Как рассчитать режимы резания при сверлении: формулы, примеры и рекомендации
Введение
Ранее в наших статьях мы рассматривали определение режимов резания для токарной обработки и фрезерования . В данной статье разберем назначение режимов для сверления.
Основные параметры сверления
Чем выше подача, тем быстрее сверло пройдет путь, необходимый для получения отверстия заданной глубины: от торца заготовки до дна отверстия.
При сверлении обычно рассматривают два вида подачи: подачу на оборот и минутную подачу . Подачу на оборот чаще используют при работе на токарных станках, а минутная — может использоваться для составления управляющих программ на станке с ЧПУ.
Подача на оборот f n — это путь, пройденный сверлом относительно заготовки за один оборот. Размерность подачи на оборот — миллиметры на оборот (мм/об).
Минутная подача V f — это путь, пройденный сверлом за одну минуту:
V f = f n × n (1).
Частота вращения n в формуле 1 может означать частоту вращения шпинделя сверлильного или фрезерного станка, в котором установлено сверло, или частоту вращения заготовки для токарного станка. Поэтому далее, для простоты, будем называть это движение «частота вращения».
Размерность минутной подачи — миллиметры в минуту (мм/мин):
[мм/мин] = [мм/об] × [мин –1 ] (2).
Скорость снятия стружки определяется скоростью резания . При сверлении скорость резания V c можно посчитать по формуле:
V c =(π × D c × n ) / 1000 (3),
где π=3,14; D c — диаметр режущей части сверла (далее «диаметр сверла»); n — частота вращения.
Размерность скорости резания — метры в минуту:
[м/мин] = (3,14 × [мм] × [мин –1 ]) / 1000 (4).
Для наладки станка и составления управляющих программ, часто необходимо получить значение частоты вращения :
n =(1000 × V c ) / (π × D c ) (5).
Из формулы 5 видно, что чем больше скорость резания V c , которую может обеспечить материал режущей части сверла, тем выше частота вращения n . А из формулы 1 получается, что чем выше частота вращения n (которая зависит от скорости резания), тем выше минутная подача V f . Минутная подача же напрямую определяет, какой путь пройдет инструмент в единицу времени, то есть производительность обработки определяется скоростью резания.
Необходимо отметить, что скорость резания в наибольшей степени влияет на стойкость инструмента: чем скорость выше, тем стойкость меньше. При назначении скорости резания важно обращать внимание на материал сверла и выбирать корректную скорость, так как цельные сверла могут быть как из твердого сплава, так и из быстрорежущей стали. Скорость резания для сверл из разного материала может значительно отличаться.
Глубина резания a p при сверлении определяется как половина диаметра сверла (формула 6). Поэтому для сверл больших диаметров, а это, как правило, сверла со сменными режущими элементами (пластинами, головками), следует учитывать возможности шпинделя станка по мощности и крутящему моменту.
Так как диаметр сверла (а следовательно, и глубину резания) обычно поменять нельзя, то если станок не «тянет», остается только уменьшать подачу и, во вторую очередь, частоту вращения.
a p = D c / 2 (6).
Размерность глубины резания — миллиметры.
Режимы резания
Сверло со сменными пластинами
На нескольких примерах рассмотрим рекомендации по режимам резания в том виде, как они представлены в каталогах поставщиков режущего инструмента. Первый пример — часть таблицы с режимами для сверл со сменными пластинами .
