Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Выпускная квалификационная работа - сверление глубоких отверстий - файл диплом2.doc


Выпускная квалификационная работа - сверление глубоких отверстий
скачать (311.9 kb.)

Доступные файлы (9):

диплом2.doc576kb.22.01.2009 02:23скачать
доклад.doc36kb.22.01.2009 03:26скачать
ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА СВЕРЛЕНИЯ И ПРИМЕНЯЕМЫЙ ИНСТРУМЕНТ.doc25kb.21.01.2009 00:41скачать
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СВЕРЛЕНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ.doc31kb.21.01.2009 02:41скачать
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ СВЕРЛ.doc29kb.21.01.2009 19:16скачать
СХЕМЫ 2 ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ.doc58kb.21.01.2009 21:08скачать
СХЕМЫ ГЛУБОКОГО СВЕРЛЕНИЯ.doc58kb.21.01.2009 04:06скачать
ФАКТОРЫ.doc23kb.21.01.2009 01:15скачать
Фрагмент (2).shs

содержание
Загрузка...

диплом2.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет

Кафедра технологии машиностроения

Выпускная квалификационная работа на соискание академической степени бакалавра техники и технологии на тему: Пути и методы повышения эффективности процесса сверления глубоких отверстий
Студент Лунегов Е.Н.

Руководитель работы

доцент,к.т.н. Донсков А.С.

Зав.кафедрой

д.т.н,профессор Макаров В.Ф.
Пермь,2009

Содержание
Введение

1. Технологические основы процесса сверления отверстий

1.1. Параметры режима сверления

1.2. Применяемые инструменты, оборудование и приспособления

1.2.1. Назначение и основные типы сверл

1.2.2. Типы станков и их основные узлы

1.3. Особенности сверления глубоких отверстий

2. Основные факторы, влияющие на работу сверла

2.1. Влияние материала и геометрических элементов сверла

2.2. Влияние обрабатываемого материала

2.3. Влияние режимов резания

2.4. Влияние СОЖ

2.5. Влияние оборудования

3. Обеспечение стойкости сверл

3.1. Изменение геометрических параметров режущей части сверл

3.2. Изменение химического состава быстрорежущих сталей

3.3. Технология термической обработки сверл

3.4. Режимы финишных операций изготовления сверл

3.5. Повышение жесткости элементов СПИД

3.6. Повышение качества заточки сверл

3.7. Нанесение износостойких покрытий

3.8. Лазерное упрочнение сверл

3.9. Упрочнение сверл в магнитном поле

3.10. Изменение конструкции сверл

3.11. Применение дополнительных движений инструмента (вибрационное сверление)

4. Рекомендации по повышению эффективности процесса сверления глубоких отверстий

Заключение

Список использованной литературы
Введение

По мере всестороннего развития машиностроения, организации новых отраслей по производству машин и оборудования различного технологического назначения номенклатура деталей с глубокими отверстиями быстро расширяется. В настоящее время детали с глубокими отверстиями обрабатываются на предприятиях всех основных отраслей промышленности (гребные винты, роторы и валы турбин, электрогенераторов, оси и втулки экскаваторов, гильзы, цилиндры и плунжеры прессов, оси и бандажи прокатных станов, трубы буровых установок, шпиндели станков, кокили для центробежной отливки труб, ряд деталей оборудования для атомных электростанций и др.). Трудности обработки отверстий возрастают с увеличением их глубины. Здесь, на первый план выходят правильный подбор режущего инструмента, оборудования, режимов резания, использование смазочно-охлаждающей жидкости. В этой работе рассмотрено влияние этих факторов на процесс сверления и способы повышения стойкости сверл.

^ 1. Технологические основы процесса сверления отверстий

Сверление является одним из самых распространенных способов получения отверстия. Режущим инструментом здесь служит сверло, которое дает возможность получать отверстия в сплошном материале и увеличивать диаметр ранее просверленного отверстия (рассверливание). Главное движение при сверле­нии — вращательное, движение подачи — поступательное. На обычных сверлильных станках оба эти движения имеет сверло: оно вращается, будучи закрепленным в шпинделе станка, и одновременно перемещается в глубину обрабатываемой заготовки, которая неподвижно закреплена на столе станка.

Режущая часть сверла изготовляется из инструментальных сталей (Р18, Р9, 9ХС, Р9К5) и из твердых сплавов.

Сверло — более сложный инструмент, чем резец. В более сложных условиях протекает и процесс резания сверлом: затруднен отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости; наблюдается значительное трение стружки о поверхность канавок сверла и са­мого сверла об обработанную поверхность; вдоль режущей кромки возникает резкий перепад скорости резания (от до нуля), так что в отдельных точках режущей кромки срезаемый слой деформи­руется и срезается с разной скоростью; различная деформация получается и в связи с переменным углом γ вдоль всей режущей кромки спирального сверла, а потому по мере приближения точки режущей кромки к периферии сверла деформация (усадка) умень­шается (вследствие увеличения V и γ).

