книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

Если рассмотреть силы, действующие на две главные режущие кромки, и принять, что эти силы сконцентрированы в точках А (рис. 103), то при разложении этих сил по осям координат получим составляющие Рх, P v, Pz. Радиальные силы Рѵ, равные и противо­ положно направленные, взаимно уничтожаются. Силы Рг, действу-

D

ющие примерно на плече, равном у , создают крутящий момент,

а сила Рх является составляющей осевой силы Рс Для инженерных расчетов при сверлении необходимо знать осевую силу и крутящий момент. Осевая си­ ла Р0состоит из следующих составляющих:

Ро — 2РX+ Рпері

где Р пер — сила воздействия материала на поперечную режущую кромку (перемычку).

Осевая сила преодолевается механизмом подачи сверлильного станка. Суммарный момент сил резания складывается из мо­ мента Мг от действия силы Рг, момента от действия сил на перемычке Мпер и момен­ та от сил трения на ленточках М л, т. е.

М= М х-ф Л1пер + М д.

Впрактических расчетах для определе­ ния суммарного момента М пользуются эмпирическими формулами

M = C M D XMsMy кгс-мм =

141

Крутящий момент резания преодолевается крутящим моментом на шпинделе станка. Мощность, затрачиваемая на резание, скла­ дывается из мощностей, затрачиваемых на вращение и осевое пере­ мещение сверла (Mp« = JV„P -|- Ыпод). Мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5—1,5% от мощности, затрачиваемой на вращение сверла), поэтому ею можно пренебречь и считать

выражают в ныотон-метрах, и формула мощности резания будет иметь вид

Мощность на шпинделе станка должна быть больше или равна мощности резания:

^ ш п = /^ э Т | S S М р е з ,

где Л% — мощность электродвигателя; т] — к. п. д. станка.

На величину осевой силы и крутящего момента оказывают влияние следующие основные факторы: физико-механические свой­ ства обрабатываемого материала, диаметр сверла и величина подачи, геометрические параметры сверла, скорость резания, смазочно-ох­ лаждающая жидкость и другие факторы. С увеличением предела прочности при растяжении и твердости обрабатываемого материала

= 30 -г- 40 кгс/мм2 (294,3—392,4 МН/м2) д о ав = ПО ч- 120 кгс/мм2 (1079,1—1177,2 МН/м2), поправочный коэффициент на осевую силу Р0и крутящий момент М изменяется в пределах 0,57—1,36. Для серого чугуна твердостью в пределах от НВ 120—140 до НВ 260— 280 поправочный коэффициент равен 0,8—1,21. Значительное влияние на осевую силу (до 50%) оказывает также поперечная кромка. Для уменьшения осевой силы производят подточку пере­ мычки, уменьшая ее длину.

С увеличением скорости резания возрастает температура в зоне резания: это приводит к изменению физико-механических свойств обрабатываемого материала в контактном слое, что также влияет на величину осевой силы и крутящего момента. При скорости резания 2—7 м/мин осевая сила и крутящий момент максимальны, а при дальнейшем увеличении скорости резания уменьшаются. Применение смазочно-охлаждающей жидкости уменьшает осевую силу и крутящий момент при обработке стали на 20—30%, а при обработке чугунов на 10—18%.

142

По мере износа сверла по задней поверхности увеличиваются осевая сила и крутящий момент. Так, при износе по задней поверх­ ности сверла h3 — 1 мм осевая сила и крутящий момент возрастают примерно на 60—80%.

Измерение сил резания при сверлении производится динамомет­ рами. Динамометрами можно измерять крутящий момент и осевую силу при сверлении, зенкеровании, развертывании, нарезании резьбы.

Скорость резания при сверлении является важнейшим фактором, влияющим на стойкость сверла. Зависимость скорости резания от стойкости сверла Т (мин) выражается формулой

режущей стали m == 0,2 для стали и 0,125 для чугунов; при обра­

С — коэффициент, зависящий от материалов заготовки и резца и условий обработки.