| Обрабатываемый материал | Твердость |
Скорость резания
V c (м/мин) | Подача f n (мм/об) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| ∅14–∅22,5 | ∅23–∅27 | ∅27,5–∅33 | ∅33,5–∅40 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| P — Сталь | ||||||
| Низкоуглеродистая сталь (длинная стружка) | <HB125 | 160– 240 –300 | 0,04–0,06 | 0,04–0,06 | 0,04–0,08 | 0,04–0,08 |
| Низкоуглеродистая сталь (короткая стружка), автоматная сталь | <HB125 | 140– 180 –220 | 0,04–0,10 | 0,04–0,12 | 0,06–0,16 | 0,08–0,18 |
| Средне- и высокоуглеродистая сталь | <HRC25 | 140– 180 –220 | 0,04–0,10 | 0,04–0,12 | 0,06–0,16 | 0,08–0,18 |
| Легированная сталь, инструментальная сталь | <HRC35 | 100– 160 –200 | 0,04–0,10 | 0,06–0,12 | 0,08–0,16 | 0,08–0,18 |
| Легированная сталь, инструментальная сталь | HRC35-HRC48 | 80– 160 –200 | 0,04–0,10 | 0,06–0,12 | 0,08–0,16 | 0,08–0,18 |
| M — Нержавеющая сталь | ||||||
| Нержавеющая сталь (аустенитная) | HB130-HB200 | 100– 140 –200 | 0,04–0,10 | 0,06–0,12 | 0,06–0,14 | 0,06–0,16 |
| Нержавеющая сталь (аустенитная), литье нержавеющей стали | <HRC25 | 60– 140 –180 | 0,03–0,08 | 0,04–0,12 | 0,06–0,14 | 0,06–0,16 |
| Нержавеющая сталь (двухфазная) | <HRC30 | 60– 140 –180 | 0,03–0,08 | 0,04–0,12 | 0,06–0,14 | 0,06–0,16 |
В столбцах 1 и 2 таблицы определены характеристики материала заготовки, для которого в последующих столбцах таблицы даны рекомендованные режимы резания. В рассматриваемом фрагменте таблицы режимы даны для двух больших групп материалов: сталей и нержавеющих сталей — для которых выделены подгруппы по составу или структуре материала с указанием максимальной твердости, возможной для обработки данными сверлами.
В столбце 3 представлены диапазоны скорости резания. Значение, выделенное жирным, среднее значение, рекомендованное, как первый выбор. Определив по таблице скорость резания и зная диаметр сверла, которое планируется использовать для обработки, по формуле 5 можно посчитать частоту вращения, значение, которое необходимо для наладки станка.
Столбцы с 4 по 7 содержат максимальные и минимальные значения подачи на оборот для определенных диапазонов диаметров сверла. Если фактический диаметр сверла ближе к верхней границе диапазона, то следует выбрать максимальную подачу, если к нижней — минимальную. Или выбрать среднее значение подачи, если диаметр сверла попадает в середину диапазона.
Если для написания управляющей программы необходимо перейти от подачи на оборот к минутной подаче, то сделать это можно, воспользовавшись формулой 1.
Цельное твердосплавное сверло
В качестве второго примера разберем фрагмент таблицы с режимами резания для цельных твердосплавных сверл .
| Обрабатываемый материал | Твердость | DC, мм | 3D, 5D | 8D, 12D, 15D, 20D, 25D | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скорость резания V c (м/мин) |
Подача
f n (мм/об) |
Скорость резания
V c (м/мин) |
Подача
f n (мм/об) |
||||
 без каналов СОЖ |
 с каналами СОЖ |
с каналами СОЖ |
|||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| P — Сталь | |||||||
|
Низкоуглеродистая
сталь (длинная стружка) | <HB125 | 3 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,10– 0,15 –0,20 | 140– 100 –60 | 0,10– 0,15 –0,20 |
| 4 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,10– 0,15 –0,20 | 140– 100 –60 | 0,10– 0,15 –0,20 | ||
| 6 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,14– 0,19 –0,25 | 140– 100 –60 | 0,14– 0,19 –0,25 | ||
| 8 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,16– 0,22 –0,32 | 140– 100 –60 | 0,16– 0,22 –0,32 | ||
| 10 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,16– 0,22 –0,35 | 140– 100 –60 | 0,16– 0,22 –0,35 | ||
