Расчет и оптимизация режимов резания операции обработки сверлением

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Сарапульский политехнический  институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический  университет»

(СПИ (филиал) ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т Калашникова»)

 

Кафедра «Технология машиностроения, металлорежущие  станки и инструменты»

 

 

 

 

 

 

Практическое задание

по дисциплине «Резание материалов»

«Расчет и оптимизация  режимов резания операции

обработки сверлением».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы 511                                                          Шергин Е.А.                

Проверил: к.т.н.

доцент кафедры ТММСиИ                                               Батинов И.В.                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сарапул

2012

Содержание

 

Введение

1 Глава «Обработка сверлением»

    1.1 Сущность метода обработки       4

    1.2 Оборудования  для обработки       6

    1.3 Режущие  инструменты        6

    1.4 Приспособления  и технологическая оснастка    9

2 Глава «Расчет и оптимизация сверления»

    2.1 Исходные  данные        11

    2.2 Расчет режимов  резания       11

    Заключение          15

    Литература          16

    Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Основной целью оптимизации  операции любого производственного процесса, в том числе и обработки резанием, обеспечивающей изделию необходимое качество (геометрическую точность, точность размеров, шероховатость и т.д.), является достижение максимальной производительности при минимальной себестоимости выполнения операции.

Расчет режимов резания  обычно является одним из этапов разработки технологического процесса изготовления детали и выполняется после выбора металлорежущего станка, если технологический  процесс разрабатывается для  существующего производства (участка, цеха), или предшествует выбору станка, если технологический процесс разрабатывается с целью проектирования нового производства. В последнем случае металлорежущие станки заказываются из числа серийно выпускаемых, а иногда и проектируются специально для выполнения конкретной операции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Обработка сверлением

 

1.1.Сущность метода обработки

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. 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. 1).

.                                                             Рисисунок1

 

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. 2).

 

 

Рисунок 2.                                                         Рисунок 3.

 

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. 3).

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.

 

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, 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  смазочно-охлаждающие жидкости, можно  увеличить стойкость режущего инструмента от 1,5 до 3 раз.

2. Оборудование для обработки

Сверлильные станки — группа металлорежущих станков, предназначенных для получения сквозных и глухих отверстий в сплошном материале, для чистовой обработки, расточки (зенкерования, развёртывания) отверстий, образованных в заготовке каким-либо другим способом, для нарезания внутренних резьб, для зенкования торцовых поверхностей.

Основные узлы сверлильных станков:

• Фундаментная плита.
• Станина.
• Коробка передач.
• Шпиндель.
• Коробка подач и механизм подачи.
• Координатный стол.

Классификация сверлильных станков:

По способу управления

• С ручным управлением.
• Сверлильные станки с ЧПУ.

Основные типы сверлильно-расточных станков:

• Вертикально-сверлильные одно- и многошпиндельные.
• Радиально-сверлильные.
• Горизонтально-сверлильные для глубокого сверления.
• Горизонтально-центровальные.

В настоящее время, в связи с  прогрессом в сфере механообработки, операции сверления все чаще выполняются  на фрезерных или даже токарных станках. В связи с этим использование сверлильных станков существенно сократилось.

3. Режущий инструмент.

Спиральное сверло представляет собой цилиндрический стержень, рабочая часть которого снабжена двумя винтовыми спиральными канавками, предназначенными для отвода стружки и образования режущих элементов.

 

• Рабочая часть
• Режущая часть имеет две главные режущие кромки, образованные пересечением передних винтовых поверхностей канавок, по которым сходит стружка, с задними поверхностями, а также поперечную режущую кромку (перемычку), образованную пересечением задних поверхностей.
• Направляющая часть имеет две вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением передних поверхностей с поверхностью ленточки (узкая полоска на цилиндрической поверхности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки и обеспечивающая направление сверла при резании, а также уменьшение трения боковой поверхности о стенки отверстия).

 

• Хвостовик — для закрепления сверла на станке или в ручном инструменте.
• Поводок для передачи крутящего момента сверлу или лапка для выбивании сверла из конусного гнезда.
• Шейка, обеспечивающая выход круга при шлифовании рабочей части сверла.

