Скорость резания 2 страница

h = .

Шаг режущих зубьев:

t = (2, 5 2, 8) h.

Для разделения стружки на отдельные узкие участки на режущих зубьях протяжки выполняются в шахматном порядке стружкоразделительные канавки. Шаг стружкоразделительных канавок равен 3 – 8 мм. Рекомендуется выполнять сружкоразделительные канавки с задним углом 3 – 5 ⁰. если режущие зубья не будут иметь стружкоразделительных канавок, то при протягивании металлов, дающих сливную стружку, в канавках будут образовываться кольца стружки. Удалить такую кольцевую стружку после протягивания затруднительно. Наличие стружкоразделительных канавок приводит к разделению кольцевой стружки на ряд участков, что позволяет легко удалить ее, а также улучшить условия резания.

При проектировании протяжек необходимо размеры их зубьев подбирать под стандартные значения, что позволяет сократить номенклатуру инструментов для изготовления протяжек.

Число одновременно работающих зубьев при протягивании определяется по формуле:

Z = ,

Где L – длина протягивания,

t – шаг зубьев.

Обычно в результате деления получается дробное число. Округляя результат до целых чисел в большую сторону, получаем минимальное число одновременно работающих зубьев Z _min.

Калибрующая часть протяжки состоит из четырех-восьми зубьев постоянного диаметра. Основное назначение калибрующих зубьев – восполнять при переточках режущие зубья. Диаметр калибрующих зубьев равен диаметру последнего режущего зуба. Отличие заключается только в том, что задний угол на калибрующих зубьях принимается меньшим, равным 1 – 2 ⁰. Они не имеют стружкоразделительных канавок. На калибрующих зубьях выполняют ленточку шириной 0, 2 – 0, 3 мм, в то время, как на режущих зубьях допускается только контрольная ленточка размером не более 0, 05 мм. Шаг калибрующих зубьев можно принимать равным шагу режущих зубьев. При обработке точных отверстий шаг калибрующих зубьев рекомендуется уменьшать до 0, 06 шага режущих зубьев.

Задняя направляющая часть (концевая часть) служит для направления протяжки при выходе ее из отверстия, препятствует перекосу детали на протяжке и повреждению обработанной поверхности последними калибрующими зубьями. Диаметр ее принимается равным наименьшему диаметру протянутого отверстия, а длина – 0, 5 – 0, 7 длины детали, но не менее 20 мм.

Общая длина протяжки подсчитывается как сумма длин составляющих ее частей. Длина протяжки должна быть меньше величины хода станка. Допускаемая длина ограничивается также жесткостью протяжки (L _доп 40 D) и производственными возможностями инструментального цеха.

Если расчетная длина превышает предельно допустимую величину, проектируют комплектные протяжки, и ведут протягивание в несколько проходов. Длину отдельных протяжек в комплекте рекомендуется делать одинаковой.

Проверка прочности протяжки проводится путем ее расчета на разрыв. В этом случае напряжение определяется по формуле:

,

Где Р _max – наибольшая величина осевой составляющей усилия протягивания.

F _min – наименьшая величина площади поперечного сечения тела протяжки.

На протяжке имеется два опасных сечения:

1.Сечение по хвостовику

2. Сечение по впадине первого зуба.

Усилие протягивания определяется по формуле:

Р _max = Q l,

Где Q – сила резания на 1 мм длины режущей кромки в кг/мм.,

- наибольшая суммарная длина режущих кромок всех одновременно работающих зубьев в мм.

Величину допускаемого напряжения для протяжек из быстрорежущей стали принимают не более 30 – 40 кг / мм ². При недостаточной прочности протяжки уменьшают выбранную толщину среза а или увеличивают шаг зубьев, что приводит к снижению усилий резания. Можно идти также по пути изменения схемы срезания металла и применения так называемых прогрессивных протяжек или протяжек переменного резания.

Протяжки переменного резания имеют режущие зубья, работающие секциями. Они срезают толстые – от 0, 12 до 0, 25 мм, но узкие стружки шириной

b = (1, 1 1, 3) .

