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 N_дв.= 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 Р_max =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.

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, 2j = 118°; 2j 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 ≤ 3D

поправочный коэффициент Кl_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 ≤ 3D), Кl_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 = n_н × Кф_v × Кl_v × Км_v = 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: – С_М = 0,0345; q = 2,0; у = 0,8

осевой силы: – С_Р = 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 K_V, влияющий на скорость резания, определим по формуле:

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

Kм_V = 1,196 ; Kи_V = 1,0 ; Kl_V = 1,0

Число оборотов определим по формуле:

n = n_н × Км_n = 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 l₁ 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

l_{о ГОСТ} ≥ l_{о расч.}

Расчетная длина рабочей части сверла l_о , равна расстоянию от вершины сверла до конца стружечной канавки, может быть определена по формуле:

l_о = l_р + l_вых + l_д + l_в + l_п + l_к + l_ф,

где:

l_р – длина режущей части сверла l_р = 0.3 · d_св = 0.3 · 39,5 = 11.85 мм.;

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

l_д – толщина детали или глубина сверления, если отверстие сквозное

l_д = 100 мм.;

l_в – толщина кондукторной в тулки l_в = 0 ;

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

 l – величина, срезаемая за одну переточку, измеренная в направлении оси,  l = 1 мм.;

i – число переточек i = 40;

l_п = 1 · (40 + 1) = 41 мм.;

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

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

l_к + l_ф = 1,2 · d_св = 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 :

l_{0 ГОСТ} = 200 мм; L = 349 мм.

Положение сварного шва на сверле : l_с = l₀ + (2...3) = 203 мм.

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

d_с = 0,15 · d_св = 0,15 · 39,5 ≈ 6 мм.

Ширина ленточки f_л = (0,45...0,32) · sqrt(d_с) = (0,45…0,32) · 6 = 2,7 мм.

Высота ленточки h_л = (0,05...0,025) · d_с = (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:

l_о = l_к – l_вых – Δ – l_р,

где:

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

l_р – длина режущей части сверла l_р = 0,3 · d_св = 0,3 · 39,5 = 11,85 мм.;

l_к – длина стружечной канавки;

D = 17 мм;

l_о = 200 – 3 – 17 – 11,85 = 168,15 мм.

Число переточек: n = l_o/Dl = 168,15/0,8 = 210 переточек.

Dl – 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.