Все это вызывает более тяжелые, по сравнению с точением, условия процесса стружкообразования при сверлении, большие деформации срезаемого слоя, увеличенное тепловыделение и по­вышенный нагрев сверла.[1]

Если рассматривать процесс стружкообразования на неболь­шом участке режущей кромки, то он подчиняется тем же законо­мерностям и

сопровождается теми же явлениями, что и при точе­нии; упругие и пластические деформации, тепловыделение, наростообразование, упрочнение, износ инструмента здесь возни­кают по тем же причинам.

Как и при точении, на температуру резания при сверлении скорость резания оказывает большее влияние, чем подача; темпе­ратура при резании возрастает с увеличением глубины (длины) сверления, но уменьшается с увеличением диаметра сверла (из-за усиления теплоотвода вследствие большей массы сверла и большей поверхности соприкосновения с заготовкой, а также вследствие облегчения подвода охлаждающей жидкости и отвода стружки по канавкам большего сечения).

При сверлении сталей образуется в основном сливная стружка, а при обработке чугунов — стружка надлома.

Сверло имеет передний и задний углы. Передний угол γ — угол между касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и нормалью в той же точке к поверхности вращения режущей кромки вокруг оси сверла. Передний угол рассматривается в плоскости, перпендикулярной к режущей кромке. В каждой точке режущей кромки передний угол является величиной переменной. Он может быть определен (без учета шири­ны перемычки) по формуле

(1)

где rх - радиус окружности, на кото­рой

расположена рассматри­ваемая точка;

R – радиус сверла;

ω – угол наклона винтовой канавки;

φ – половина угла при вершине сверла.

Наибольшее значение угол γ имеет на периферии сверла, где в плоскости, параллельной оси сверла, он равен углу наклона винтовой канавки ω. Наименьшее значение угол γ имеет у вершины сверла. На поперечной кромке угол γ имеет отрицательное значение, что создает угол реза­ния больше , а следовательно, и тяжелые условия работы. Такое резкое изменение переднего угла вдоль всей длины режу­щей кромки является большим недостатком сверла, так как это вызывает более сложные условия образования стружки. На пе­риферии сверла, где наибольшая скорость резания и наиболь­шее тепловыделение, необходимо было бы иметь и наибольшее тело зуба сверла. Большой же передний угол уменьшает угол за­острения, что приводит к более быстрому нагреву этой части сверла, а следовательно, и к наибольшему износу.

Задний угол α - угол между касательной к задней поверхности в рассматриваемой точке режущей кромки и каса­тельной в той же точке к окружности ее вращения вокруг оси сверла. Этот угол принято рассматривать в плоскости А-А, направ­ленной по касательной к цилиндрической, поверхности (см. рис. 1), на которой лежит рассматриваемая точка режущей кромки. Ось такой цилиндрической по­верхности совпадает с осью сверла. Для точки, находящейся на периферии сверла, задний угол в нормальной плоскости Б-Б может быть определен по следующей формуле:

(2)

Действительное значение заднего угла во время работы иное по отношению к тому углу, который мы получили при заточке и измерили в статическом со­стоянии. Это объясняется тем, что сверло во время работы не только вращается, но и перемещается вдоль оси. Траекторией движения точки будет не окружность (как это принимают при измерении угла), а не­которая винтовая линия, шаг которой равен подаче сверла в миллиметрах за один его оборот. Таким образом, поверхность резания, образуемая всей режущей кромкой, представляет со­бой винтовую поверхность , касательная к которой и будет действительной плоскостью резания. Действительный зад­ний угол в процессе резания αр заключен между этой плос­костью и плоскостью, касательной к задней поверхности сверла. Он меньше угла, измеренного в статическом состоя­нии, на некоторую величину μ:

(3)

Чем меньше диаметр окружности, на которой находится рассматриваемая точка режущей кромки, и чем больше подача s, тем больше угол μ и меньше действительный задний угол αр. Действительный же передний угол в процессе резания γр соответственно будет больше угла γ, измеренного после заточки в статическом состоянии

(4)

Чтобы обеспечить достаточную величину заднего угла в процессе резания у точек режущей кромки, близко расположенных к оси сверла, а также для получения более или менее одинакового угла заострения зуба вдоль длины режущей кромки, задний угол заточки делается на периферии , а у сердцевины .