В каждой секции прорезные зубья, равные по диаметру, имеют на задней поверхности выкружки, расположенные в шахматном порядке. Благодаря этому у них уменьшается активная длина режущих кромок. Последний зачищающий зуб каждой секции выполняется без выкружек.

Силы резания при протягивании

Сила резания, действующая на каждом зубе протяжки, находящемся в работе, может быть разложена на составляющие:

1. Сила Р _Z, направленная в сторону, обратную движению протяжки

2. Сила Р _Х, перпендикулярная движению протяжки.

Рис. 28

Сила, являющаяся суммой сил Р _Z, действующих на m зубьях, называют суммарной силой Р _{Z Сум}. Суммарную силу преодолевает тяговый механизм станка, и для осуществления силы резания необходимо, чтобы тяговая сила, создаваемая станком Р _Т, была больше Р _{Z Сум}. По суммарной силе определяют мощность, расходуемую на резание:

N _e = .

По суммарной силе также рассчитывают элементы конструкции протяжки на прочность.

Сила Р _Х, создаваемая в основном нормальной силой, действующей на задней поверхности протяжки, по величине значительно меньше силы Р _Z.

Если главные лезвия протяжки непрерывны или расположены друг против друга (круглые, квадратные, шлицевые протяжки), то силы Р _Х, действующие на них, уравновешиваются.

Если против главных лезвий расположены опорные части протяжки (шпоночные протяжки), то силы Р _Х давят на опорные поверхности детали или приспособления, по которым перемещается протяжка, увеличивая трение между ними.

Величина силы Р _Z практически не зависит от формы лезвий протяжки. Эту силу определяют в зависимости от удельной силы резания р и площади аb сечения слоя, срезаемого одним зубом протяжки.:

Р _Z = pab.

Толщина срезаемого слоя а равна подъему зубьев протяжки S _Z, а ширина срезаемого слоя b – рабочей длине главного лезвия.

Удельная сила резания при протягивании определяется по формуле:

Р =

Где С _Р – постоянный коэффициент, зависящий от вида и механических свойств обрабатываемого материала,

- поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно величину переднего угла, заднего угла, применяемую СОЖ и допустимый износ задней поверхности зубьев протяжки.

Показатель степени k в зависимости от вида обрабатываемого материала лежит в пределах 0, 15 -0, 3.

Подставляя выражение для р и проведя преобразования, получим:

Р _Z = C _P S_Z^1-k b К _Р

Где К _Р =

Суммарная сила равна

Формула позволяет определить суммарную силу в любой момент резания протяжкой. Из нее следует, что даже при постоянном подъеме зубьев суммарная сила во времени протягивания не будет оставаться постоянной из-за изменения ширины срезаемого слоя и числа зубьев, одновременно находящихся в резании. Особенно сильно влияет изменение числа зубьев.

Так как, то при малом числе одновременно работающих зубьев уменьшение и возрастание силы при выходе из резания одного зуба и входе другого может составить значительную часть силы. В результате этого протяжка будет работать неравномерно, с рывками, что неблагоприятно сказывается на станке и обрабатываемой детали.

При подборе для определенной операции протягивания станка и расчете протяжки на прочность необходимо знать максимальную суммарную силу. Поэтому в последнем выражении суммирование заменяют умножением, а для каждого зуба ширину срезаемого слоя заменяют максимальной шириной.

После преобразования эта формула имеет вид:

В формуле.

Расчет по формуле дает несколько завышенное значение максимальной суммарной силы.

Применительно к конкретным типам протяжек общее выражение принимает вид:

1. Для круглых протяжек

2. Для шпоночных и шлицевых протяжек

Скорость резания при протягивании

Формула для расчета скорости резания при протягивании имеет вид:

При протягивании стальных деталей протяжками из стали Р18 в качестве СОЖ используется сульфофрезол; чугунные детали протягиваются всухую.

Сверла и сверление (2 ч.)

