет и оптимизация сверления

2.1 Исходные данные

На вертикально сверлильном  – станке модели 2Н125 производится сверление  отверстия диаметром D и глубиной L₁ в заготовке высотой Н. Эскиз обработки приведен на (рис. 4), исходные данные к заданию приведены в таблице 1.

Материал заготовки	НВ	Отливка	D (мм)	L1 (мм)	Н (мм)	Охлаждение
Серый чугун	190…200	с коркой	20 Н12(мм)	70	70	без охлаждения

Таблица 1.

2.2 Расчет режимов резания

1. Выбор инструмента. 

При выборе инструментального материала  для изготовления сверла следует принимать во внимание следующие соображения. Для обычных условий сверления углеродистых и низколегированных сталей, имеющих нормальную (НВ 180…220) и пониженную твердость (НВ < 180), можно использовать сверла из стали Р6М5. Эту же марку можно применять при сверлении чугуна с НВ < 200. Для сталей и чугунов 2φ=116…118°.

Обозначение сверла 2300-0249 (нормальный хвостовик) по ГОСТ 10902-77.

l = 140мм, L = 205мм.

2. Определяем глубину резания

При сверлении глубина резания  составляет t=0,5D = 0,5 × 20 = 10 мм

3. Определяем подачу сверла

Подача при сверлении зависит, прежде всего, от диаметра сверла, а  также от физико-механических свойств  обрабатываемого материала, глубины  отверстия и др. факторов.

для сверл с d > 10 мм   S_o = 0,063 × K_S × K_HBS × K_lS × K_1S × d^0,6, мм/об,

де K_S — коэффициент, учитывающий влияние марки обрабатываемого материала (определяется по приложение табл. 1); K_HBS и K_lS — коэффициенты, учитывающие соответственно влияние твердости обрабатываемого материала и глубины отверстия l_о, мм. Эти коэффициенты могут быть определены по табл. 2; K_1S — коэффициент, характеризующий условия сверления: для «обычных» условий сверления K_1S = 1,0, для тяжелых условий K_1S = 0,6. Под тяжелыми условиями подразумевается сверление отверстий в деталях малой жесткости, для получения сквозных отверстий, отверстий на наклонных поверхностях и т.п.

Рассчитанное значение подачи S_о следует уточнить в бóльшую сторону по паспортным данным оборудования и использовать значение S_о ст при дальнейших расчетах. Ряд паспортных значений подачи на оборот S_о ст для некоторых моделей вертикально-сверлильных станков приведен в табл. 3.

K_S = 1,5

K_HBS= (190/НВ)^1,5=(190/200)^1,5= 0,92594

K_lS=1,2 × (d/l)^0,2=1,2 × (20/70)^0,2= 0,9340

K_1S = 0,6

d^0,6=6,034

S_o = 0,063 × 1,5 × 0,925 × 0,934 × 0,6 × 6,034= 0,5 мм/об,

Рассчитанное значение подачи S_о следует уточнить в большую сторону по паспортным данным оборудования и использовать значение S_о ст при дальнейших расчетах. Ряд паспортных значений подачи на оборот S_о ст для некоторых моделей вертикально-сверлильных станков приведен в( приложении табл. 3).

S_о ст = 0,56 мм/об

4. Определяем скорость резания.

Скорость резания при сверлении v для режима нормальной интенсивности может быть рассчитана по формуле:

при сверлении чугуна:

 м/мин,

где Т — заданная стойкость сверла, мин. Рекомендуемое значение стойкости может быть принято по нормативам или подсчитано по приближенным эмпирическим зависимостям, приведенным в( приложении табл. 4 ) (см. также приведенные ниже пояснения по выбору коэффициента K_т).

Поправочный коэффициент K_v, характеризующий влияние марки обрабатываемого материала, находят по табл. 1.

Поправочный коэффициент K_HBS, характеризующий влияние твердости обрабатываемого материала и коэффициент K_lv, характеризующий длину (глубину) обрабатываемого отверстия l₀, выбирают по( приложению табл. 2).