Кроме переднего и заднего углов, сверло характеризуется углом наклона винтовой канавки ω, углом наклона поперечной кромки ψ и углом при вершине 2φ. Угол ω= , ; у сверл из инструментальных сталей 2φ = .

Из рассмотрения геометрических элементов спирального сперла видно, что оно имеет ряд особенностей, влияющих на протекание процесса стружкообразования при сверлении.[13]

К этим особенностям относятся:

а) уменьшение переднего угла в различных точках режущих
кромок по мере приближения рассматриваемой точки к оси сверла;

б) неблагоприятные условия резания у поперечной кромки
(так как угол резания здесь больше 90°);

в) отсутствие заднего угла у ленточек сверла, что создает большое трение об обработанную поверхность.

С целью облегчения процесса стружкообразования и повышения режущих свойств сверла производят двойную заточку сверла и под­точку перемычки и ленточки.

Элементы заточки и подточки спиральных сверл даны на рис.1.



Рис.1
При двойной заточке сверла вторая заточка производится под углом 2φ = 70°, на ширине В = 2,5-15 мм (рис.2). Такая заточка повышает стойкость сверла, а при одной и той же стой­кости позволяет увеличить и скорость резания.

Подточка перемычки (сердцевины) производится на длине / = 3÷15 мм. От такой подточки уменьшаются длина поперечной кромки (размер А = 1,5÷7,5 мм; см. рис.2) и величина угла резания в точках режущих кромок, расположенных вблизи пере­мычки сверла.

Для уменьшения трения ленточек об обработанную поверх­ность (о стенки отверстия) производится подточка ленточек под углом на длине мм, что при­водит к повышению стойкости сверла.

При сверлении на большую глубину сверлом большого диа­метра образуется широкая, трудно отводимая по канавкам стружка, что увеличивает трение и затрудняет подвод охлаждаю­щей жидкости к месту резания.[9] Во избежание этого у сверл де­лаются специальные стружкоразделительные канавки, которые могут быть на передней поверхности сверла и на задней. Глубина канавки примерно равна 0,05 D, ширина примерно 0,07 D. Такие канавки разделяют широкую стружку на несколько узких, облегчают условия работы сверлом, снижая силы, действующие при резании, и тепловыделение.

Во избежание разбивки отверстия и увода сверла в сторону (от оси отверстия) оно должно иметь после заточки режущие кромки одинаковой длины и симметрично расположенными.

Сверла, оснащенные пластинками твердых сплавов обладают высокой стойкостью, обеспечивают более вы­сокую производительность, повышают качество обработанной поверхности и в результате снижают стоимость обработки. Осо­бенно эффективно применение сверл с пластинками твердых спла­вов при сверлении чугунов и рассверливании чугунов и сталей. Твердосплавные сверла имеют передний угол , задний угол , угол 2, на фаске . При обработке сталей рекомендуется применять твердый сплав марки Т15К6, при обработке чугунов — ВК8.

У сверл с пластинками твердых сплавов как и у сверл, изго­товленных из быстрорежущей стали, производится подточка пере­мычки и двойная заточка под углом 2φ = 70°, В = 0,2D.

Большое значение для успешной работы сверла с пластинкой из твердого сплава имеет симметричность заточки обеих режущих кромок. Биение по режущим кромкам желательно иметь не более 0,02 мм, а по ленточкам не более 0,03 мм.
^ 1.1. Параметры режима сверления
Скорость резания для различных точек режущей кромки сверла различна: на периферии сверла скорость резания наибольшая, а по мере приближения к оси сверла она уменьшается и в центре равна нулю. В расчет принимается наибольшая скорость резания на периферии:

м/мин, (5)
где D – диаметр сверла в мм;

n – число оборотов сверла в минуту.

Подача — величина перемещения сверла вдоль оси за один его оборот (или за один оборот заготовки, если она вращается, а сверло только перемещается).

Так как у сверла две главные режущие кромки, то подача, приходящаяся на каждую из них,

(6)

Как и при токарной обработке, подачу можно измерять и в мил­лиметрах за одну минуту (минутная подача);

sM = sn мм/мин. (7)

Толщина среза измеряется в направлении, перпендикулярном к режущей кромке:

мм. (8)

Ширина среза b измеряется вдоль режущей кромки и равна ее длине:

мм. (9)

Площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на одну режущую кромку,

мм. (10)

Общая площадь поперечного сечения среза, приходящаяся на обе режущие кромки,

мм. (11)

Под глубиной резания при сверлении (которая обычно в расчетах не фигурирует) подразумевается расстояние от обработанной поверхности до оси сверла, т.е.

