Резание металла
Федеральное
агентство по образованию
ГОУ ВПО
«Уральский государственный технический университет - УПИ
имени первого
Президента России Б. Н. Ельцина»
Кафедра
«Металлорежущие станки и инструменты»
Курсовая
работа
«Резание
металла»
Студент
группы ТМ,
МЗ-300104
Журавлев А.А.
Екатеринбург
2013г.
Содержание
Задание 1
Задание 2
Задание 3
Задание 4
Задание 5
Список
литературы
Задание 1
Выбрать параметры режима резания при точении на проход вала диаметром D
до диаметра d на длине l1. Длина вала l. Станок токарно-винторезный модели
16К20. Способ крепления заготовки выбрать самостоятельно.
Исходные параметры:
Марка обрабатываемого материала - Сталь 25ХГТ. Механические свойства: σв = 1200 МПа. Диаметр заготовки D =
84 мм, диаметр детали d = 79 мм, длина детали l = 450 мм, шероховатость Ra = 5
мкм, точность = 0,120 мм.
Решение:
Схема обработки:
Для обработки данной детали выбран токарно-винторезный станок модели
16К20. Основные технические характеристики станка представлены в таблице 1.
Для обработки вала из Сталь 25ХГТ выбираем резец и устанавливаем его
параметры. Принимаем токарный проходной резец с пластинами из твердого сплава
марки Т5К10 (ГОСТ 18878 - 73).
Таблица 1 - Технические характеристики станка 16К20
Параметры
|
16К20
|
Наибольший диаметр
обрабатываемой детали, мм
|
400
|
Число ступеней частоты
вращения шпинделя
|
22
|
Частота вращения шпинделя,
1/мин
|
12,5 - 1600
|
Число ступеней подач
суппорта
|
24
|
Подача суппорта, мм/об
|
0,05 - 2,8
|
Допустимая сила поддачи, Н
|
15000
|
Мощность главного
электродвигателя, кВт
|
11
|
КПД
|
0,75
|
Наибольшая сила подачи, Н
|
3528
|
Форма передней поверхности радиусная с фаской, h = 20 мм, b = 16 мм, L =
120 мм. Геометрические параметры режущей части резца: R = 1 мм, γ = 15º, α = 12º, φ = 60º, φ1 = 15º, λ = 0º [1, с.120].
Эскиз инструмента
Определяем режим резания.
Припуск
на обработку при продольном точении -
Глубину
резания для точения определяют по формуле:
;
Тогда:
Глубина
резания:
Выбираем
подачу.
Под
действием сил резания державка резца деформируется и в результате отклонения
вершины резца от первоначального положения возникают погрешности.
Подача,
допустимая прочностью твердосплавной пластины:
где
q = 4-5 мм - толщина пластинки твердого сплава;
Кр
- поправочный коэффициент.
Ср
= 300, хр = 1, ур = 0,75 - таб.22 [1, с. 273].
Поправочный
коэффициент:
;
По
таб. 9 [1, с. 264]:
таб.9 1,
с.264;
Где
показатель степени;
предел
прочности;
По
таблице 23 [1, с. 275]:
Кφр = 0,94;
Кγр = 1;
Кλр = 1;
Тогда поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания
равен:
.
Подача,
допустимая прочностью механизма подач станка:
,
где
[Q] - максимально допустимое усилие подачи по паспорту
станка, н.
Подача,
допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности:
где
Ra - высота микронеровностей, мкм;
r - радиус при
вершине резца в плане, мм.
По
таб. 6 методических указаний:
Cr = 125;
х
= 0,3;
у
= 0,4;= 0,35;= 0,7
Подача,
допустимая заданной точностью обработки:
,
где
Jст - жесткость станка, н/м;
Jд - жесткость
детали, н/м;
Jр - жесткость
резца, н/м;
δ = 0,74 - величина поля допуска выполняемого размера, мм;
α = 0,4-0,5 - коэффициент, определяющий допустимую долю погрешности
обработки.