| 12 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,18– 0,28 –0,40 | 140– 100 –60 | 0,18– 0,28 –0,40 | ||
| 14 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,22– 0,32 –0,45 | 140– 100 –60 | 0,22– 0,32 –0,45 | ||
| 16 | 120– 80 –50 | 140– 100 –60 | 0,22– 0,32 –0,45 | 140– 100 –60 | 0,22– 0,32 –0,45 | ||
| M — Нержавеющая сталь |
Нержавеющая
сталь (аустенитная) | HB130-HB200 | 3 | – | 80– 60 –40 | 0,05– 0,08 –0,10 | 60– 50 –40 | 0,04– 0,08 –0,10 |
| 4 | – | 80– 60 –40 | 0,06– 0,10 –0,12 | 60– 50 –40 | 0,04– 0,08 –0,10 | ||
| 6 | – | 80– 60 –40 | 0,07– 0,12 –0,14 | 60– 50 –40 | 0,06– 0,10 –0,12 | ||
| 8 | – | 80– 60 –40 | 0,08– 0,13 –0,18 | 60– 50 –40 | 0,06– 0,10 –0,12 | ||
| 10 | – | 80– 60 –40 | 0,09– 0,15 –0,20 | 60– 50 –40 | 0,08– 0,12 –0,16 | ||
| 12 | – | 80– 60 –40 | 0,10– 0,17 –0,22 | 60– 50 –40 | 0,08– 0,12 –0,16 | ||
| 14 | – | 80– 60 –40 | 0,11– 0,18 –0,24 | 60– 50 –40 | 0,10– 0,14 –0,18 | ||
| 16 | – | 80– 60 –40 | 0,12– 0,20 –0,24 | 60– 50 –40 | 0,10– 0,14 –0,18 | ||
Так же, как и для сверл со сменными пластинами, в первых двух столбцах таблицы (1 и 2) указываются материалы заготовки, для которых даны рекомендованные режимы.
В столбце 3 содержатся диаметры сверл, для каждого из которых в последующих столбцах определены величины скорости резания и подачи. Так как возможна большая номенклатура сверл с различными диаметрами (например, в диапазоне диаметров от 3 до 16 мм с шагом 0,1 мм), в таблице приведены режимы только для нескольких наиболее часто применяемых целых значений диаметра сверла. А для промежуточных диаметров, следует выбирать значения режима, ориентируясь на информацию по ближайшему большему и меньшему диаметру.
Можно заметить, что скорость резания (столбцы o;4, 5, 7) будет отличаться только в зависимости от конструкции сверла: возможной глубины сверления, то есть длины рабочей части сверла, и наличия каналов СОЖ. И для всех диаметров сверла при обработке одного материала будет одинакова. Это связано с тем, что возможность обеспечить определенную скорость резания главным образом зависит от материала сверла. Также стоит заметить, что при прочих равных условиях, сверлам с внутренними каналами СОЖ можно назначать более высокую скорость резания, чем без каналов. Следовательно, и производительность работы сверл с каналами СОЖ будет выше.
Величина подачи на оборот в столбцах 6 и 8 может отличаться в зависимости от возможной глубины сверления, а кроме того меняется для различных диаметров сверла. Для промежуточных диаметров сверла, для которых в таблице режимы напрямую не указаны, можно назначить подачу равную той, что указана для ближайшего диаметра. А если диаметр сверла близок к среднему между соседними приведенными в таблице величинами, то следует посчитать среднее значение подачи, от рекомендованных для этих соседних диаметров.
Заключение
Правильный выбор режимов резания при сверлении напрямую влияет на качество отверстий, производительность и стойкость инструмента. Основными параметрами остаются подача, скорость резания и частота вращения — они связаны между собой и требуют комплексного подхода. На практике рекомендованные значения проще всего определять по таблицам производителей инструмента, адаптируя их под фактические условия обработки: диаметр сверла, глубину сверления, наличие внутренних каналов СОЖ и характеристики материала заготовки.
Использование корректных режимов позволяет снизить нагрузку на инструмент, избежать преждевременного износа и добиться стабильного результата даже при обработке труднообрабатываемых материалов.