Назначение и основные типы сверл

Сверла представляют собой режущие инструменты, предназначенные для образования отверстий в сплошном материале. В процессе сверления осуществляются два движения:

1. Вращательное – вокруг оси инструмента

2. Поступательное – вдоль оси инструмента.

Сверла используются также и для рассверливания предварительно просверленных отверстий.

В промышленности распространены различные типы сверл, основные из которых представлены на рис.29.

Наибольшее распространение получили в промышленности спиральные сверла. Они используются при сверлении отверстий диаметром от 0, 25 до 80 мм в различных материалах.

В тех случаях, когда требуется повышенная жесткость инструмента, например, при сверлении твердых поковок, используются также перовые сверла. Они являются самыми простыми по конструкции. Их недостатки: плохое направление в обрабатываемом отверстии и тяжелые условия работы.

Для сверления центровых отверстий применяют специальные центровочные сверла. Простые центровочные сверла напоминают по конструкции обычные спиральные сверла, но общая длина их рабочей части меньше. Они применяются при обработке высокопрочных материалов, когда комбинированные центровочные сверла часто ломаются.

При обработке глухих отверстий применяются сверла для сплошного и кольцевого сверления.

Наиболее простым сверлом для глубокого сверления является пушечное. Это сверло представляет собой полуцилиндр и имеет одну главную режущую кромку, составляющую с осью сверла прямой угол. Для направления по отверстию сверло имеет цилиндрическую поверхность.

С целью уменьшения трения при работе сверло имеет небольшую обратную конусность (диаметр рабочей части сверла уменьшается при перемещении к хвостовику на 0, 03 – 0, 05 мм на 100 мм длины). Сверло работает в напряженных условиях и малопроизводительно.

Ружейное сверло более совершенно, чем пушечное. Такие сверла применяют для обработки глухих отверстий с повышенными требованиями к точности диаметра и прямолинейности оси. Оно имеет лучшее направление и обладает большой стойкостью. Благодаря подводу под давлением непосредственно к режущей кромке через внутреннее отверстие охлаждающей жидкости улучшается отвод стружки. Сверло имеет одну режущую кромку угловой формы. Вершина сверла смещена относительно оси сверла на величину С = (0, 2 0, 25)D. Передняя поверхность сверла выбирается плоской формы. Задняя поверхность наружного участка режущей кромки затачивается по винтовой поверхности, ось которой совпадает с осью сверла. Задняя поверхность внутреннего участка кромки затачивается по плоскости.

С целью повышения производительности и экономии металла применяют кольцевое сверление, при котором процесс резания происходит по кольцевой поверхности. Однако конструкция таких сверл сложна.

При обработке конических отверстий небольшой конусности порядка 1: 50 применяют конические сверла. По конструкции такие сверла подобны обычным спиральным. В отличие от цилиндрического спирального сверла они имеют короткий цилиндрический участок, за которым следует конусный участок. Ленточки конусного участка имеют расположенные в шахматном порядке канавки с шагом примерно 12 мм. На ленточках по всей длине конусного участка выполняется задний угол = 8 10 ⁰. При обработке отверстий в чугунных деталях и неточных отверстий в стальных деталях конические сверла могут полностью заменить конические развертки.

Комбинированные сверла служат для изготовления ступенчатых отверстий. Количество ступеней комбинированных сверл обычно не превышает двух – трех.

Комбинированные сверла могут изготавливаться перешлифовкой обычного спирального сверла. Такая конструкция целесообразна при малом перепаде диаметра.

При значительном перепаде диаметра применяют сверла с чередующимися режущими кромками. У таких сверл каждой паре режущих кромок соответствует своя пара ленточек. Такие сверла допускают значительное число переточек.

Конструкция и геометрия спиральных сверл

Основные элементы и части спирального сверла показаны на рис.30.

Спиральное сверло представляет собой двузубый инструмент. Режущая часть его снабжена двумя режущими кромками и поперечной кромкой. Линии пересечения передних и задних поверхностей сверла образуют режущие кромки.