Жесткость
станка:
Jст = 5290Dmax0,24
Где
Dmax = 400 мм = 0,4 м - максимальный диаметр
обрабатываемой детали по паспорту станка.
Jст = 5290 х
0,40,24 = 4246 н/м.
Жесткость
детали:
Где
d - диаметр детали, м;
А
- коэффициент, определяющий жесткость закрепления детали (в патроне с поджимом
заднего центра А = 110);
L - длина
детали, м;
- модуль
упругости стали.
.
Жесткость
резца:
,
где
Iр - момент инерции державки резца, м4.
Тогда
=
,39
мм/об.
Исходя
из рассчитанных ограничений и технических параметров станка принимаем подачу S
= 0,05 мм/об.
Скорость
резания [1, с. 265]:
Где
Сv - коэффициент, учитывающий условия резания;v - общий
поправочный коэффициент;
m, x, y, -
показатели степени.
Сv =
420; хv =
0,15; уv = 0,2; m = 0,2 [1, с. 269].
Общий
поправочный коэффициент определяется по формуле:
Кv
= Kmv Kпv Kиv Кφv Krv
Где
Kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала
заготовки;
Kпv -
коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kиv - коэффициент,
учитывающий материал фрезы;
Kφv - коэффициент, учитывающий угол φ;
Кrv -
коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине.
При
обработке стали:
Kmv = (750 / σв)n = (750 / 1200)1 = 0,625
Из
таблицы 1 - 4 [1, с. 261 - 263]:
Kпv = 1; Kиv =
0,65; Kφv = 0,9; Krv = 0,94
Кv
= 0,625 х 1 х 0,65 х 0,9 х 0,94 = 0,35
Стойкость
резца
Т
= 90-120 мин; принимаем Т = 100 мин.
Тогда
скорость резания:
92,5
мм/мин
Определяем
частоту вращения шпинделя:
1/мин
По
принятому значению nст определяем фактическую скорость резания:
83,08
мм/мин
Проверим
достаточность мощности принятого станка.
Эффективная
мощность, затрачиваемая на резание:
;
1,5 кВт
Полученный
результат сравниваем с паспортной мощностью станка:
Nэ Nстη,
где
Nст - мощность двигателя главного движения станка;
η - кпд станка.
Nэ = 1,5 кВт
< 11 х 0,75 = 8,25 кВт
Условие
выполняется, следовательно, обработка возможна.
Определяем
машинное время:
tм = Lрт / nS
где
Lрт - длина рабочего хода инструмента с учетом врезания
и перебега, мм.
Lрт = L + l1 + l2
Где
L - длина обрабатываемой поверхности, мм;
l1 - длина пути
врезания, мм;
l2 - перебег,
мм.
l1 = t / tgφ = 2,5 / tg60º = 1,44 мм;
Тогда:
l2 = 0,672t =
0,672 х 2,5 = 1,68 мм;
Lрт = 450 + 1,44
+ 1,68 = 452,12 мм;
Получаем:
tм = 452,12 /
(315 х 0,05) = 28,7 мин.
Задание 2
Выбрать режимы резания при сверлении отверстия диаметром D и глубиной
сверления L, в заготовке толщиной Н. Станок
вертикально-сверлильный модели 2Н135.
Исходные данные:
Марка обрабатываемого материала - Сталь 25ХГТ. Механические свойства: σв = 1200 МПа. D = 28 мм, L = 30 мм, Н = 70 мм.
Решение:
Схема обработки
Основные технические характеристики станка представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Технические характеристики станка 2Н135
Параметры
|
2Н135
|
Наибольший условный диаметр
сверления, мм
|
35
|
Наибольший ход шпинделя, мм
|
250
|
Число ступеней вращения
шпинделя
|
12
|
Частота вращения шпинделя,
1/мин
|
31 - 1400
|
Число ступеней подач
|
9
|
Подача шпинделя, мм/об
|
0,1 - 1,6
|
Наибольшая допустимая сила
подачи, Н
|
9000
|
Мощность электродвигателя
главного движения, кВт
|
4
|
КПД
|
0,8
|
Для сверления отверстий в детали из сталь 25ХГТ принимаем спиральное
сверло
Ø28 2301-10903
ГОСТ 10903-77 и устанавливаем его параметры: материал режущей части -
быстрорежущая сталь; d = 28
мм, L = 180 мм, l = 90 мм [1, с.
