Резание металлов

Аннотация

Аносов В. М. Расчёт оптимального режима резания и сконнструированное спиральное сверло:

Контрольная работа по предмету «Режущий инструмент». – Челябинск : ЮУрГУ, 2008. – 14., библиография литературы – 7 наименования, иллюстрций – 8, 1 лист чертежей формата А3.

В результате выполнения контрольной работы были произведены расчёты оптимального режима резания спиральным сверлом и произведены расчёты затраченного времени. Для выполнения работы был задан обрабатываемый материал и исполняемую работу. Проведя расчёты по выполнению назначеной работы был выбран инструмент, который в последствии требовалось сконструировать. Выбран материал и геометрические параметры сверла, тип и габаритные размеры. Выполнен рабочий чертёж сверла в формате А3.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.
Выбор оборудования

1.1
Общие данные станка

1.2
Общие сведения об обработке

2.
Порядок выполнения работы

2.1
Выбор инструмента

2.2
Выбор режима резания

2.3
Выбор скорости и числа оборотов

2.4
Проверка режима…

3.
Второй этап «Развётывание»

3.1
Выбор подачи

3.2
Выбор скорости резания и числа оборотов

4.
Определение основного технологического времени

5.
Проектирование спирального сверла

5.1
Обоснование выбора материала

5.2
Обоснование выбора геометрии…

5.3
Расчёт и назначение…

Определение количество переточек

6.
Литература

ВВЕДЕНИЕ

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку с целью придать ей заданную форму и размеры указанной точности.

Одним из таких способов является механическая обработка заготовок резанием. Она осуществляется металлорежущим инструментом и ведётся на металлорежущих станках.

Все способы и виды обработки металлов основаны на срезании припуска и преобразования его в стружку, составляют разновидности, определяемые термином «резание металлов».

Самым выгодным режимом резания называется такой, при котором обеспечиваются наибольшая производительность и наименьшая себестоимость обработки при этом не нарушая качества изделия.

При назначении элементов режима резания необходимо наиболее полно использовать режущие свойства инструмента, а также кинематические и динамические данные станка. При этом должно быть обеспечено заданное качество обработанной детали. Назначение режима резания – это выбор скорости, подачи и глубины резания, обеспечивающий требуемый период стойкости инструмента.

Выбор метода расчёта диктуется конкретными условиями.

В основном это затраченное время и качество обработки. Для этого выпущено достаточное количество литературы, которое с изменением технологии и новыми требованиями всё больше пополняется. Единственно что требуется правильно в них ориентироваться и более точно использовать их по назначению.

ЗАДАНИЕ:

На выполнение контрольной работы

по курсу «Режущий инструмент».

Расчитать и сконструировать спиральное сверло из быстрорежущей стали для сверления отверстия ш40
–
глубиной 100
мм.
в заготовке, под последующую технологическую операцию, (отверстие развернуть развёрткой ci

= 40
мм.
).

Материал заготовки – Сталь 45ХН, НВ 207
.

Форму заточки выбрать самостоятельно.

Диаметр сверла выбрать по справочнику.

1. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

1.1
Обработку заготовки проведём на вертикально – сверлильном станке 2А135
представленном на Рис. 1.1.

НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО – СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА
:

Вертикально – сверлильные станки (см.рис. 5.3.) предназначены для выполнения следующих работ:
сверление, рассверливание, зенкерование и развёртывание отверстий, а также нарезание внутренних резьб машинными мечиками.

Сверлильный станок состоит из: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – коробка скоростей; 4 – рукоятки управления механизма скоростей; 5 – рукоятки управления механизма коробки подач; 6 – коробка подач; 7 – рукоятка включения механи-ческой подачи; 8 – рукоятка пуска, останова и реверса шпинделя; 9 – шпиндель; 10 – стол; 11 – рукоятка подъёма стола

ОБЩИЕ ДАННЫЕ СТАНКА
:
Вертикально-сверлильный станок 2Н135

Мощность двигателя Nдв.
= 4,5 кВт.

КПД станка h = 0,8.

Частота вращения шпинделя , об/мин: 31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1440.

Подачи, мм/об: 0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6.

Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи станка Рmax
=15000 Н.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ

Наиболее распрост-раненный метод получения отверстий резанием – сверление
.

Движение резания (главное движение) при сверлении – вращатель-ное
движение, движение подачи – поступательное
. В качестве инструмента при сверлении приме-няются сверла. Самые распространенные из них – спиральные
, предназначены для сверления и рассвер-ливания отверстий, глубина которых не превышает 10
диаметров сверла. Шероховатость поверхности после сверления Ra
= 12,5
¸ 6,3
мкм
., точность по 11
-14
квалитету. Градация диаметров спиральных сверел должна соответствовать: ГОСТ

885
– 64
.