Задние поверхности воспроизводятся при заточке сверла, и их форма определяется принятым методом заточки. Заточка сверл производится по коническим, винтовым или плоским поверхностям.

Передняя поверхность является частью винтовой поверхности канавки сверла. Угол наклона w винтовой канавки сверла, измеряемый на наружном диаметре сверла, выбирается так, чтобы обеспечить необходимый передний угол и хороший отвод стружки при достаточной жесткости сверла. В среднем угол w=24 30 ⁰.

У сверл, предназначенных для сверления вязких и мягких металлов, угол w увеличивают до 35 – 40 ⁰.

Ширина канавки обычно принимается равной ширине зуба сверла. Угол между режущими кромками, расположенными симметрично относительно оси сверла, называют углом при вершине 2 . Для обычных стандартных сверл, предназначенных для сверления стали и чугуна, угол 2 = 116 – 118 ⁰.

Линия пересечения задних поверхностей обеих режущих кромок образует поперечную режущую кромку у сердцевины сверла. Угол наклона поперечной кромки заключен между проекциями поперечной и режущих кромок на прлоскость, перпендикулярную к оси сверла.

У сверл диаметром менее 15 мм = 50 ⁰, а у сверл диаметром 15 – 80 мм

= 55 ⁰.

Для сверл диаметром 1, 5 – 80 мм диаметр сердцевины выбирается равным 0, 19 – 0, 125 диаметра сверла. Толщина сердцевины увеличивается по направлению к хвостовику на 1, 4 – 1, 8 мм на каждые 100 мм длины, что повышает жесткость инструмента.

Для направления сверла в процессе работы на калибрующей части сверла создается узкая шлифованная ленточка.

Ширина ленточки колеблется от 0, 6 до 2, 6 мм для сверл диаметром от 5 до 50 мм. Для уменьшения трения ленточек о стенки отверстия диаметр сверла уменьшают по направлению к хвостовику. Обратная конусность у сверла составляет 0, 03 – 0, 01 мм на каждые 100 мм длины.

Величины геометрических параметров на режущей части сверла характеризуются значениями углов:

1. Передних

2. Задних

3. Наклона режущей кромки.

Поверхность резания при сверлении – винтовая поверхность. Она образуется при винтовом движении режущей кромки. С целью упрощения анализа пренебрегают движением подачи сверла. В этом случае поверхностью резания будет поверхность гиперболоида вращения режущей кромки вокруг оси сверла.

Угол наклона режущей кромки. Примем плоскость симметрии режущей части сверла за статическую основную плоскость (рис. 31).

Передняя поверхность сверла является винтовой поверхностью, поэтому при приближении к центру угол наклона винтовой канавки w _X уменьшается. Винтовая канавка в центре сверла как бы стремится превратиться в прямую канавку с углом w _X = 0. Поэтому при приближении к центру уменьшаются передние углы.

Неблагоприятные геометрические параметры имеет также поперечная режущая кромка сверла и кромка ленточки. На поперечной кромке передние углы имеют большие отрицательные значения, благодаря чему затрудняется резание и резко увеличивается усилие подачи. На кромке ленточки задние углы равны 0, что вызывает большое трение и усиленный износ.

К недостаткам конструкции сверла относится также затруднительный отвод стружки из зоны резания и резкое изменение по длине кромок скорости резания. Наибольшая скорость резания на периферии является одной из основных причин наиболее интенсивного износа в этой зоне, лимитирующей стойкость сверла.

Значение обратной конусности у сверла

Для облегчения работы (уменьшения трения и тепла), а также для уменьшения трения ленточек о стенки отверстия сверла выполняются с обратной конусностью (утонением). Это означает, что диаметр сверла у хвостовика делается меньше диаметра у режущей части. Обратная конусность обычно составляет 0, 03 – 0, 01 мм на 100 мм длины.

Утонение играет такую же роль у сверла, как и вспомогательный угол в плане у резцов, фрез и других инструментов.