Углы сверла

Угол при вершине 2φ=118° и угол наклона винтовой канавки ω=27°.

 

• Угол при вершине 2φ — угол между главными режущими кромками сверла. С уменьшением 2φ увеличивается длина режущей кромки сверла, что приводит к улучшению условий теплоотвода, и таким образом к повышению стойкости сверла. Но при малом 2φ снижается прочность сверла, поэтому его значение зависит от обрабатываемого материала. Для мягких металлов 2φ=80…90°. Для сталей и чугунов 2φ=116…118°. Для очень твердых металлов 2φ=130…140°.
• Угол наклона винтовой канавки ω — угол между осью сверла и касательной к винтовой линии ленточки. Чем больше наклон канавок, тем лучше отводится стружка, но меньше жёсткость сверла и прочность режущих кромок, так как на длине рабочей части сверла увеличивается объём канавки. Значение угла наклона зависит от обрабатываемого материала и диаметра сверла (чем меньше диаметр, тем меньше ω).
• Передний угол γ определяется в плоскости, перпендикулярной режущей кромке, причём его значение меняется. Наибольшее значение он имеет у наружной поверхности сверла, наименьшее — у поперечной кромки.
• Задний угол α определяется в плоскости, параллельной оси сверла. Его значения так же, как и переднего угла, изменяются. Только наибольшее значение он имеет у поперечной кромки, а наименьшее — у наружной поверхности сверла.
• Угол наклона поперечной кромки ψ расположен между проекциями главной и поперечной режущих кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла. У стандартных свёрл ψ=50…55°.

 

Переменные значения углов γ  и α создают неодинаковые условия резания в различных точках режущей кромки.

Углы сверла в процессе резания.

Углы сверла в процессе резания  отличаются от углов в статике, так  же, как и у резцов. Плоскость резания в кинематике получается повёрнутой относительно плоскости резания в статике на угол μ и действительные углы в процессе резания будут следующими:

γ_кин=γ+μ

α_кин=α-μ

Классификация свёрл:

По конструкции рабочей части бывают:

• Спиральные (винтовые) — это самые распространённые свёрла, с диаметром сверла от 0,1 до 80 мм и длиной рабочей части до 275 мм широко применяются для сверления различных материалов.
• Конструкции Жирова — на режущей части имеются три конуса с углами при вершине: 2φ=116…118°; 2φ₀=70°; 2φ₀^'=55°. Тем самым длина режущей кромки увеличивается, и условия отвода тепла улучшаются. В перемычке прорезается паз шириной и глубиной 0,15D. Перемычка подтачивается под углом 25° к оси сверла на участке 1/3 длины режущей кромки. В результате образуется положительный угол γ≈5°.
• Плоские (перовые) — используются при сверлении отверстий больших диаметров и глубин. Режущая часть имеет вид пластины (лопатки), которая крепится в державке или борштанге или выполняется заодно с хвостовиком.
• Для глубокого сверления (L≥5D) — удлинённые винтовые свёрла с двумя винтовыми каналами для внутреннего подвода охлаждающей жидкости. Винтовые каналы проходят через тело сверла или через трубки, впаянные в канавки, профрезерованные на спинке сверла.
• Конструкции Юдовина и Масарновского — отличаются большим углом наклона и формой винтовой канавки (ω=50…65°). Нет необходимости частого вывода сверла из отверстия для удаления стружки, за счет чего повышается производительность.
• Одностороннего резания — применяются для выполнения точных отверстий за счёт наличия напраляющей (опорной) поверхности (режущие кромки расположены по одну сторону от оси сверла).
• Пушечные — представляют собой стержень, у которого передний конец срезан наполовину и образует канал для отвода стружки. Для направления сверла предварительно должно быть просверлено отверстие на глубину 0,5…0,8D.
• Ружейные — применяются для сверления отверстий большой глубины. Изготовляются из трубки, обжимая которую получают прямую канавку для отвода стружки с углом 110…120° и полость для подвода охлаждающей жидкости.
• Кольцевые — пустотелые свёрла, превращающие в стружку только узкую кольцевую часть материала.
• Центровочные — применяют для сверления центровых отверстий в деталях.