137].
Стойкость сверла Т = 50 мин.
Эскиз инструмента
Определяем режим резания.
Глубина резания:= 0,5D = 0,5 х 28 = 14 мм.
По таблице 25 [1, с. 277] выбираем подачу при сверлении:
S =
0,26 мм/об
Скорость резания:
где
Сv - коэффициент, учитывающий условия резания;v - общий
поправочный коэффициент;
m, y -
показатели степени.
По
таб. 28 [1, с. 278]:
Сv =
9,8; у = 0,5; q = 0,4; m = 0,2.
Общий
поправочный коэффициент определяется по формуле:
Кv
= Kmv Kиv Klv
Klv -
коэффициент, учитывающий глубину сверления;
Kиv -
коэффициент, учитывающий материал сверла.
При
обработке стали:
Kmv = (750 / σв)0,9 = (750 / 1200)0,9 = 0,66
Klv = 1 - таб.
31 [1, с. 280];
Kиv = 1,15 -
таб. 6 [1, с. 280];
Тогда
общий поправочный коэффициент:
Кv
= 0,66 х 1 х 1,15 = 0,76
Скорость
резания:
25,3
мм/мин
Определяем
частоту вращения шпинделя станка:
Корректируем
по паспортным данным станка и принимаем nст = 250 1/мин
Определяем
крутящий момент и осевую силу:
,
,
где
См и Ср - коэффициенты, учитывающие условия резания.
См
= 0,0345, q = 2, у = 0,8 - для крутящего момента, таб. 32 [1, с.
281];
Ср
= 68, q = 1, у = 0,7 - для осевой силы, таб. 32 [1, с. 281];
Кр = (σв / 750)0,75 = (1200 / 750)0,75 = 1,42
Тогда
крутящий момент и осевая сила:
131 Н м
8426 Н
Силу
Р0 = 8426 н сравниваем по паспорту станка с наибольшей допускаемой механизмом
подачи Р0 ст = 9000 н. Таким образом, Р0 < Р0 ст, следовательно, условие
резания выполняются.
Определим
эффективную мощность резания:
Nэ = Мкрnст /
9750 = (131 х 250) / 9750 = 3,3 кВт
Потребная
мощность резания:
Nп = Nэ / ηст,
где
ηст - КПД станка.
Nп = 3,3 / 0,8 =
4 кВт
Определяем
основное технологическое время:
То
= L / Sстnст,
где
L - расчетная глубина отверстия, мм.
Расчетная
глубина отверстия:
L = l + l1 + l2,
где
l - чертежный размер глубины отверстия, мм;
l1 - величина
врезания инструмента, мм;
l2 - величина
перебега инструмента, мм.
Можно
принять
l1 + l2 =
0,35D = 0,35 х 28 = 9,8 мм;
L = 30 + 9,8 =
39,8 мм;
То
= 39,8 / (0,26 х 250) = 0,61 мин
Задание 3
резание
точение пластина заготовка
Выбрать параметры режима резания при обработке плоскости А х В заготовки
толщиной С. Припуск на обработку h, мм. Модели станков: горизонтально-фрезерный
6Р82 или вертикально-фрезерный 6Р12.
Исходные параметры:
Марка обрабатываемого материала - Сталь 20. Механические свойства: σв = 500 МПа. Размеры заготовки: А =
325 мм, В = 180 мм, С = 100 мм. Припуск h = 2,5 мм. Шероховатость Ra = 5 мкм.
Решение:
Для обработки данной плоскости выбираем фрезерный станок модели 6Р12.
