Производительность корпусного сверла напрямую зависит от правильно подобранного сочетания скорости резания и подачи. Назначать эти параметры только по диаметру инструмента было бы грубой ошибкой. Необходимо учитывать материал заготовки, марку и геометрию сменных пластин, длину сверла (отношение L/D), жесткость системы «станок–деталь–инструмент» и способ охлаждения. В этой статье разберем, как рассчитать режимы резания для корпусных сверл Ø16 и Ø32 мм, какие значения использовать для разных материалов и как избежать вибраций и поломок.
Корпусное сверло — это сборный осевой инструмент, у которого режущая часть выполнена в виде сменных твердосплавных пластин, закрепленных в стальном корпусе. Такая конструкция позволяет менять режущую кромку без замены всего инструмента, что снижает затраты на оснастку и время простоев.
Типовое корпусное сверло состоит из следующих элементов:
Такие сверла применяются на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и агрегатных станках для получения отверстий диаметром от 12 до 60 мм и более. Типичная глубина сверления стандартных серий — 3×D или 5×D, для специальных исполнений — до 8×D и выше.
Скорость резания при сверлении (Vc) и подача (fn) — не универсальные константы. Их значения определяются совокупностью факторов, которые можно разделить на несколько групп.
Это главный фактор. Чем выше твердость и прочность материала, тем ниже допускаемая скорость резания. Для конструкционных сталей с твердостью до 300 HB рекомендуются одни значения, для нержавеющих сталей — другие, для чугунов — третьи. Например, при обработке низкоуглеродистой стали Vc может достигать 180–250 м/мин, тогда как для титановых сплавов она падает до 30–60 м/мин.
С ростом диаметра увеличиваются требования к крутящему моменту и мощности станка, а при той же скорости резания снижается требуемая частота вращения шпинделя. Поэтому подача на оборот подбирается с учетом мощности привода станка. Для сверл малых диаметров (до 20 мм) подача обычно составляет 0,08–0,15 мм/об, для крупных (свыше 40 мм) — 0,15–0,25 мм/об и выше.
Каждый производитель рекомендует свои режимы для конкретной марки твердого сплава и геометрии. Пластины с покрытием PVD и CVD, с упрочняющей фаской или острой кромкой по-разному ведут себя при нагреве и износе. Начальные значения обычно берут из каталога для средней точки рекомендованного диапазона, а затем корректируют по фактическому износу.
При сверлении на глубину более 5×D условия отвода стружки и подвода СОЖ ухудшаются. В таких случаях параметры резания корректируют по рекомендациям производителя конкретного сверла. Если используется только наружное охлаждение, параметры резания также корректируют по рекомендациям производителя.
Недостаточная жесткость системы приводит к вибрациям, которые разрушают пластины и снижают точность отверстия. Мощность шпинделя ограничивает максимально допустимую минутную подачу. Способ закрепления заготовки и состояние поверхности входа (наличие литейной корки, уклона, прерывистого контура) требуют дополнительного снижения режимов.
Чтобы уверенно назначать режимы резания при сверлении, нужно четко различать четыре ключевых параметра и понимать их связь.
Это линейная скорость точки режущей кромки, наиболее удаленной от оси вращения, выраженная в метрах в минуту:
Vc = (π × D × n) / 1000
где D — диаметр сверла в мм, n — частота вращения шпинделя в об/мин. Именно Vc определяет тепловую нагрузку на пластину и скорость ее износа.
Количество оборотов шпинделя в минуту. Это «исполнительный» параметр, который вы задаете на станке. Он рассчитывается из требуемой скорости резания:
n = (Vc × 1000) / (π × D)
Полученное значение необходимо сопоставить с паспортными ступенями станка и выбрать ближайшее меньшее или равное значение. Это правило актуально для станков с механической коробкой скоростей. На станках с ЧПУ ближайшую ступень определять не нужно.
Путь, который сверло проходит вдоль оси за один оборот шпинделя, в мм/об. Подача определяет толщину срезаемого слоя, осевую силу и качество поверхности. Для корпусных сверл типичные значения лежат в диапазоне от 0,05 до 0,25 мм/об в зависимости от диаметра и материала.
Скорость продольного перемещения сверла, мм/мин:
Vf = fn × n
Этот параметр используется при программировании станка и расчете машинного времени.
В сплошном материале глубина резания при сверлении равна половине диаметра сверла: t = D/2. Глубина отверстия — это длина обработанного участка вдоль оси, которая указывается на чертеже. Не путайте эти понятия: при расчете режимов резания при сверлении используется глубина резания, при выборе длины сверла — глубина отверстия и отношение L/D.
Практический порядок действий при назначении режимов выглядит так:
Ниже приведены ориентировочные значения для корпусных сверл с твердосплавными пластинами. Точные данные всегда уточняйте по каталогу конкретного производителя.
| Материал заготовки | Твердость / группа | Vc, м/мин | fn для Ø16 мм, мм/об | fn для Ø32 мм, мм/об |
|---|---|---|---|---|
| Низкоуглеродистая сталь | < 0,3% C | 180–250 | 0,08–0,12 | 0,12–0,18 |
| Среднеуглеродистая сталь | 0,3–0,6% C | 160–220 | 0,10–0,15 | 0,15–0,21 |
| Нержавеющая сталь | Аустенитная | 170–240 | 0,08–0,15 | 0,10–0,17 |
| Серый чугун | ≤ 240 HB | 180–250 | 0,15–0,22 | 0,18–0,25 |
| Алюминиевые сплавы | — | 330–380 | 0,15–0,25 | 0,18–0,29 |
| Титановые сплавы | Ti-6Al-4V | 30–60 | 0,08–0,12 | 0,10–0,16 |
Рассмотрим расчет на конкретных примерах для двух диаметров.