Для сверл с цилиндрическим хвостовиком утонение может быть распространено на всю длину сверла, что важно при бесцентровом шлифовании сверл на проход.

Уменьшение диаметра сверла вследствие утонения при последующих заточках не оказывает заметного влияния на размер отверстия благодаря его увеличению из-за биения сверла.

Сверла, оснащенные твердым сплавом

Сверла, оснащенные твердым сплавом, применяются в основном для сверления чугуна, цветных металлов и высокопрочных сталей. Рабочая часть этих сверл оснащена пластинками из твердого сплава (рис.29, стр.38).

У сверл малого диаметра рабочая часть может быть полностью изготовлена из твердого сплава.

Твердосплавные сверла изготавливаются с прямыми, винтовыми и наклонными канавками.

Сверла с прямыми канавками просты в изготовлении, но при сверлении отверстий большой длины они не обеспечивают свободного отвода стружки. Поэтому этими сверлами обрабатывают короткие отверстия.

Основным типом твердосплавных сверл являются сверла с углом наклона винтовой канавки w = 20 ⁰.

Сверла с наклонными (косыми) канавками имеют небольшую длину канавок и применяются в основном для сверления отверстий в листовом материале.

Длина твердосплавных сверл принимается значительно меньше, чем для сверл из быстрорежущей стали, так как они имеют ограниченное число переточек, соответствующее длине пластинки твердого сплава. Кроме того, уменьшение длины способствует повышению жесткости сверл.

Для увеличения прочности и жесткости твердосплавные сверла имеют повышенный диаметр сердцевины, равный 0, 22…0, 3 диаметра сверла.

Обратная конусность на длине пластины твердого сплава составляет 0, 6…0, 8 на 100 мм длины, что способствует увеличению стойкости инструмента.

С точки зрения стойкости во всех случаях целесообразно применять сверла с минимально возможной длиной.

Для сверления труднообрабатываемых сталей рекомендуется длину вылета инструмента выбирать не более десяти диаметров сверла, а при обработке титановых сплавов – не более шести.

Сверла для сверления пластмасс

Сверла для сверления пластмасс имеют некоторые конструктивные особенности, связанные с особыми физико-механическими свойствами пластмасс. Пластмассы в 300…500 раз менее теплопроводны, чем металлы, и обладают сильными абразивными свойствами.

Кроме того, при нагреве их до невысоких температур (80…160 ⁰ С) на обработанных поверхностях появляются прижоги и разрушения вплоть до разлохмачивания поверхности. К тому же смолистые составляющие обволакивают зубья инструментов, что также приводит к порче обработанных поверхностей.

Пластмассы при обработке подвергаются усадке, что ведет к уменьшению размеров обработанных поверхностей.

В связи с эти при конструировании таких сверл необходимо учитывать следующее:

1. Сверла необходимо оснащать твердым сплавом группы ВК и работать с режимами v = 50…60 м/мин и S = 0, 5 мм/об.

2. При сверлении отверстий малого диаметра (до 10 мм) необходимо использовать перовые сверла.

3. Сверла должны иметь двойную заточку с 2 = 70 ⁰ и 2 = 120 ⁰.

4. Направляющие ленточки или фаски сверла по ширине должны быть значительно уменьшены до 0, 5 мм.

5. Поверхности зубьев необходимо тщательно доводить и по возможности хромировать.

Элементы режима резания и срезаемого слоя при сверлении

При работе на сверлильном станке сверло вращается и имеет движение подачи, а на станках токарного типа обычно вращается заготовка, а движение подачи осуществляет обычно сверло. Каждым лезвием сверла срезается слой материала толщиной а и шириной b.

Одним из главных конструктивных элементов сверла является наружный диаметр , имеющий минусовой допуск, что связано с разбивкой при сверлении отверстия. Допуск = -0, 015…-0, 074 мм принимается в зависимости от диаметра сверла D = 1…80 мм.