Основные технические характеристики станка представлены в таб. 3.
Таблица 3 - Технические характеристики станка 6Р12
Параметры
|
6Р12
|
Рабочая поверхность стола,
мм
|
520 х 1250
|
Число ступеней частоты
вращения шпинделя
|
18
|
Частота вращения шпинделя,
1/мин
|
31,5 - 1600
|
Число ступеней подач
|
18
|
Подача стола, мм/мин
|
25 - 1250
|
Допустимая сила поддачи, Н
|
15000
|
Мощность главного
электродвигателя, кВт
|
7,5
|
КПД
|
0,7
|
Для обработки плоскости из Сталь 20 выбираем фрезу и устанавливаем ее
параметры. Принимаем торцевую фрезу с многогранными твердосплавными пластинками
по ГОСТ 26595-85.
Диаметр фрезы выбираем из соотношения:
D =
(1,25…1,5 В) = 1,4 х 180 = 252 мм.
Материал режущей части фрезы выбираем для получистового фрезерования
углеродистой стали - Т15К6.
Геометрические параметры фрезы: γ = -5º, α1 = 8º, φ = 60º, φ0 = 30º (переходной кромки), φ1 = 5º, λ = 15º [1, с.188].
Эскиз инструмента
Определяем режим резания.
Глубина резания t = h = 2,5 мм.
Подача на один зуб:
Sz =
0,006 мм/зуб [1, с. 283].
Скорость резания [1, с. 282]:
где
Сv - коэффициент, учитывающий условия резания;v - общий
поправочный коэффициент;
m, x, y, q,
u, p - показатели степени.
Сv =
332; х = 0,1; у = 0,4; m = 0,2; q = 0,2; u = 0,2; р = 0 [1, с. 286].
Общий
поправочный коэффициент определяется по формуле:
Кv
= Kmv Kпv Kиv Кφv
где
Kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала
заготовки;
Kпv -
коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kиv -
коэффициент, учитывающий материал фрезы;
Kφv - коэффициент, учитывающий угол φ.
При
обработке стали:
Kmv = (750 / σв)n = (750 / 500)1 = 1,5
Из
таблицы 1 - 4 [1, с. 261 - 263]:
Kпv = 1; Kиv =
1; Kφv = 1
Кv
= 1,5 х 1 х 1 х 1 = 1,5
Тогда
скорость резания:
1246,2
мм/мин
Определяем
частоту вращения шпинделя:
1/мин
Корректируем
по паспортным данным станка и принимаем:
nст = 1250 1/мин
По
принятому значению nст определяем фактическую скорость резания:
981,3
мм/мин
Окружная
сила резания при фрезеровании [1, с. 282]:
Ср
= 825, х = 1, у = 0,75, q = 1,3; u = 1,1; w = 0,2 [1, с. 291].
Поправочный
коэффициент на качество обрабатываемого материала Кмр при обработке сталей
фрезами с режущей частью из твердого сплава:
Кмр
= (σв / 750)0,3 = (500 / 750)0,3 = 0,89
Тогда
сила резания:
315 н
Определим
остальные составляющие силы резания:
Рх
= (0,3…0,4) Pz = 0,3 х 315 = 94,5 н
Силу
Рх = 94,5 н (сила подачи) сравниваем по паспорту станка с наибольшей
допускаемой механизмом подачи Рх ст = 15000 н. Таким образом, Рх < Рх ст,
следовательно, условие резания выполняются.
Определим
эффективную мощность резания:
Nэ = PzVф /
(1020 х 60) = (315 х 981,3) / (1020 х 60) = 5,1 кВт
Потребная
мощность на шпинделе станка:
Nп = Nэ / ηст,
где
ηст - КПД станка.
Nп = 5,1 / 0,7 =
7,3 кВт
Определяем
основное технологическое время:
То
= Li / Sм,
где
L - расчетная длина обрабатываемой поверхности, мм;
i - количество
проходов;
Sм - минутная
подача.
