Iv. расчет режимов резания при обработке отверстий осевым режущим инструментом

Задание

На вертикально-сверлильном станке 2Н135 сверлят сквозное отверстие диаметром D = 28Н12^(+0,21) на глубину l = 120 мм. Материал заготовки – сталь 40Х с пределом прочности σ_в = 700 МПа, заготовка – прокат горячекатаный. Охлаждение – эмульсией.

Необходимо: выбрать режущий инструмент; назначить режим резания (допускаемую сверлом скорость главного движения резания v, крутящий момент М от сил сопротивления резанию и осевую составляющую силы резания Р_о подсчитать по эмпирическим формулам); определить основное время.

D_Г

D_S

D = 28H12^+0,21

Рис. 2. Эскиз обработки к задаче

Пример решения

Для решения задачи воспользуемся справочной литературой:

1. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. / Под ред.
А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. – т. 2, гл. 1, 3, 4. – М.: «Машиностроение», 2003.

I. По справочнику выбирается:

1. сверло [1; гл.3, табл. 2, с. 178]

2. и устанавливается значения его геометрических элементов и форму заточки [1; гл.3, табл.44, с.214; табл. 47, с.228; табл. 48-50, с.228-229].

По справочнику выбирается сверло спиральное из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком нормальным D = 28 мм (табл. 44). Рабочая часть из быстрорежущей стали Р18 (для обработки обычных конструкционных материалов в условиях динамических нагрузок). Можно использовать также сталь Р6М5 или безвольфрамовые быстрорежущие стали (9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ), которые предпочтительны для инструментов, работающих с ударными нагрузками (табл. 2).

Геометрические параметры:

1 форма заточки – двойная с подточкой поперечной кромки и ленточки ДПЛ для стали и стальных отливок с σ_в > 500 МПа со снятой кромкой (табл. 47)

2 углы сверла: α = 11^о; 2φ = 118^о; ψ = 40 – 60^о (при стандартной заточке ψ = 55^о); ω = 24…32^о, у стандартных сверл диаметром > 10 мм для обработки конструкционной стали ω = 30^о.

II. Назначаются режимы резания [1; гл. 4, с. 358-363; 381-401; 2].

1. Для сверления стали с 500 МПа < σ_в ≤ 800 МПа и диаметре сверла 25 – 30 мм подача (табл. 35) S_о = 0,43 – 0,48 мм/об. Приведенные данные применяют при сверлении отверстий глубиной l ≤ 3D с точностью не выше 12-го квалитета в условиях жесткой технологической системы. Данная глубина отверстия l ≤ 5D (120 ≈ 4,3 D). Поэтому необходимо применить поправочный коэффициент на глубину сверления К_ls = 0,9 при l ≤ 5D. Тогда

S_о = (0,43 – 0,48) ∙ 0,9 = 0,39 – 0,43 (мм/об)

Принимается среднее значение диапазона S_о = 0,41 мм/об.

Корректируется подачу по паспортным данным станка (1; гл.1, табл. 12, с.28). Диапазон подач: S = 0,1 – 1,6 мм/об. Таким образом, выбранная подача соответствует диапазону возможностей станка.

Необходимо проверить принятую подачу по осевой составляющей силы резания, допускаемой прочностью механизма подачи станка. Для этого определяется осевая составляющая силы резания:

Р_о = C_PD^qpS_o^ypK_P.

По справочнику определяются показатели степеней формулы для случая сверления конструкционной стали с указанными прочностными характеристиками инструментом из быстрорежущей стали (табл. 42, с. 385-386):

C_P = 68; q_p = 1,0; y_p = 0,7.

В примечании указано, что рассчитанные по формуле осевые силы при сверлении действительны для сверл с подточенной перемычкой, что соответствует принятой форме заточки сверла.

Учитывая поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания (табл. 9, с.362) K_P = К_Мр,

где К_Мр = (σ_в/75)^np, а n_p = 0,75;

К_Мр = (700/750)^0,75 = 0,93^0,75 = 0,95

Тогда величина Р_обудет равна:

Р_о = 9,81∙ 68 ∙ 28¹∙ 0,41^0,7 ∙ 0,95 = 9404 Н

Необходимо выполнить условие Р_о ≤ Р_max, где Р_max – максимальное значение осевой составляющей силы резания, допускаемой механизмом подачи станка. По паспортным данным станка 2Н135 Р_max = 15000 Н, что больше расчетных величин. Таким образом, выбранная подача S_о = 0,41 мм/об вполне допустима.

В случае перегрузки механизма подачи станка, нужно уменьшить подачу S_о настолько, чтобы выполнить поставленное условие. В этом случае расчет подачи ведется в обратном порядке, исходя из Р_max.