Геометрические параметры перьев сверла, которые оказывают основное влияние на его режущие свойства, практически те же, что и для проходного прямого резца, и рассматриваются в следующих плоскостях (рис.33):

1. В нормальной плоскости со следом N – N или в главной секущей плоскости измеряется главный передний угол и нормальный задний угол ;

2. В продольной плоскости со следом АА, совпадающей с направлением подачи, рассматриваются главный задний угол и передний продольный угол, который для периферийной точки лезвия равен углу наклона стружечной канавки сверла = w. Задний угол указывает на фактический зазор между задней поверхностью зуба сверла и поверхностью резания. Задний угол, так же, как и передний, не одинаков по величине для точек лезвия сверла, расположенных на разных диаметрах. Он увеличивается по направлению к центру от 6…8 до 25 ⁰ по направлению к периферии сверла.

Такое изменение задних углов связано с резким их отличием в процессе резания (действительных углов _действ) от углов заточки, особенно для точек лезвий, расположенных ближе к центру сверла. При этом на изменение фактических задних углов большое влияние оказывают скорость резания v и осевая подача сверла S _Z. Увеличение подачи приводит к увеличению угла подъема винтовой линии , описываемой данной точкой лезвия. На величину угла уменьшается фактический задний угол сверла. На изменение передних углов для различных точек лезвия оказывает влияние угол наклона винтовой стружечной канавки сверла w и угол в плане при вершине 2 . Рассмотрим изменение углов и w для точек лезвия сверла, лежащих на разных диаметрах. Для этого произведем сечение сверла двумя цилиндрами и развернем их на плоскость (рис.34).

Угол наклона стружечных канавок w для периферийных точек сверла назначается в зависимости от диаметра сверла и при D = 0, 25…80 мм соответственно w = 18…30 ⁰.

3. В осевой плоскости измеряются угол при вершине сверла 2 между главными лезвиями и вспомогательный угол в плане . Угол при вершине сверла (2 = 80…140 ⁰) зависит от свойств обрабатываемого материала. При сверлении пластичных материалов он должен быть больше, чем для хрупких (для алюминия 2 = 140 ⁰, для стали и чугуна – 116…120 ⁰, для мрамора – 80 ⁰).

4. Вспомогательный задний угол, который измеряется в плоскости, перпендикулярной к оси сверла, равен нулю ( = 0), так как вспомогательная задняя поверхность сверла в виде ленточки очерчена поверхностью цилиндра;

5. Передний и задний углы и поперечного лезвия измеряются в плоскости ММ, перпендикулярной к поперечному лезвию, имеющему прямолинейную форму;

6. Угол наклона главного режущего лезвия образуется между лезвием и диаметральной плоскостью, проходящей через данную точку лезвия и ось сверла.

Характер и критерий затупления сверл

Винтовые сверла при обработке сталей изнашиваются по передней и задним поверхностям (рис.35). Износ перемычки считается ненормальным, он происходит в результате неправильной заточки сверла или из-за недостаточной твердости инструментального материала после термообработки.

Износ задней поверхности вдоль главного лезвия неравномерен: ширина площадки износа непрерывно возрастает по мере удаления от перемычки сверла.

В отличие от резцов лунка износа вдоль всего главного лезвия не образуется. Она возникает у уголка сверла в том месте, где главное лезвие переходит во вспомогательное.

Износу подвергается также вспомогательная задняя поверхность (фаска), на которой появляются штрихи износа у уголка сверла.

Допустимая величина износа сверл из быстрорежущих сталей: при диаметре до 20 мм равна 0, 6 – 0, 8 мм и при диаметре свыше 20 мм - 0, 8 – 1 мм. При обработке чугуна передняя поверхность сверла почти не изнашивается. Износ задней поверхности соединяется с износом фаски, что приводит к скруглению уголка сверла. Поэтому лимитирующим износом является скругление уголка сверла . Допустимая величина износа сверл из быстрорежущих сталей при работе без СОЖ при диаметре до 20 мм равна).5 – 0, 8 мм и при диаметре свыше 20 мм – 0, 8 – 1, 2 мм.

Осевая сила и крутящий момент резания при сверлении