L = l + l1 + l2,
где
l - чертежный размер обрабатываемой поверхности, мм;
l1 - величина
врезания, мм;
l2 - величина
перебега, мм.
При
обработке торцовой фрезой:
l1 = D =
250 мм,
l2 = (2..4) мм =
3 мм,
L = 325 + 250 +
3 = 578 мм
Минутная
подача:
Sм = Sznстz =
0,006 х 1250 х 14 = 105 мм/мин.
Принимаем
по станку Sм = 100 мм/мин.
То
= (578 х 1) / 100 = 5,78 мин
Задание 4
Выбрать параметры режима резания при шлифовании участка вала диаметром d
и длиной l1. Припуск на обработку h, длина вала l. Способ крепления заготовки -
в центрах. Станок круглошлифовальный модели 3М131.
Исходные данные:
Обрабатываемый материал - Сталь 35 незакаленная. Шероховатость
поверхности Ra = 1,25 мкм. d = 90
мм, l1 = 175 мм, l = 335 мм, h =
0,15 мм.
Основные технические характеристики станка представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Технические характеристики станка 3М131
Параметры
|
3М131
|
Наибольший размеры
устанавливаемой заготовки, мм - диаметр - длина
|
100 360
|
Скорость перемещения стола
(бесступенчатая), м/мин
|
0,02 - 4
|
Частота вращения детали,
1/мин
|
20 - 1000
|
Частота вращения круга,
1/мин
|
2350
|
Наибольшие размеры круга,
мм: - наружный диаметр - ширина
|
400 40
|
Мощность электродвигателя
главного движения, кВт
|
4
|
КПД
|
0,85
|
Для обработки вала из стали 35 выбираем шлифовальный круг и устанавливаем
его параметры.
Принимаем круг на керамической связке ПП: диаметр D = 80 мм; высота Н =
15 мм; отверстие d = 25 мм; шлифовальный материал 2А; зернистость 50 - 40 [1,
с. 252]
Стойкость шлифовального круга Т = 30 - 45 мин.
Эскиз инструмента
Определяем режим резания.
Глубина шлифования t = 0,15 мм.
По таблице 55 [1, с.301] выбираем поперечную подачу при круглом внешнем
шлифовании:
Sпоп =
0,005 мм
Определяем продольную подачу по формуле:
Sпр =
Нβ
где Н - ширина шлифовального круга, мм;
β - расчетный коэффициент.
По таблице 55 [1, с.301] для круглого наружного шлифования β = 0,2.
Sпр =
15 х 0,2 = 3 мм.
Определим расчетную скорость вращения детали:
где
Сv - коэффициент, учитывающий условия резания;
Dд - диаметр
шлифуемой поверхности, мм;
Т
- стойкость шлифовального круга;
m, x, k -
показатели степени.
По
таблице 56 [1, с. 303]:
Сv =
0,27; х = 1; k = 0,3; m = 0,5.
Тогда
скорость вращения детали:
5,87
мм/мин
Расчетная
частота вращения детали:
1/мин
Значение
nд находится в пределах, указанных в паспортных данных станка.
Определяем
скорость вращения шлифовального круга:
где
Dк - диаметр шлифовального круга, мм;
nк - частота
вращения шлифовального круга, 1/мин (выбирается по паспортным данным станка).
590,3
м/мин
Скорость
перемещения стола определяется по формуле:
0,062
м/мин
Полученное
значение VC находится в пределах скоростей перемещения стола.
Тангенциальная
сила резания определяется по формуле:
Из
таблицы 56 [1, с. 303]:
Ср
= 2,2, х = 0,55, у = 0,5, u = 0,5.
Тогда
сила резания:
38 Н
Определим
эффективную мощность на вращение шлифовального круга:
Nэк = PzVк /
(1020 х 60) = (38 х 590,3) / (1020 х 60) = 0,37 кВт
Потребная
мощность на вращение шлифовального круга:
Nпк = Nэк / η
где
η
- КПД шлифовального станка.