Для получения более точных отверстий (8
– 9
квалитет) с шероховатостью поверхности Ra
= 6,3
¸ 3,2
мкм
., применяют зенкерование. Исполнительные диаметры стандартных зенкеров соответствуют ГОСТ
1677
– 75
.

Развертывание обеспечивает изготовление отверстий повышенной точности (5
– 7
квалитет) низкой шероховатости до Ra
= 0,4
мкм
.

Исполнительные размеры диаметров разверток из инструментальных сталей приведены в ГОСТ 11174
– 65
, с пластинками из твердого сплава в ГОСТ 1173
-65
.

Отличительной особенностью назначения режима резания при сверлении является то, что глубина резания t

= D

/2
, при рассверливании, зенкеровании и развертывании.

При рассверливании отверстий подача, рекомендуемая для сверления, может быть увеличена в 2
раза.

2.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

На вертикально-сверлильном станке 2Н135
обработать сквозное отверстие диаметром 40 Н7
(Ra
= 6,3
мкм
.), l

= 100
мм
. Материал заготовки, сталь 45ХН
НВ 207
.

Механические свойства «Сталь 45ХН» (Данные взяты из справочника сталей)
Состояние поставки КП 395	Сечение 100 – 300 мм.	σ0,2 = 395 МПа	δ5 = 15 %	KCU = 54 Дж /м 2
		σВ = 615 МПа	ψ = 40 %	НВ = 187 – 229

Предназначение материала Сталь 40ХН: – коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты и другие ответственные детали.

Необходимо
: выбрать режущий инструмент, назначить режим резания по таблицам нормативов, определить основное время.

2.1
Выбор инструмента
.

Согласно исходных данных, (заданных по заданию), операция выполняется в два этапа
: сверление, и развёртывание.

Для сверления Сталь 45ХН НВ207
согласно [7] выбираем сверло D

= 39,5
мм
., из стали Р18
, ГОСТ 10903
– 77
заточенное по методу В.И. Жирова, 2
j
= 118
°
; 2
j
0

= 70
°
; для развертывания – цельную развертку D

= 40
мм, j
= 5
° из стали Р18
.

Рис. 2.2 Геометрические и конструктивные

элементы сверла с коническим хвостовиком:

1 – передняя поверхность лезвия; 2 – главная режущяя кромка;

3 – вспомогательная режущая кромка; 4 – главная задняя

поверхность лезвия; 5 – вспомогательная задняя поверхность

лезвия; 6 – вершина лезвия; 7 – крепёжная часть инструмента.

Первый этап

:

2.2
Выбор режима резания
.

Расчет режимов резания выполним в традиционной последовательности с использованием данных работы [7].

2.2.1
Выбор подачи
. Для сверления заготовки
НВ

2.2.2 207
сверлом диаметром 39,5
мм
., выбираем подачу (по таблице 25 стр. 277 [2]),

S
= 0,48
¸ 0,58
мм.
/об
.

При сверлении отверстия глубиной l

≤
3
D

поправочный коэффициент К
l

S

= 1
из этого следует:

S = 0,48 ¸ 0,58 мм.
/об
.

По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной: –

S
= 0,56
мм
./об
.

2
.3 Выбор скорости и числа оборотов
.

Исходя из диаметра сверла 39,5
мм
. (выбранной по таблице 42 стр. 142 [2]) скорость резания для данного случая V
= 21
¸ 24
м.
/мин
., (выбираем по таблице 10 стр. 309 [2] том 1), число оборотов шпинделя вычислим по формуле:

По теоретически найденой частоте вращения шпинделя (принимают ближайшее меньшее значение) подберём число оборотов шпинделя существующие по паспорту станка, оно состовляет n
Н

= 125
об.
/мин
.

Учитывая поправочные коэффициенты на заточку сверла по методу В.И. Жирова (ЖДП) Кф
v

= 1,05
, на длину сверления (l

≤ 3
D

), К
l

v

= 1,0
(таблица 31, стр. 280 [2]) и на механические свойства заготовкм НВ 207
Км
v

= 1,196
(Поправочный коэффициент Км
v

, вычислим по формуле взятой из таблицы 1 стр. 261 [2] том 2):

получаем расчетное число оборотов в минуту:

n = nн
× Кфv
× Кlv
× Кмv
= 125 × 1,05 × 1,0 × 1,196 = 157 об
/мин
.

Ближайшее число оборотов по паспорту станка n
= 125
об/мин. Тогда фактическая скорость резания будет равна

2
.4
Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.