мм. (12)

При рассверливании глубина резания

мм. (13)

Машинное время при сверлении и рассверливании

мин, (14)

где L – полный путь, проходимый сверлом в направлении подачи, в мм;

l – глубина сверления в мм;

∆ - величина перебега (1-2 мм);

n – число оборотов сверла в минуту;

s – подача в мм/об;

у – величина врезания в мм.

На все элементы сверла при резании действуют некоторые силы.

Разложим равнодействующие сил сопротивления в каждой точке режущей кромки на силы в трех взаимно перпендикулярных направлениях: Рг, Рв и Рг (рис. 2). Горизон­тальные силы Рг, действующие на обеих режу­щих кромках, можно считать., взаимно уничтожаются.




Рис.2
Силы Рв, направленные вверх, препятствуют проникновению сверла в глубину заготовки. В этом же направлении действует и сила Р1 на поперечной кромке. Кроме того, продвижению сверла препятствуют силы трения на ленточках сверла (в результате трения об обработанную по­верхность отверстия) и силы трения от сходящей стружки Рт.

Для проникновения сверла в обрабатывае­мую заготовку к сверлу от станка должна быть приложена такая сила Р', которая могла бы прео­долеть сумму сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла:

(15)

Суммарная сила от указанных сил сопротивления в осевом направлении сверла называется осевой силой ^ Р (или уси­лием подачи).

Силы, препятствующие продвижению сверла в материал, преодолеваются механизмом подачи сверлильного станка, который и рассчитывается по максимальной осевой силе Р.

При эксплуатации станка с заданными условиями сверления необходимо, чтобы сумма сил сопротивления, действующих вдоль оси сверла, или осевая сила Р, была бы меньше или, в крайнем случае, равна наибольшему усилию Рмах, допускаемому механизмом подачи станка (во избежание поломки слабого звена меха­низма подачи), т. е. Р < Рмах.

Наибольшее усилие Рмах рассчитывается при конструирова­нии станка и приводится обычно в его паспорте.

Сила Pz создает момент сопротивления

(16)

Суммарный момент от сил сопротивления резанию складывается из момента от сил Рг, момента от сил скобления и трения на поперечной кромке Мп.л, момента от сил трения на ленточках Мл и момента от сил трения стружки о сверло и обра­ботанную поверхность Мс, т. е.

(17)

Измерения показывают, что 80% общего момента сопротивле­ния резанию приходится на долю режущих кромок, 8% — на по­перечную кромку и 12% — на трение стружки о сверло и стенки отверстия и сверла своими ленточками об обработанную поверх­ность л + Мс).

Для того чтобы па данном станке могло быть осуществлено резание, кроме указанного выше условия проникновения сверла, необходимо, чтобы суммарный момент сопротивления резанию был преодолен крутящим моментом станка, т. е. Мкр > М.

Крутящий момент станка подсчитывается по формуле

кГмм, (18)

где Nшп - мощность на шпинделе в квт;

n - число оборотов шпинделя (сверла) в минуту.

В свою очередь,

(19)

где Nст — мощность электродвигателя станка;

η — к. п. д. станка.

Суммарный момент сопротивления резанию ^ М должен быть меньше или, в крайнем случае, равен не только крутящему моменту Мкр, развиваемому электродвигателем стайка на данной ступени числа оборотов шпинделя, но и меньше, или, в крайнем случае, равен максимальному крутящему моменту М'кр, допускае­мому слабым звеном механизма главного движения станка (во избежание поломки его), т. е. М < М'кр .

Если момент Мкр легко подсчитывается по приведенной выше формуле, то момент М'кр рассчитывается при конструировании станка и приводится обычно в его паспорте.

По силе Р и моменту М можно рассчитать необходимую (по­требную) мощность электродвигателя сверлильного станка.

Мощность, затрачиваемая на резание, будет складываться из мощности, затрачиваемой на вращение, и мощности, затрачиваемой на движение подачи, т.е.

(20)

Мощность, затрачиваемая на вращение,

(21)

где М — момент от сил сопротивления резанию в кГмм;

n — число оборотов сверла в минуту.

Мощность, затрачиваемая на подачу сверла,

(22)

где Р — осевая сила в кГ.

Расчеты показывают, что, как и при токарной обработке, мощность, затрачиваемая на движение подачи, мала (0,5—1,5% мощности, затрачиваемой на вращение сверла) и ею можно пре­небречь. Поэтому

(23)

или

(24)

Зная мощность, затрачиваемую на резание, легко подсчитать и необходимую (потребную) мощность электро­двигателя станка, которая обеспечит проведение процесса реза­ния при сверлении при определенных условиях работы

(25)

Сравнивая Nм с действительной мощностью электродвига­теля станка Nст, легко проверить возможность осуществления процесса сверления на заданном стайке при заданных условиях сверления (резания), для чего должно быть соблюдено условие Nм< N*cm.