Поправочный коэффициент K_м, характеризующий инструментальный материал сверла, определяют по ( приложению табл. 5)

Поправочный коэффициент K_п характеризует наличие износостойкого покрытия. Для сверл без покрытия принимают K_п =1,0, для сверл с износостойким покрытием K_п = 1,15

Поправочный коэффициент K_т, характеризующий степень точности сверла, определяют по (приложению табл. 6). Сверла повышенной точности класса А1, изготовленные методом вышлифовки канавок и спинок, имеют более высокую стойкость, используются обычно на ответственных работах, на автоматизированном оборудовании, при повышенных требованиях к надежности инструмента и т. п. Такие сверла имеют большую стоимость и изготавливаются, как правило, небольших диаметров.

Поправочный коэффициент K_с характеризует длину рабочей части сверла.

Чаще всего для сверления  отверстий в машиностроении используют сверла средней серии с коническим хвостовиком по ГОСТ 10903-77 (переиздание 1986г.) или с цилиндрическим хвостовиком по ГОСТ10902-77(переиздание 1986г.). Для сверления отверстий малой глубины в массовом и крупносерийном производстве для повышения стойкости рекомендуется применять сверла короткой серии, а для обработки глубоких отверстий — длинные и удлиненные сверла соответствующих серий. Для сверл средней серии длину рабочей части l, мм, можно в первом приближении подсчитать по эмпирической формуле

l = 15d ^0,7, мм.

Зная длину рабочей части  сверла, значение поправочного коэффициента K_с можно подсчитать по формуле

Поправочный коэффициент K_ф, характеризующий форму заточки режущей части сверла, устанавливают согласно( приложению табл. 7).

Т  = 24d ^0,6 =144,8

K_v =1,0

K_HBv = (190/200)^1,0 = 0,95

K_lv = 1,5 × (d/l )^0,4 = 0,908

K_м = 1,0

K_п =1,0

K_т = 1,15

K_с = 1,7 × (20/140 )^0,3 = 0,948

K_ф = 1,2

V= (8,3 ×20^0,35/144,8^0,125 ×0,56^0,475 ) × 1,0 × 0,95 × 0,908 × 1,0 × 1,0 × 1,15 × 0,948 × 1,2 = 20,42 м/мин.

5. Определим частоту вращения шпинделя.

Частоту вращения шпинделя n определяют по формуле

 об/мин

n_шп = 1000 × 20,42/3,14 × 20 = 325 об/мин

Полученное значение n уточняют в меньшую сторону по паспортным данным оборудования. Ряд значений частоты вращения шпинделя n_ст для некоторых моделей универсальных вертикально-сверлильных станков приведены в( приложении табл. 3).

n_шп = 250  об/мин

6. Определяем фактическое значение скорости резания V_ф м/мин

 мм/мин

V_ф = 3,14 × 20 × 250/1000 = 15,7  мм/мин

7. Определим крутящий момент Н×м и осевую силу Н

М_кр = 10С_м × D^q × S^y × К_р

Значение коэффициента крутящего  момента С_м  и показателей степеней q и y  находят по табл. 32 (Справочник технолога машиностроителя том 2)

С_м = 0,021

q = 2

y = 0,8

n = 0,6

К_р = К_мр

К_мр = (НВ/150)ⁿ = (200/150)^0,6 = 1,18

М_кр = 10× 0,021 × 20² × 0,4^0,8 × 1,18 = 47,5 Н× м

Р₀ = 10С_р×  D^q × S^y × К_р

Значение коэффициента осевой силы С_м  и показателей степеней q и y находят по табл. 32, а показателей степени n по (табл. 9 Справочник технолога машиностроителя том 2)

С_м = 42,7

q = 1

y = 0,8

Р₀ = 10×42,7×  20 × 0,4^0,8 × 1,18 = 4837 Н

8. Определяем мощность резания

N_е = М_кр × n_шп/9750 =  47,5 × 250/9750 = 1,21 кВт

n = 1000 × V/9750 = 1000 × 15,7/9750 = 1,6 кВт.

N_п = N_е/η

 η = 0,8 (КПД станка)

N_п = 1,21/0,8 = 1,5

Определяем не догрузку эл.двигателя  станка.

N_дв = (2,2-1,5 /2,2) × 100   = 31%

9.Определяем норму времени с заданными режимами обработки.

 

Время обработки t (мм)	Недогруз Nдв (%)	Скорость резания Vф (мм/мин)	Частота вращения nшп (об/мин)	Подача сверла Sо (мм/об)
33	31	15,7	250	0,56