2. Назначается период стойкости сверла [1; гл.4, табл.40, с. 384].

Для сверла из быстрорежущей стали диаметром D = 28 мм при обработке конструкционной стали среднее значение периода стойкости Т = 50 мин.

3. Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла,

По табл. 38 с. 383 определяются значения коэффициента C_v и показателей степеней для обработки конструкционной стали с σ_в до 750 МПа сверлом из быстрорежущей стали (Р6М5) при подаче > 0,2 мм/об при обработке с охлаждением: C_v = 9,8; q = 0,40; у = 0,50; m = 0,20. В примечании указано, что эти данные приведены для сверл с двойной заточкой и подточкой перемычки, т.е. для принятой выше формы заточки сверла.

Учитывая поправочные коэффициенты на скорость главного движения резания: К_Mv (табл.1, с. 358; табл. 2, с.359; табл. 42, с.385):

К_Mv = К_r(750/ σ_в)^nv;

К_r = 1; n_v = 0,9; К_Mv = 1(750/70)^0,9 = 1,065; К_Иv = 1 (табл. 6, с. 361); К_lv = 0,75 (табл. 41, с. 385) принимается в зависимости от отношения глубины отверстия к его диаметру.

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

К_v = К_Mv К_Иv К_lv;

К_v =1,065∙1,0∙0,85 = 0,905

4. Частота вращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резания:

Частота вращения шпинделя корректируется по паспортным данным станка и устанавливается действительная частота вращения: n_д = 250 об/мин.

5. Действительная скорость главного движения резания

6. Крутящий момент сил сопротивления резанию при сверлении

М = С_МD^qmS_o^ymK_p

По табл. 42, с. 385 определяются необходимые значения в соответствии с условиями задачи:

С_М = 0,0345; q_m = 2,0; y_m = 0,8.

Учитывается поправочный коэффициент К_р (табл. 9, с.362). Он уже был определен ранее.

К_р = К_Мр = 0,95.

Тогда крутящий момент М будет равен:

М = 9,81∙0,0345∙28²∙0,4^0,8∙0,95 = 120,99 Н∙м (12,33 кгс∙м).

7. Мощность, затрачиваемая на резание

8. Проверяем, достаточна ли мощность станка. Обработка возможна, если

N_рез ≤ N_шп.

Мощность (кВт) на шпинделе станка N_шп = N_дη. У станка 2Н135 N_д = 4,5 кВт, а η = 0,8. Тогда N_шп = 4,5∙0,8 = 3,9 кВт, т.е. 3,16 < 3,9. Обработка возможна.

В случае перегрузки необходимо определить коэффициент перегрузки
К_п = N_рез/ N_шп.

Далее определяем новое меньшее значение частоты вращения шпинделя станка, при котором будет выполняться условие N_рез = N_шп. При этом исходят из того, что мощность, затрачиваемая на резание, прямо пропорциональна скорости главного движения резания v и частоте вращения шпинделя n:

n = n_д/К_п.

Нужно учитывать также, что электродвигатели металлорежущих станков допускают кратковременную (длительностью до 1 мин) перегрузку на 25% их номинальной мощности.

III. Основное время.

При двойной заточке сверла врезание (мм) y = 0,4D; y = 0,42∙8 ≈ 11(мм). Перебег сверла ∆ = 1…3 мм; принимаем ∆ = 2 мм.

Тогда L = 120 + 11 + 2 = 133 (мм).

Для наглядности результаты расчетов сводим в таблицу:

t, мм	S, мм/об	T, мин	n, об/мин	v, м/мин	To , мин
	0,41			21,98	1,33

В работе рассмотрены примеры определения режимов резания при точении и сверлении. Можно сделать вывод, что правильность расчетов зависит от умений обращаться со справочной литературой, правильного выбора табличных значений и тщательно проведенного расчета. Необходимо имеет ввиду, что рассчитанные параметры необходимо постоянно согласовывать с возможностями станка и рекомендациями, полученными опытным путем. Таким образом, выполненные расчеты подлежат проверке и коррекции.

Примеры расчетов режимов резания в остальных случаях механической обработки металлов резанием можно изучить по предлагаемой литературе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с.

2. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту: Учеб. пособие для техникумов. – М.: «Машиностроение», 1990. – 448 с.

3. Справочник технолога-машиностроителя (в 2-х томах). Т.2. – М.: «Машиностроение», - 2003 г. – 943 с.

4. Ящерицын, П.И. Теория резания: учеб. / П.И. Ящерицын, Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. – МН.: Новое знание, 2005. – 512 с.