Однако, как и при проверке возможности осуществления про­цесса сверления на заданном станке по моменту, необходимо учи­тывать не только мощность электродвигателя станка, но и мощ­ность на шпинделе по слабому звену механизма главного движе­ния станка N'шп.. Во избежание поломки этого слабого звена должно быть соблюдено условие Nрез < N'шп.

В практике наиболее слабое звено механизма главного движе­ния станка проверяют по моменту или по мощности, в зависи­мости от того, какие данные приводятся в паспорте станка.

Знание осевой силы и момента сопротивления резанию, возни­кающих при сверлении, необходимо как для расчета и конструиро­вания станков, сверл и приспособлений, так. и для правильного использования их в производстве.
^ 1.2. Применяемые инструменты, оборудование и приспособления
1.2.1. Назначение и основные типы сверл
В промышленности производится обработка отверстий в очень широком диапазоне диаметров D (D = 0,1…100 мм) и глубин l (до 100D). Отверстия малых диаметров () в жаропрочных, ти­тановых и тугоплавких материалах стан­дартными сверлами обработать не удастся и поэтому применяют физико-химические методы.

В основном выделяют около 30 типов сверл: перовые (с прямыми канавками), спи­ральные (с винтовыми канавками), для глу­бокого сверления, центровочные — для обра­ботки центровых отверстий, кольцевые, специ­альные.

Перовые или плоские сверла просты по конструкции, но из-за плохих условий отвода стружки и тяжелых условий резания их применяют в основном для об­работки отверстий глубиной .

Наиболее распространены спиральные или винтовые сверла. Они применяются для обработки отверстий глубиной до (5... 10)D.

Для обработки центровых отверстий при­меняют комбинированные центровочные свер­ла диаметром от 1 до 10 мм.

Сверла для кольцевого сверления применяются для обработки сквозных отверстий большого диаметра, а алмазные кольцевые сверла— для обработки отверстий в твердых не­металлических материалах (сквозные и глухие). Кольцевые сверла (рис. 3) состоят из трубчатого корпуса 3 с закреп­ленными на торце ножами 1. Для направления сверла на корпусе установлены кулачки 2.






Рис.3
Сверла для глубокого сверления. Глубокие отвер­стия (l>10D) обычно должны быть изготовлены но 6...8-му квалитетам точности и сохранять прямолинейность оси от­верстия, соосность отверстия и наружной поверхности. Об­работка их вызывает большие затруднения и требует примене­ния специальных сверл и точных станков (токарных, расточных и др.), на которых обрабатываемая деталь вращается, а сверло имеет только поступательное движение. Для глубокого свер­ления применяют обычные винтовые сверла двустороннего резания и специальные сверла одностороннего резания. Кон­струкция сверла должна обеспечить принудительную подачу охлаждающей жидкости к режущим кромкам, свободный отвод стружки, достаточную жесткость, хорошее базирование по стенкам отверстия.

Обычные сверла двустороннего резания представляют собой удлиненные винтовые сверла с двумя канавками для внутрен­него подвода охлаждающей жидкости. Каналы соединяются с центральным каналом в хвостовой части сверла, через который поступает жидкость под высоким давлением. Жидкость вместе со стружкой отводится по винтовым канавкам сверла.

Для глубокого сверления применяются сверла:

  1. двустороннего резания (двухкромочные) — шнековые, эжекторные;

  2. одностороннего резания (однокромочные) — ружейные и пушечные.

Сверла шнековые применяют при обработке отверстий (D=3...30 мм) длиной более 10D без периодического вывода инструмента из заготовки. Они имеют большие углы наклона винтовых канавок ω (ω = 60°), что облегчает отвод стружки из зоны резания. Канавки в осевом сечении имеют треугольный профиль. Для повышения жесткости шнековые сверла имеют утолщенную сердцевину, равную (0,3...0,35) D. Применяется подточка поперечной кромки (до 0,1D).




Рис.4

Эжекторные сверла (рис. 3) предназначены для глубокого сверления отверстий диаметром. Головка 2 навинчена на наружную трубку 5, являющуюся несущим корпусом. Режущая часть 1 оснащена

твердосплавными пластинами, расположенными в шахматном порядке. Поэтому струж­ка срезается в виде отдельных лент, а затем дробится стружколомающими уступами и легко удаляется. Особенностью эжекторных сверл является эффект подсоса СОЖ, уходящей вместе со стружкой в результате разрежения внутри сверла, разрежение возникает из-за разделения прямого потока А жидкости (под давлением 2...3 МПа) на два: около 0,7 жидкости направляется в зону резания, а 0,3 обратно через прорези Б во внутренний канал трубы 4. Это разрежение, возникающее между потоком жидкости со стружкой и потоком через щели Б, улучшает условия отвода стружки.