Формула: n = (Vc × 1000) / (π × D)
Для стали 45 (σв ≈ 600 МПа) принимаем Vc = 150 м/мин. Для Ø16 мм: n = (150 × 1000) / (3,14 × 16) ≈ 2985 об/мин. Ближайшая ступень станка — 2800 об/мин. Правило применяется только для станков с механической коробкой скоростей. На станках с ЧПУ ближайшую ступень определять не нужно.
Формула: Vf = fn × n
Принимаем fn = 0,12 мм/об для Ø16 мм. Тогда Vf = 0,12 × 2800 = 336 мм/мин.
Дано: материал — сталь 45, твердость 200 HB, глубина отверстия 3×D, внутреннее охлаждение.
Решение:
Дано: материал — сталь 45, твердость 200 HB, глубина 4×D, внутреннее охлаждение.
Решение:
Расчетные режимы необходимо проверить по мощности привода:
Pc = (fn × Vc × D × kc) / 240000
где kc — удельная сила резания, Н/мм² (для стали ~2000–2500 Н/мм²). Если Pc превышает мощность станка с учетом КПД, режимы снижают, в первую очередь — подачу.
Стандартные таблицы предполагают идеальные условия: достаточную жесткость, обильное охлаждение, стабильный вход инструмента. В реальности приходится вносить поправки.
При увеличении отношения L/D условия стружкоудаления и подвода СОЖ ухудшаются, поэтому режимы корректируют по рекомендациям производителя конкретного сверла. При большом вылете инструмента из шпинделя жесткость падает, что требует снижения подачи во избежание вибраций.
Вход в материал под углом или обработка прерывистых контуров сопровождается ударными нагрузками. Подачу на участке входа корректируют в соответствии с рекомендациями производителя конкретного сверла.
Если система «станок–деталь–инструмент» недостаточно жесткая, появляются вибрации, которые разрушают пластины. В этом случае необходимо:
При пересечении отверстий или выходе на наклонную либо прерывистую поверхность возможен скол пластины. Подачу на таких участках корректируют по рекомендациям производителя.
Эффективное стружкоудаление — критическое условие стабильной работы корпусного сверла. Стружка должна дробиться на короткие фрагменты и беспрепятственно выводиться по канавкам.
Способы подачи СОЖ:
Признаки неправильного стружкообразования: длинная витая стружка (забивает канавки), мелкая пыль (перегрев), цвет стружки от соломенного до синего может свидетельствовать о повышенной температуре резания.
| Симптом | Вероятная причина | Корректировка |
|---|---|---|
| Сколы на режущей кромке | Чрезмерная подача, вибрации | Снизить fn на 10–20%, проверить жесткость |
| Ускоренный износ по задней поверхности | Превышена скорость резания | Снизить Vc на 10–15% |
| Наростообразование на пластине | Малая скорость, недостаточное охлаждение | Увеличить Vc, усилить подачу СОЖ |
| Длинная витая стружка | Малая подача, неподходящая геометрия | Увеличить fn, сменить геометрию пластины |
| Цвета побежалости на стружке | Перегрев зоны резания | Снизить Vc, улучшить охлаждение |
| Овальность отверстия | Недостаточная жесткость, биение | Уменьшить вылет, проверить биение |
Начните со значений, рекомендованных производителем для вашего материала и конкретной пластины. Для стали 45 и Ø16 мм в приведенном примере это Vc = 150 м/мин и fn = 0,12 мм/об. Далее корректируйте по стружке и износу.
По формуле n = (Vc × 1000) / (π × D). Подставьте Vc из таблицы и диаметр сверла, затем выберите ближайшую ступень станка в сторону уменьшения. Правило применяется для станков с механической коробкой скоростей. На станках с ЧПУ ближайшую ступень определять не нужно.
Подача выбирается по каталогу производителя для конкретной марки пластин и материала. Для стали средней твердости при Ø16 мм ориентируйтесь на 0,10–0,15 мм/об, при Ø32 мм — на 0,15–0,21 мм/об.
Для стали 45 в рассматриваемых условиях: Vc ≈ 140–160 м/мин, n ≈ 2800–3200 об/мин, fn ≈ 0,10–0,15 мм/об.
Для стали 45 в рассматриваемых условиях: Vc ≈ 130–150 м/мин, n ≈ 1300–1500 об/мин, fn ≈ 0,15–0,20 мм/об.
Да, при увеличении глубины сверления может потребоваться корректировка режимов из-за ухудшения отвода стружки и теплоотвода. Конкретные значения определяют по рекомендациям производителя сверла.
Нужна помощь с подбором пластин для корпусных сверл? Специалисты бренда AST помогут подобрать сменные твердосплавные пластины с учетом материала заготовки, диаметра сверла и условий обработки. Перейдите в каталог, чтобы изучить доступные исполнения пластин для корпусных сверл и подобрать подходящий вариант для вашей производственной задачи. Перейти в каталог пластин для корпусных сверл →
