РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНОГО СВЕРЛА

Задание:

Рассчитать и сконструировать спиральное сверло из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком для сверления под последующую технологическую операцию. Диаметр сверла выбрать исходя из технологического назначения отверстия. 

Обрабатываемый материал: Сталь 30ХГС. 

Предел прочности: σ_в = 850 МПа.

Глубина сквозного отверстия: l = 10 мм.

Назначение сверления: d = 37 мм.

Решение:

Материал рабочей части сверла принимаем быстрорежущую сталь Р6М5 (табл. 1, [1], стр. 34), материал хвостовика принимаем сталь 45.

2.1 Определение наружного диаметра D.

Для сверления отверстия d = 38,1 мм принимаем диаметр сверла равным D = 37 мм ГОСТ 10903-77 (табл. 41, [2], стр. 145).

2.2 Определяем режим резания. При сверлении стали с пределом прочности σ_в = 850 МПа подачу на оборот принимаем равной: S_о = 0,3 мм/об (табл. 25, [2], стр. 276).

Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами сверла:

 ,                     ([2], стр. 276)

C_v = 9,8; q_v = 0,4; x_v = 0; y_v = 0,5; m = 0,2 – при S_о > 0,2 мм/об и охлаждении (табл. 28, [2], стр. 278);

T – период стойкости сверла, для сверла диаметром D = 37 мм при обработке конструкционной стали сверлом из быстрорежущей стали принимаем T=70 мин (табл. 30, [2], стр. 279);

K_v – общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания:

,                   ([2], стр. 276)

K_Мv – поправочный коэффициент, учитывающий обрабатываемый материал:

 ,     (табл. 1, [2], стр. 261)

K_Г = 1,0; n_v = 1 (табл. 2, [2], стр. 262); σ_в = 800 МПа.

,

K_Иv – поправочный коэффициент, учитывающий материал инструмента, для сверла из быстрорежущей стали Р18 принимаем K_Иv = 1,0 (табл. 6, [2], стр. 263);

K_lv – поправочный коэффициент, учитывающий глубину сверления, принимаем K_lv = 1,0 (табл. 31, [2],стр. 280);

,

.

2.3 Определяем осевую составляющую силы резания по формуле:

,          ([1], стр. 13)

C_P = 68; x_P = 1,0; y_P = 0,7 (табл. 32, [2], стр. 281);

K_P – поправочный коэффициент на осевую составляющую силы резания

 ,                            ([2], стр. 280)

                                         ,                  ([2], стр. 264)

n_P = 0,75 (табл. 9, [2], стр. 264).

,

,

.

2.4 Определяем момент сил сопротивления резанию (крутящий момент) по формуле:

,       ([1], стр. 13)

C_M = 0,0345; x_M = 2,0; y_M = 0,8 – для конструкционной стали с пределом прочности σ_в = 850 МПа (табл. 32, [2], стр. 281);

.

,

2.5 Определяем номер конуса Морзе хвостовика.

Момент трения между хвостовиком и втулкой определяется по формуле:

 ,  ([1], стр. 13)

Приравниваем момент трения к максимальному моменту сил сопротивления резанию, т. е. к моменту, создающемуся при работе затупившимся сверлом, который увеличивается до 3 раз по сравнению с моментом, принятым для нормальной работы сверла.

Следовательно, 3×М_с.р. = М_тр .

Средний диаметр конуса хвостовика определяется по формуле:            d_ср = (D₁ + d₂)/2,

                    ,                     ([5], стр. 192)

Θ = 1^о26'16'' – половина угла конуса (конусность равна 0,05020; sin Θ = 0,0251), ([1], стр. 14);

μ = 0,095 – коэффициент трения стали по стали ([1], стр. 14);

∆Θ = 5' – отклонение угла конуса ([1], стр. 14).

,

По ГОСТ 25557 – 82 выбираем ближайший больший конус, т. е. конус Морзе № 3 с лапкой ([2] стр. 150), со следующими основными конструктивными размерами: D₁ = 24,1 мм; d₂ = 19,1 мм; l₃ = 94 мм; l₄ = 99 мм.

2.6 Определяем длину сверла.

Общую длину сверла L, длину рабочей части l_о, длину хвостовика l_х и длину шейки l₂ принимаем по ГОСТ 2092 – 77 (табл. 40, [2], стр. 137).

L = l_о + l_х + l₂ = 195 + 99 + 13 = 232 мм.

Рис. 2. Сверло спиральное с коническим хвостовиком

2.7 Определяем геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла.

Форму заточки принимаем ДП (двойная с подточкой перемычки) (табл. 43, [2], стр. 151). Угол наклона винтовой канавки ω = 31°. Углы между режущими кромками: 2φ = 118°; 2φ_о = 70°. b = 2,5 мм. Задний угол α = 12°. Угол наклона поперечной кромки ψ = 55°. Размеры подточенной части перемычки: a = 1,5 мм, l = 2,5 мм. Шаг винтовой канавки:

H = π × D/tg ω = 3,14 × 37/tg30° = 201,3 мм.

Рис. 4. Форма и размеры заточки вершины сверла

2.8 Толщину сердцевины сверла выбираем в зависимости от диаметра сверла. Для сверла диаметром D = 37 мм толщину сердцевины у переднего конца принимаем:

d_с = 0,14 × D = 0,14 × 37 = 5,18 мм ,           ([1], стр. 14)

Принимаем это утолщение равным 5 мм.

2.9 Обратную конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику) на 100 мм длины рабочей части для сверла диаметром D = 37мм принимаем равной 0,12 мм ([1], стр. 14).

2.10 Ширину ленточки (вспомогательной задней поверхности лезвия) f_о и высоту затылка по спинке K выбираем в соответствии с диаметром сверла D. Принимаем f_о = 0,4 мм; K = 0,9 мм (табл. 44, [2], стр. 151).

2.11 Ширина пера:

B = 0,58 × D = 0,58 × 37 = 21,46 мм ,            ([1], стр. 14)

2.12 Геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла определяем упрощенным аналитическим методом.

Больший радиус профиля:

 ,                 ([5], стр. 193)

        ,

,

при отношении толщины сердцевины d_с к диаметру сверла D, равном 0,14, C_r = 1;

,

D_ф – диаметр фрезы.

При D_ф = 13 × ÖD, C_ф = 1.

Следовательно, R₀ = 0,477 × 1 × 1 × 37 = 17,649 мм.

Меньший радиус профиля R_к = C_к × D, где

C_к = 0,015 × ω^0,75 = 0,015 × 31^0,75 = 0,197.

Следовательно, R_к = 0,197 × 37= 7,289 мм.

Ширина профиля B = R₀ + R_к = 17,649 + 7,289 = 24,938 мм.

2.13 Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла (по ГОСТ 885 – 77*).

Предельные отклонения диаметров сверла D = 37h9_(-0,043) мм. Допуск на общую длину и длину рабочей части сверла равен удвоенному допуску по 14-му квалитету с симметричным расположением предельных отклонений  по ГОСТ 25347 – 82. Предельные отклонения размеров конуса хвостовика устанавливают по ГОСТ 2848 – 75* (степень точности AT8). Радиальное биение рабочей части сверла относительно оси хвостовика не должно превышать 0,15 мм. Углы 2φ = 118° ± 2°; 2φ₀ = 70°^+5°. Угол наклона винтовой канавки ω = 31°_-2°.

Предельные отклонения размеров подточки перемычки режущей части сверла +0,5 мм. Твёрдость рабочей части сверла 63 – 66 HRC_э, у лапки хвостовика сверла 32 – 46,5 HRC_э.