Эжекторные сверла работают на скоростях резания 25...200 м/мин и подачах 0,15...0,7 мм/об. Обеспечивается точность 9...11-го квалитетов и Ra= 1,25...0,63 мкм. Для повышения точности обработки служат твердосплавные направляющие 5.

Ружейные сверла диаметром D= 8...30 мм состоят из рабочей части и трубчатого корпуса (стебля) .

Для создания благоприятных условий резания главная режущая кромка смещена на 0.2D от оси сверла. Сверло имеет внутренний канал круглого или серпообразного попереч­ного сечения для подвода СОЖ под давлением 2...4 МПа. СОЖ вместе со стружкой вымывается по наружной прямой канавке.

Для глубокого сверления отверстий малого диаметра (D = 2...10 мм) эффективно вибрационное сверление твердосплав­ными сверлами. Обработка производится на вибросверлильных станках, где инструменту наряду с враща­тельным движением и движением подачи сообщаются колеба­ния вдоль оси (с амплитудой А = 0,01.. .0,04 мм и частотой f=100...200 Гц). При этом происходит надежное дробление стружки и повышается эффективность действия СОЖ.

^ 1.2.2. Типы станков и их основные узлы
Операции глубокого сверления и растачивания выполняются на глубокосверлильных станках, отличительной особенностью которых является наличие у них системы подвода – отвода СОЖ для принудительного отвода стружки.[3,12] Глубокосверлильные станки весьма разнообразны. Они различаются по ряду признаков. По расположению шпинделя их разделяют на горизонтальные и вертикальные. Наиболее распространены горизонтальные, так как вертикальные позволяют обрабатывать только сравнительно неглубокие отверстия. По числу шпинделей различают одно-, двух- и многошпиндельные. Наибольшее распространение получили одношпиндельные станки. Двух- и многошпиндельные предназначаются для обработки глубоких отверстий малого диаметра в крупносерийном и массовом производстве. Различают станки и в зависимости от того, вращается заготовка во время обработки или остается неподвижной. Широко применяются станки для обработки вращающихся заготовок. Они различаются конструкцией бабки изделия. Известны две разновидности бабок – токарного типа и вертлюжная.

Станки токарного типа имеют бабку токарного типа, на шпинделе которой установлен патрон для закрепления и вращения заготовки. Правый конец заготовки базируется в маслоприемнике, а средняя часть опирается на промежуточные люнеты, число которых выбирается в зависимости от длины заготовки.

Инструментальная бабка может сообщать инструменту движение подачи и при необходимости и вращение, а подающая каретка – только движение подачи. Этим определяются возможности станка вести сверление по той или иной схеме.

Станки вертлюжного типа допускают установку заготовки внутри шпинделя вертлюжной бабки. Левый конец заготовки опирается на люнет.

Благодаря меньшему наружному диаметру шпинделя у бабки токарного типа на станках токарного типа можно сообщать шпинделю вращение с большей частотой и, следовательно, обрабатывать отверстия с большим диапазоном диаметров, включая и малые диаметры. На вертлюжных станках для получения необходимой скорости резания приходится применять встречное вращение инструмента, которое может вносить дополнительные погрешности. К преимуществам вертлюжных станков относятся легкость выверки конца заготовки, обращенного к маслоприемнику (что очень важно с точки зрения обеспечения точности обработки), возможность повышения жесткости нежесткой заготовки путем закрепления ее ближе к средней части и при желании в нескольких сечениях.


    1. ^ Особенности сверления глубоких отверстий

Метод сверления спиральными сверлами успешно применяется только при глубине сверле­ния, равной не более 3—5 диаметрам сверла. При сверлении же более глубоких отверстий приходится применять прерывистый процесс, так как необходимо часто выводить спиральное сверло из отверстия для очистки от стружки, смазки и охлаждения. Подобная работа, даже если она производится автоматически, резко снижает произ­водительность сверления.

Важным фактором, от которого зависит непрерывность проте­кания процесса сверления, является отвод образующейся стружки. Чем больше глубина сверления, тем затруднительнее отвод стружки из зоны резания. Спиральные сверла не обеспечивают надежного стружкоотвода. Имеющиеся конструкции спиральных сверл с внутренними канавками для подвода к режущим кромкам смазочно-охлаждающей жидкости весьма сложны в изготовлении и не получили широкого распространения в промышленности.На практике глубокие отверстия сверлятся обычно непрерывно с принудительным либо наружным, либо внутренним отводом стружки. Принудительный отвод стружки осуществляется обычно жидкостью, подводимой в зону резания под давлением. Весьма редко вместо жидкости применяют сжатый воз­дух. Для создания циркуляции жидкости применяется специальная оснастка и оборудование.