Для установленных условий сверления D

= 39,5
мм
, S
= 0,56
мм
./об
. и

n
= 125
об
./мин
., проведём следующие вычи

сления:

Крутящий момент, Н
·м
, и осевую силу, Н
, при сверлении расчитаем по формулам:

где коэффициэнты: (из таблицы 32, стр. 281 [2] том 2)

крутящий момент: – СМ

= 0,0345
; q

= 2,0
; у
= 0,8

осевой силы: – СР

= 68
; q

= 1,0
; у
= 0,7

Вычислим требуемую мощность затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле: (взятой из [2] стр. 280 том 2)

Вычислим мощность на шпинделе N
шп.

и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, N
е.

N
шп.

= N
дв.

· h
= 4,5
· 0,8
= 3,6
кВт.

Из данного расчёта режима резания, мы видим что станок оказался на пределе мощности, но исходя из запаса прочности станка, данное изделие возможно изготавливать на данном оборудовании, в крайнем случае придётся заменить станок на более мощный.

Второй этап

: Развёртывание

3
.1
Выбор подачи
.

Для развертывания отверстия в Стали
45ХН
НВ
> 200
машинной разверткой D

= 40
мм
., (со вставными ножами из быстрорежущей стали

ГОСТ 883
– 80
с коническим хвостовиком, табл 49 стр. 156 [2] том 2), с чистотой поверхности отверстия Ra
= 1,6
мкм
. рекомендуется подача S
= 1,4
¸ 1,5
мм
./об
. Ближайшая подача по паспорту станка S
= 1,12
мм
./об
.

3
.2
Выбор скорости резания и числа оборотов
.

Для развертывания отверстия диаметром 40
мм
. с подачей S
= 1,12
мм
./об
. рекомендуется число оборотов n
н

= 105
об
./мин
. С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал Сталь
40ХН
НВ
>200
Км
n

= 0,88
. Тогда:

Скорость резания V
, м./мин
., при развёртывания вычислим по формуле:

где: (из таблицы 29 стр. 279 [2] том 2)

С
V

= 10,5
; q

= 0,3
; х
= 0,2
y
= 0,65
; m
= 0,4
.

где: (из таблицы 30 Стр. 280 [2] том 2)

Т
= 80
мин.

Общий поправочный коэффициент KV
, влияющий на скорость резания, определим по формуле:

где: (из таблицы 1 – 4, 6 стр. 261 – 263 [2] том 2)

K
м
V

= 1,196
; K
и
V

= 1,0
; Kl
V

= 1,0

Число оборотов определим по формуле:

n = nн
× Кмn
= 105 × 0,88 = 92 об
/мин.

Ближайшее число оборотов по паспорту станка n
= 90
об
/мин
.

Фактическая скорость резания:

4. Определение основного (технологического) времени.

Величина врезания и перебега инструментов l

1

при работе на проход для сверла с двойной заточкой равна 21
мм
.; для развертки 30
мм
.

При длине отверстия l

= 100
мм
., основное (технологическое) время каждого перехода равно:

Основное время операции:

T0
= t01
+ t02
= 1,73 + 1,29 = 3,02 мин
.

5. Проектирование спирального сверла
.

Обоснование использования инструмента.

Спиральное сверло 39,5
предназначено для сверления сквозного отверстия диаметра 39,5
+
мм
. на глубину 100
мм
. в заготовке детали.

5.1 Обоснование выбора материала режущей и хвостовой части

сверла
.

Для экономии быстрорежущей стали все сверла с цилиндрическим хвостовиком диаметром более 8 мм и сверла с коническим хвостовиком
более 6 мм изготовляются сварными.

В основном, сверла делают из быстрорежущих сталей. Твердосплавные сверла делают для обработки конструкционных сталей высокой твердости (45
...56 HRC
). Исходя из твердости обрабатываемого материала – 207 НВ
, принимаем решение об изготовлении сверла из быстрорежущей стали Р18
ГОСТ 10903
– 77
. Крепежную часть сверла изготовим из стали 40Х
(ГОСТ

454
– 74
).

5.2 Обоснование выбора геометрических параметров сверла
.

Задний угол 

. Величина заднего угла на сверле зависит от положения рассматриваемой точки режущего лезвия. Задний угол имеет наибольшую величину у сердцевины сверла и наименьшую величину – на наружном диаметре. Рекомендуемые величины заднего угла на наружном диаметре приведены в (2, стр.151, табл.44). По этим рекомендациям выбираем: .
= 8°.

Рис. 5.1 Углы спирального сверла в системе координат

а) – статической; б) – кинематической.

Передний угол

. Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок  и угла при вершине 2. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего угла на чертеже не проставляется.

Угол при вершине сверла

. Значение углов 2для свёрл, используемых для различных обрабатываемых материалов приведены в (2, стр.152, табл.46). По этим рекомендациям принимаем: 2118°.