Nпк = 0,37 /
0,85 = 0,44 кВт
Определяем
основное технологическое время:
То
= 2LhK / Sпрnдt
где
L - длина продольного хода детали, мм;
h - припуск на
обработку, мм;
Длина
продольного хода детали:
L = l + Н
где
l - длина обрабатываемой поверхности, мм;
Н
- ширина круга, мм.
L = 175 + 15 =
190 мм;
То
= (2 х 190 х 0,15 х 1,5) / (3 х 20,7 х 0,15) = 9,2 мин
Задание 5
Выбрать параметры режима резания при нарезании цилиндрического зубчатого
колеса червячной модульной фрезой на зубофрезерном станке модели 53А50.
Параметры нарезаемого колеса: модуль m, число z1 и угол β1 наклона нарезаемых зубьев, ширина В
нарезаемого венца, шероховатость Ra поверхности зубьев, материал.
Исходные данные:
Обрабатываемый материал - Сталь 20ХНМ, НВ 160. Параметры нарезаемого
зубчатого колеса: m = 5,5 мм, z1 =
60, β1 = 20º, В = 66 мм, Ra = 6,3 мкм.
Решение:
Схема процесса резания
Основные
технические характеристики станка представлены в таблице 5.
Для
нарезания цилиндрического зубчатого колеса принимаем червячную модульную фрезу
из быстрорежущей стали Р6М5.
Геометрические
характеристики фрезы [1, с. 193]: d0 = 112 мм, d =
40 мм, d1 = 60 мм, L = 112 мм, z0 = 10.
Таблица
5 - Технические характеристики станка 53А50
Параметры
|
53А50
|
Наибольший диаметр
нарезаемых колес, мм
|
500
|
Наибольший модуль зубьев
нарезаемых колес, мм
|
8
|
Частота вращения шпинделя
фрезы, 1/мин
|
40 - 405
|
Подача, мм/об: -
вертикальная - радиальная - осевая
|
0,75 - 7,5 0,2 - 2,25 0,13
- 2,6
|
Мощность главного
электродвигателя, кВт
|
8/10/12,5
|
КПД
|
|
Эскиз фрезы
Глубина резания:
t =
2,2m = 2,2 х 5,5 = 12,1 мм
Движение подачи [2, с. 294]:
S =
2,6 мм/об
При S = 2,6 мм/об и m = 5,5 мм принимаем скорость резания V = 26,5 м/мин.
Число оборотов фрезы в минуту:
75,4
об/мин
Основное
время при обработке цилиндрических колес червячной модульной фрезой:
где
l - путь фрезы в направлении подачи, мм;
n - частота
вращения фрезы в минуту;
z1 - число
зубьев нарезаемого колеса;
S - подача в
мм/об заготовки;
К
- число заходов фрезы;
i - число
проходов.
Путь
фрезы в направлении подачи:
l = qB + l' + l''
где
q - количество колес, одновременно обрабатываемых на
станке;
В
- ширина венца нарезаемого колеса, мм;
l' - величина
врезания, мм;
l'' - величина
перебега, мм.
Величина
врезания
37 мм.
Величина
перебега l'' = 3 мм.
Тогда:
l = 1 х 66 + 37
+ 3 = 106 мм.
Основное
время:
16,2
мин.
Список
используемой литературы
1. Справочник
технолога-машиностроителя. Т1. / Под ред. А.Г. Касилова, Р.К. Мещерякова. - М.:
Машиностроение, 1986. - 656 с.
2. Справочник
технолога-машиностроителя. Т2. / Под ред. А.Г. Касилова, Р.К. Мещерякова. - М.:
Машиностроение, 1985. - 496 с.
. Резание
металлов. Учебн. для вузов. / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. М.: Высш. шк.,
1985. - 304 с.
. Металлорежущие
инструменты. Учебн. для вузов. / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов. - М.:
Машиностроение, 1989. - 328 с.