На рис. 5 показаны упрощенные схемы обоих методов глубокого сверления.



Рис.5
При наружном отводе стружки (рис. 5, а) жидкость поступает от насоса через внутреннюю полость стебля и сверла в зону резания и вместе со стружкой отводится через зазоры между сверлом со стеб­лем и поверхностью образующегося глубокого отверстия в стружкоприемник. Стружкоприемник задерживает стружку, а жидкость стекает в отстойник резервуара. В резервуаре (баке) жидкость очи­щается от механических примесей, охлаждается и вновь насосом направляется через трубопровод (гибкий шланг) и стебель сверла в зону резания.

При внутреннем отводе стружки (рис. 5, б) жидкость направляется насосом в специальное устройство — маслоприемник. Из маслоприемника жидкость поступает в зону резания через зазоры между наружной поверхностью стебля со сверлом и образующейся поверхностью глубокого отверстия. Затем стружка вместе с жидко­стью вымывается в стружкоприемник через внутреннюю полость сверла и стебля. Далее путь жидкости до насоса аналогичен описан­ному выше.

Таким образом, процесс глубокого сверления характеризуется как непрерывный процесс образования в сплошном материале заготовки отверстий относительной длиной более 3-5 диаметров сверления с применением специальных сверл, оснастки и оборудования, обеспечивающих принудительный отвод стружки из зоны резания.

Под относительной длиной отверстия понимают отношение длины (глубины) сверления /с к диаметру сверления dc. Согласно приведен­ной выше характеристике, при глубоком сверлении относительная длина должна быть равной

(26)

или более строго, учитывая малую надежность стружкоотвода у спиральных сверл,

(27)

Глубокое сверление занимает особое место среди операций, при­меняемых при обработке деталей, имеющих большую относительную длину. Специфичность этой операции заключается как в том, что инструмент должен прокладывать себе путь в сплошном материале, не имея заранее подготовленной опоры и жесткого направления, так и в том, что от качества проведения глубокого сверления сущест­венно зависит структура последующего технологического процесса. Типичным для глубокого сверления также является невозможность непосредственного наблюдения за ходом процесса и трудность вы­полнения данной операции на универсальном оборудовании без его основательной подготовки.

При глубоком сверлении различают сплошное и кольцевое сверление.

При сплошном сверлении (рис. 6, а) весь материал, расположен­ный в объеме будущего отверстия, измельчается в стружку. При коль­цевом сверлении, которое иногда называют трепанацией, в стружку переводится только кольцевая полость (рис. 6, б). В центре образую­щегося отверстия остается стержень (или керн), используемый иногда в качестве заготовки для раз­личных деталей.






Рис.6,а,б

Если сверление сквозное, то высверливаемый стержень полностью отделяется от заготовки в конце прохода. Если же сверление глухое, то его необходимо удалять специальными прие­мами.

В большинстве случаев при необходимости сверления глухих отверстий предпочитают применять только сплошное сверление. Когда же необходимо просверлить сквозное отверстие очень боль­шой относительной длины (> 80) или сверлить детали из трудно­обрабатываемых материалов, применяют двустороннее сверление.

Запроектированный технологический процесс глубокого сверле­ния обычно оценивается по трем показателям:

  1. по производительности;

  2. по соответствию качества выполнения отверстия техническим
    требованиям на операцию;

  3. по общей стоимости изготовления детали с глубоким отверстием.

О производительности процесса глубокого сверления укрупненно судят по величине часового прохода сверла

м/ч (28)

или

м/ч. (29)

Здесь s0 - подача на один оборот сверла в мм/об;

Vc - скорость резания при сверлении в м!мин;

dc — диаметр сверления в мм;

пс — угловая скорость вращения заготовки при сверлении в обIмин.

Более полно производительность сверления характеризуется ко­личеством деталей, просверленных за смену,

шт/смену, (30)

где Тс — продолжительность работы в смену в ч;

То — потери времени за смену, предусмотренные режимом ра­боты, в ч;

tK — калькуляционное время на операцию сверления одной де­тали в мин.

От качества сверления, а следовательно, и от назначения припус­ков на последующие операции зависит дальнейший процесс обра­ботки не только отверстия, но и всей детали в целом. Поэтому стои­мость выполнения операции глубокого сверления необходимо рассмат­ривать не изолированно, а с учетом стоимости всей обработки детали.