Угол наклона винтовых канавок

. Угол наклона винтовых канавок определяет жесткость сверла, величину переднего угла, свободу выхода стружки и др. Он выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и диаметра сверла. По (6,табл.5) назначаем  = 30°.

Угол наклона поперечной кромки

. При одном и том же угле  определенному положению задних поверхностей соответствует вполне определенная величина угла  и длина поперечной кромки и поэтому угол служит до известной степени критерием правильности заточки сверла. По рекомендациям (2, стр152, табл.46) назначаем:  = 45°.

5.3 Расчет и назначение конструктивных размеров сверла
.

Спиральные сверла одного и того же диаметра в зависимости от серии бывают различной длины. Длина сверла характеризуется его серией. В связи с тем, что длина рабочей части сверла определяет его стойкость, жесткость, прочность и виброустойчивость, желательно во всех случаях выбирать сверло минимальной длины. Серия сверла должна быть выбрана таким образом, чтобы

lо

ГОСТ
≥ lо расч

.

Расчетная длина рабочей части сверла lо

, равна расстоянию от вершины сверла до конца стружечной канавки, может быть определена по формуле:

lо

= lр

+ lвых

+ lд

+ lв

+ lп

+ lк

+ lф

,

где:

lр

– длина режущей части сверла lр
= 0.3 · dсв
= 0.3 · 39,5 = 11.85 мм
.;

lвых

– величина выхода сверла из отверстия lвых
= 3 мм
.;

lд

– толщина детали или глубина сверления, если отверстие сквозное

l

д
= 100
мм
.;

lв

– толщина кондукторной в тулки lв
= 0 ;

lп

– запас на переточку lп
=  l · (i +1), где


l

– величина, срезаемая за одну переточку, измеренная в направлении оси, 
l

= 1 мм.;

i

– число переточек i

= 40
;

lп

= 1
· (40
+ 1
) = 41
мм
.;

lк

– величина, характеризующая увеличение длины сверла для возможности свободного выхода стружки при полностью сточенном сверле;

lф

– величина, характеризующая уменьшение глубины канавки, полученной при работе канавочной фрезы:

lк

+ lф

= 1,2
· dсв

= 1,2
· 39,5
= 47,4
мм
.,

тогда:

l0

= 11,85
+ 3
+ 100
+ 0
+ 41
+ 47,4
= 203,25
мм
.

В соответствии с ГОСТ
10903
– 77
("Сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком") уточняем значения l0

и общей длины L
:

l0

ГОСТ
= 200
мм
; L
= 349
мм
.

Положение сварного шва на сверле : lс

= l0

+ (2
...3
) = 203
мм
.

Диаметр сердцевины сверла dс

выбирается в зависимости от диаметра сверла и инструментального материала (6, стр.12):

dс

= 0,15
· dсв

= 0,15
· 39,5
≈ 6
мм
.

Ширина ленточки fл

= (0,45
...0,32
) · sqrt(dс

) = (0,45
…0,32
) · 6
= 2,7
мм
.

Высота ленточки hл

= (0,05
...0,025
) · dс

= (0,05
…0,025
· 6
= 0,3
мм
.

Хвостовик сверла выполняется коническим – конус Морзе № 4
АТ8 ГОСТ
2848
– 75
(6, табл.2 и 3).

Центровые отверстия на сверлах изготовляются в соответствии с ГОСТ
14034
– 74
(6, рис.5).

Определение количества переточек

.

Общая длина стачивания
:

lо

= lк

– lвых

– Δ
– lр

,

где:

lвых

– величина, характеризующая увеличение длины сверла для возможности свободного выхода стружки при полностью сточенном сверле;

lр

– длина режущей части сверла lр

= 0,3
· dсв

= 0,3
· 39,5
= 11,85
мм
.;

lк
– длина стружечной канавки;

D
= 17
мм
;

lо

= 200
– 3
– 17
– 11,85
= 168,15
мм
.

Число переточек: n
= lo

/D
l

= 168,15
/0,8
= 210
переточек.

D
l

– величина стачивания за одну переточку.

6.0 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. – М.: Машиностроение, 1976.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах. Т.2. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах. Т.2. Под ред. А.А. Малова . – М.: Машиностроение, 1972.

4. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. – М.: Машиностроение, 1967.

5. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 2. – М.: Машиностроение, 1967.

6. Справочник по обработке металлов резанием. Абрамов Ф.Н. и др. – К.: Техника, 1983.

7. Справочник нормировщика-машиностроителя: в 2 т./Под ред. Е.М. Стружестраха. – М.: ГОСИздат, 1961. – Т,2. – 892 с.