Период стойкости при сверлении выбирают в зависимости от диаметра сверла. Для быстрорежущих сверл период стойкости колеблется от 0,5 мин (для диаметра 0,25 мм) до 270 мин (для диа­

В процессе резания режущие элементы сверла изнашиваются по задней и передней поверхностям, по уголкам, по лезвию пере­ мычки и ленточке. Наиболее интенсивным и опасным является

143

износ по уголкам и по ленточке, так как скорость в этом месте максимальная. В зависимости от того, какой из элементов сверла затупился, возрастает осевая сила или крутящий момент (или то и другое в зависимости от характера износа). В качестве критерия износа сверл принято: при обработке стальных деталей с охлажде­ нием износ по задней поверхности у периферии h3 = 1,0 -ь 1,2 мм; при обработке чугуна (без охлаждения) износ по уголкам б = 0,5 н-

1,2 мм. С повышением прочности и твердости обрабатываемого материала возрастают работа и температура резания и снижается стойкость сверла. С увеличением диаметра сверла повышается его прочность и улучшается теплоотвод, что способствует повыше­ нию скорости резания.

Сувеличением подачи возрастают силы резания и температура

взоне резания, что вынуждает снижать скорость резания в целях сохранения заданной стойкости инструмента.

Большое влияние на допустимую скорость резания при сверле­ нии оказывают свойства материала режущей части. Сверла из быстро­

режущей стали марок Р18 или Р9 допускают скорость резания в 2 раза большую, чем сверла, изготовленные из инструментальных углеродистых или легированных сталей. При работе сверлами с пластинками из твердых сплавов скорость резания может быть в 2—3 раза больше, чем при работе сверлами из быстрорежущей стали.

С увеличением глубины сверления условия резания сущест­ венно ухудшаются, так как затрудняется подвод смазочно-охлаж­ дающей жидкости и отвод стружки. При сверлении отверстий длиной свыше трех диаметров необходимо вводить поправочный коэффициент, уменьшающий допустимую скорость резания. Зна­ чения поправочного коэффициента KL приведены ниже:

Применение смазочно-охлаждающей жидкости уменьшает темпе­ ратуру в зоне резания и силы резания (уменьшается коэффициент внешнего трения и облегчается процесс отделения и удаления струж­ ки), повышает стойкость сверл или допустимую скорость резания (при заданной стойкости).

Особенно эффективно влияние смазочно-охлаждающей жидкости при обработке пластичных металлов и при глубоком сверлении. Применение смазочно-охлаждающей жидкости при сверлении ста­ лей дает возможность повысить скорость резания на 15—25%. Для сверления стальных деталей рекомендуется применять 5%-ный раствор эмульсии в количестве 5 л/мин; для легированных сталей —■ эмульсии и компаундированные масла; для ковкого чугуна — эмуль­ сии, для серого чугуна — керосин (или работать без смазочно­ охлаждающей жидкости).

Изменяя форму заточки спиральных сверл, можно значительно повысить их стойкость или увеличить допустимую скорость реза­

144

ния (при постоянной стойкости), что достигается двойной заточкой

ленточке на длине, равной (2—3)s, зата­

чивается вспомогательный задний угол осх = 6 -г- 8° с оставлением

2ф2 = 55°) в сочетании с подточкой и прорезкой перемычки способ­ ствует уменьшению осевой силы и увеличению стойкости сверла

в2—3 раза.

§2. ЗЕНКЕРЫ, РАЗВЕРТКИ И ЭЛЕМЕНТЫ

ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПРИ ЗЕНКЕРОВАНИИ И РАЗВЕРТЫВАНИИ

Зенкеры. Зенкерованием обрабатывают отверстия (литые, штам­ пованные или просверленные) для придания им более правильной геометрической формы и достижения более высокого класса чистоты поверхности. Зенкеры применяют также для обработки цилиндричес­

145

ких и конических углублений под головки винтов и для подрезания торцовых поверхностей (рис. 107). Обычно зенкерование проводят как получистовую обработку перед развертыванием, но оно может

а — зенкер для цилиндрических углублений; б — зенковка; в — коническая зенковка; г — зенкер для зачистки торцовых поверхностей

быть также и окончательной операцией. Припуск под зенкерование (на сторону) принимается равным 0,5—3 мм. Точность обработки обычно находится в пределах 4—5-го классов точности, а чистота обработанной поверхности —4—6-го классов чистоты.