  1. ^ Основные факторы, влияющие на работу сверла


При глубоком сверлении режущие элементы инструментов работают в тяжелых условиях. Возникающие на этих операциях огранка, вибрации и нарушения бесперебойного стружкоотвода ускоряют изнашивание режущих элементов и вызывают их поломку (выкрашивание режущего лезвия, разрушение всей режущей части). Ввиду сложности и высокой стоимости этих инструментов продление срока их службы имеет большое значение как с точки зрения обеспечения производительности, так и снижения удельных затрат на инструмент. Выделяют следующие основные факторы [1,3,9], влияющие на стойкость инструмента:

1) материал и конструкция сверла;

2) обрабатываемый металл;

3) режимы резания;

4) смазывающе-охлаждающие жидкости;

5) оборудование.
^ 2.1. Влияние материала и конструкции сверла
Основным компонентом для производства сверл (режущих пластин) является карбид вольфрама [5,6], в роли связующего вещества выступает кобальт и около 1% составляют фирменные присадки, придающие инструменту необходимые свойства. В других случаях в качестве связки также участвует кобальт с процентным содержанием 6 % и 1% это фирменные добавки, включая молибден. Существуют и металлокерамические соединения с содержанием карбидов вольфрама и молибдена. Так, например, молибден придаст инструменту упругую гибкость, так необходимую при сверлении на полную глубину режущей части сверла. Это обстоятельство также позволит использовать сверла на оборудовании с низкими техническими характеристиками (биение цанги, шпинделя, относительно длительное время переходных процессов позиционирования стола). Но не все так просто: улучшая один параметр, мы изменяем износостойкость и наоборот. Такие присадки, как тантал и титан, позволяют материалу работать в самых тяжелых условиях резания — постоянные и переменные ударные нагрузки, повышенная температура взаимодействия между трущимися поверхностями.

Немаловажным фактором для выбора материала является его температурная стойкость. Установлена зависимость температуры в зоне обработки от скорости резания, подачи, скорости вращения шпинделя, и выражается она следующей формулой:

, (31)

где С0=920 — коэффициент, характеризующий влияние материала сверла, геометрии, режущих частей на температуру в зоне резания;

х, у, z — показатели степени, характеризующие влияние скорости резания, подачи и диаметра сверла на значение температуры в зоне обработки;

V — скорость резания (м/мин),

S — подача (мм/оборот),

d — диаметр сверла (мм).

После математической обработки результатов экспериментов были уточнены коэффициенты в формуле (31), и она приняла следующий вид:

(32)
Актуальным при работе со сверлами является шероховатость поверхности стружечного канала (Rz). Закупоривание стружечного канала приводит к резкому повышению сил скручивания сверла, а это, в свою очередь, ведет к частым поломкам инструмента. Для сверл изготовители стремятся создать микрозернистый материал, тем самым увеличить стойкость и прочность режущего инструмента. Лучшие образцы имеют зернистость порядка 0,4 мкм и меньше. Уменьшение величины зерна в материале благоприятно сказывается на точности заправки, шероховатости инструмента и стойкости режущих кромок.

Продление срока службы сверла возможно за счет применения многократных переточек либо смены режущих элементов. В зависимости от конструкции режущего элемента и способа его крепления на рабочей части переточка может выполняться совместной с рабочей частью либо раздельно.

Существует несколько видов конструкций режущих элементов:

  1. Монолитные режущие элементы;

  2. режущие элементы, закрепляемые постоянно на корпусе рабочей части;

  3. режущие элементы, закрепляемые сменно на корпусе рабочей части;

  4. плавающие режущие элементы.

Применение той или иной конструкции режущих элементов зависит от конкретных условий резания.
^ 2.2. Влияние обрабатываемого материала
Обработка отверстия требует определенных энергетических затрат [10,11]. При сверлении силовое взаимодействие инструмента и заготовки складывается из осевой силы и момента сверления.

Чем выше предел прочности при растяжении σв или твердость НВ обрабатываемого металла, тем больше осевая сила и момент от сил сопротивления резанию при сверлении.

Прежде всего, величина требуемой мощности зависит от типа обрабатываемого материала. Для того, чтобы рассчитать усилия резания перед началом обработки, используется величина удельной силы резания, своя для каждого материала.

Номинальные значения удельной силы резания () , измеряемой в , получены эмпирическим путем для большинства обрабатываемых материалов. Она выражается как тангенциальная сила резания, необходимая для срезания стружки с поперечным сечением определенного размера () или действительная сила резания, деленная на площадь сечения стружки. Значение силы резания соответствует определенной подаче на зуб. Сталь имеет удельную силу резания приблизительно в три раза большую, чем цветные металлы и в два раза меньшую по сравнению с жаропрочными сплавами.
  1   2   3



Скачать файл (311.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru