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 вычисления: 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.