1 — режущая (заборная) часть; 2 — калибрующая часть; 3 — рабочая часть; 4 — шейка; 5 — хвостовик

Зенкерование производится особыми инструментами, называ­ емыми зенкерами. Зенкеры бывают цельные, с коническим хвосто­ виком и насадные. Первые изготовляются диаметром до 32 мм, а вторые диаметром до 100 мм. Зенкеры как цельные, так и насадные изготовляются из быстрорежущей стали марок Р18 и Р9, а также оснащаются пластинками твердых сплавов Т15К6 и ВК8.

146

На рис. 108 показаны элементы цельного цилиндрического зенкера. Как правило, зенкера изготовляют трехили четырехканавочными. Режущая или заборная часть 1 выполняет основную работу резания. Калибрующая часть предназначена для калибро­ вания отверстий, придания правильного направления зенкеру в процессе резания и, кроме того, является резервом для переточек. Хвостовик 5 служит для закрепления зенкера в шпинделе станка. Главный угол в плане назначается: для зенкеров из быстрорежу­ щей стали ф = 45 -и 60°, а для зенкеров твердосплавных ср == 60 -н -ь 75°. Передний угол у, измеряемый в сечении А — А, нормальном к режущей кромке, выбирают в зависимости от свойств обрабаты­ ваемого материала и материала режущей части зенкера. У зенкеров, изготовленных из быстрорежущей стали, при обработке стальных

ров, оснащенных пластинками твердых сплавов, при обработке

винтовой канавки к» принимается от 10 до 25°. Для лучшего направ­ ления зенкера на зубьях оставляют цилиндрическую фаску шириной 1,2—2,8 мм.

Развертки. Развертывание — это процесс окончательной обра­ ботки со снятием очень тонкой стружки предварительно просвер­ ленных, расточенных резцом или обработанных зенкером отверстий. Точность обработки при развертывании находится в пределах 2—3-го классов точности, а шероховатость обработанной поверх­ ности соответствует 7—9-му классам чистоты. При черновом раз­ вертывании удаляется припуск в пределах 0,1—0,4 мм на диаметр, а при чистовом — 0,05—0,2 мм.

- Различают машинные и ручные развертки. По конструкции хвостовика развертки могут быть с цилиндрическим и коническим хвостовиками; по форме обрабатываемого отверстия — цилиндри­ ческие и конические; по способу крепления — хвостовые и насадные. Развертки изготовляют из углеродистой, легированной и быстро­ режущей сталей или оснащают пластинками из твердых сплавов Т15К6, ВК8. Число зубьев развертки 6—16. Распределение зубьев у разверток по окружности неравномерное, что обеспечивает более высокий класс чистоты обработанной поверхности отверстия.

Хвостовая цилиндрическая развертка (рис. 109) состоит из рабочей части, шейки и хвостовика. Рабочая часть 1 включает в себя направляющий конус 8 с углом при вершине 90°, заборную или режущую часть 4, калибрующую часть 5 и обратный конус 6. Заборная часть выполняет основную работу резания; угол заборного конуса составляет 2<р Для обработки сквозных отверстий у ручных разверток <р = 30' 1°30'; у машинных при обработке вязких метал­ лов ф = 12 -т- 15°, при обработке хрупких, твердых и труднообра­ батываемых металлов ср = 3 н- 5°; у разверток, оснащенных плас­ тинками из твердых сплавов, ф = 30 -н 45°. Для обработки глу-

147

хих отверстий в деталях из всех материалов у ручных разверток Ф = 45°, у машинных ф -- 60°, у твердосплавных ф — 75° с заточкой фаски на торце под углом 45°.

Калибрующая часть 5 служит для направления развертки в про­ цессе резания, калибрования отверстия и является резервом для переточки развертки. Обратный конус 6 уменьшает трение развертки об обработанную поверхность и снижает величину разбивки отверс­ тия. У ручных разверток диаметр около шейки меньше калибру­ ющего на 0,005—0,008 мм, у машинных на 0,04—0,08 мм. Хвостовик

/

Рис. 109. Конструк­ тивные элементы раз­ вертки:

1 — рабочая часть; 2 — шейка; 3 — хвостовик; 4 — заборная (режущая) часть; 6 — калибрующая часть; 6 — обратный ко­ нус; 7 — квадрат; 8 —

направляющий конус

у ручных разверток выполняется цилиндрическим с квадратным концом, у машинных разверток — коническим или цилиндрическим. Зубья режущей (заборной) части развертки затачиваются до получения наибольшей остроты; зубья на калибрующей части имеют цилиндрическую фаску шириной / = 0,08 -ь 0,5 мм (в зави­ симости от диаметра развертки). Передний угол у чистовых развер­ ток из быстрорежущей стали у = 0; у черновых у = 5 -г- 10°; у разверток твердосплавных у = 0 -г- 5°. Задний угол а на режу­ щей и калибрующей частях разверток выбирают в пределах 6—10°.

Элементы процесса резания. Глубина резания при зенкеровании и развертывании равна полуразности диаметров отверстия до и после обработки (рис. ПО):

Подача s — величина перемещения зенкера (развертки) вдоль

оси за один оборот в мм/об. Подача на зуб ^ = y мм/зуб, где г —

число зубьев зенкера (развертки).

148

Скорость резания при зенкеровании и развертывании определяются по формуле

Рис. ПО. Элементы резания при зенкеровании (а) и разверты­ вании (б)

Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на одну режущую кромку зенкера (развертки),

Общая площадь поперечного сечения среза

Машинное время при зенкеровании (развертывании) определяют по формуле, аналогичной формуле для расчета машинного времени при сверлении.

Силы резания и крутящий момент. Равнодействующую сил сопротивления резанию при зенкеровании и развертывании можно разложить на три составляющие: касательную силу Pz (сумму сил всех зубьев), создающую крутящий момент М; осевую силу или силу подачи Рх (сумма сил Рх всех зубьев), которую преодолевает механизм подачи станка, и радиальные силы Рѵ. Силы Рѵвсех зубьев взаимно уравновешиваются, поэтому при расчетах силу Рѵ не учи­ тывают. Момент и осевую силу при зенкеровании определяют по экспериментальным формулам.

149

При скоростном зенкеровании деталей из

Мощность резания при зенкеровании

Мп

9U кВт,

где п — частота вращения зенкера в об/мин.

При расчетах по системе СИ формула мощности резания будет иметь вид

9554Мп кВт,

где М — крутящий момент резания в Н • м.

Осевая сила и крутящий момент при развертывании незначи­ тельны, поэтому обычно их не подсчитывают.

Скорость резания при зенкеровании и развертывании зависит от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента, диаметра инструмента D, периода стойкости Т, глубины резания t, подачи s и других условий обработки. Скорость резания при зенке­ ровании и развертывании определяется по формуле

Значения коэффициента Сѵ и показаталей степени гѵ, уѵ приво­ дятся в справочниках по режимам резания. Период стойкости быстро­ режущих зенкеров Т = 15-е 280 мин в зависимости от диаметра зенкера. Период стойкости зенкеров, оснащенных пластинками твердых сплавов, составляет 30—100 мин, а период стойкости раз­ верток 15—80 мин при обработке стали и 40—150 мин при обработке чугуна (в зависимости от диаметра развертки). Для разверток с пластинками из твердых сплавов период стойкости составляет 20— 180 мин при обработке стали и 30—240 мин при обработке чугуна.

За критерий износа зенкеров из быстрорежущей стали при обра­ ботке стальных деталей принимают износ по задней поверхности h3 = 0,2 -f- 1,5 мм (в зависимости от диаметра зенкера), при обработке чугунов износ по уголкам не превышает 1,5 мм. Для зенкеров, оснащенных пластинками из твердых сплавов, износ по задней по­ верхности у ленточки не должен превышать 1,0— 1,6 мм. Если зенкер предназначен для окончательной обработки, то за критерий износа принимают технологический критерий износа (точность и класс чистоты обработки).

Износ разверток происходит в основном по задней поверхности и по уголкам в месте перехода режущей (заборной) части в калибрую­

150