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.

Ra6,3

40

100

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.}

5.2

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