Аналитический расчет режимов резания при точении
Федеральное
агентство железнодорожного транспорта
Уральский
государственный университет путей сообщения
Кафедра:
Технологии машиностроения
Курсовая
работа
по
дисциплине: Технология конструкционных материалов
на тему:
Аналитический расчет режимов резания при точении
Выполнил:
студент группы В-427
Завьялова
Г.Н.
Екатеринбург 2011г.
Исходные данные
деталь - вал;
операция - наружное обтачивание;
обрабатываемый материал - Чугун СЧ 12-28; 170
НВ;
размеры заготовки: D
= 56 мм,
размер детали - d
= 47 мм,
длина обработки Lдет
=530 мм;
- шероховатость обработанной
поверхности Rz20 мкм;
состояние обрабатываемой
поверхности: неравномерный припуск с коркой;
тип закрепления: в центрах;
станок - токарно-винторезный 1624М.
1. Распределение припуска и назначение глубины
резания
Припуск на обработку
,
где D - диаметр
обрабатываемой поверхности, мм;
d - диаметр
обработанной поверхности.
припуск на обработку - 4,5 мм.
.1 Назначение числа проходов
Точность и шероховатость задано
условием задания:
Rz20=>
Считается 5 классом - проведём обработку за 2 прохода:
Принимается tчер = 3мм; tпчист =
1,5мм.
2. Выбор геометрических и конструктивных
параметров и материала режущей части инструмента
2.1 Выбор материала режущей части (пластины)
Для черновой обработки по корке при
неравномерном припуске заготовки из чугуна с глубиной резания 3мм выбираем
сплав ВК8, который применяется для черновой обработки при неравномерном сечении
среза и прерывистом резании.
Для получистовой работы с относительно
равномерным сечением срезаемого слоя выбираем сплав ВК6. (Приложение 1 [3])
2.2 Выбор материала державки резца
Державку резца изготовим из Стали 45. Допустимое
напряжение на изгиб: [σ]u
= 20 кГс./мм2.
2.3 Выбор главного угла в плане
Угол φ
определяется от жёсткости технологической системы. Жёсткость технологической
системы зависит от закрепления.
Метод закрепления детали на станке - в центрах.
Жёсткость закрепления заготовки определяется по
неравенству:
Если это условие выполняется, то
система жёсткая.
В нашем случае: lзагот = 530
мм. D = 56 мм.
Из этого следует, что система малой
жёсткости.
Для точения в условиях обработки
деталей малой жёсткости применим угол φ =60о …75о, выбирается 60о.
угол φ1 =30о.
2.4 Выбираем тип резца
Резец токарный проходной прямой правый
с пластиной из твёрдого сплава ГОСТ 18878 - 73.
Рисунок 1 - Резец токарный проходной
прямой
2.5 Определение сечение державки
Выбирается прямоугольная форма
державки с размерами h=12мм, b=12мм.
Длина резца L = 70 мм
(ГОСТ 18878 - 73)
Длина режущей кромки t = 7 мм.
(ГОСТ 18878 - 73).
Обозначение правого резца,
исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК8: Резец:
2100 - 0005 ВК8 ГОСТ 18878-73.
Обозначение правого резца,
исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК6: Резец:
2100 - 0005 ВК6 ГОСТ 18878-73.
.6 Определение толщины режущей
пластинки
С≈0,2Н
где Н - высота державки резца
С=0,2х12=2,4 мм, т.е. 2,5 мм. (Приложение 1[2]).
Выбирается твердосплавная
напаиваемая пластина для проходных прямых, расточных и револьверных резцов по
ГОСТ 25395-90.
Таблица 1 - Параметры пластины по
ГОСТ 25395-90
Обозначение
пластины
|
l
|
b
|
S
|
01311
|
6
|
2,5
|
Остаточная толщина пластинки после переточек по
передней поверхности:
Сост =0,4С=0,4х2,5=1мм.
2.7 Форма передней поверхности. (Приложение 8,
Лист 1 [3])
Для черновой обработки по корке при
неравномерном припуске выбираем форму заточки II: плоская с фаской.
Рисунок 2 - форма заточки плоская с фаской
Для получистовой обработки при равномерном
припуске выбираем форму заточки I: плоская без фаски.
Рисунок 3 - форма заточки плоская без фаски
2.8 Геометрические параметры резца
Для черновой обработки при неравномерном
припуске выбираются следующие геометрические параметры режущей части:
- главный угол в плане φ=60о;
- передний угол γ=8о
задний угол α= 6о;
- радиус вершины r
=0,8
мм;
- радиус скругления режущей кромки r
=0,02 мм;
- ширина фаски f = 0,4 мм при черновой обработке.
Для получистовой обработки при равномерном
припуске выбираются следующие геометрические параметры режущей части:
главный угол в плане φ=60о;
- передний угол γ=12о
задний угол α= 8о;
- радиус вершины r
=0,8 мм;
- радиус скругления режущей кромки r
=0,02 мм.
деталь припуск глубина резание
3. Определение режимов резания для
предварительного перехода
3.1 Расчет величины допустимой подачи для
предварительного перехода
3.1.1 Подача, допустимая прочностью механизма
подач станка Sм.n.
где V - скорость
резания, м/мин. Принимается для черновой стадии обработки V=70 м/мин,
так как эта величина близка к нижнему пределу рационального диапазона скорости
резания при работе резцами, оснащенными твердым сплавом;
Pдоп1 - наибольшая
осевая сила, допускаемая прочностью подачи станка. Наибольшая величина
составляющей силы резания по выписке из паспорта станка 1624М.
Pz=7500.
Осевую силу, допускаемую прочностью подачи станка, можно принять как: Рдоп1 ≈0,4х7500=3000
Н =300кгс
Срх - коэффициент, характеризующий
обрабатываемый материал, СPх = 46 (таблица 22 стр274 [5]);
XPх, YPх, ZPх -
показатели степени влияния соответственно глубины резания, подачи и скорости
резания на осевую силу резания.
XPх =1,0; YPх =0,4; ZPх = 0;
Кpx - общий
поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.
Находим поправочный коэффициент,
учитывающий конкретные условия работы (таблица 23 стр275 [5]):
,
где КMpx -
поправочный коэффициент на Px в зависимости от
механических свойств обрабатываемого материала (таблица 9 стр264 [5]).
Кφрx -
поправочный коэффициент на Px в зависимости от главного
угла в плане. При φ = 60° Кφрx = 1,11, (таблица
23 стр275 [5]);
Кγрx -
поправочный коэффициент на Px в зависимости от переднего
угла.
При γ = 8° Кγрx = 1,
(таблица 23 стр275 [5]);
Кλрx -
поправочный коэффициент на Px в зависимости от угла
наклона главного лезвия. При λ = 0° Кλрx =
1,(таблица 23 стр275 [5]);
Кrрx -
поправочный коэффициент на Px в зависимости от радиуса при
вершине резца. При r = 0,8 мм Кrрx = 1,
(таблица 23 стр275 [5]);
Кpx =
0,96·1,11·1·1·1 = 1,0
.1.2 Подача, допустимая прочностью
державки резца, S п.р.
,
где Pдоп2
- наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая прочностью
державки резца, Н.
где l - вылет
резца в мм.
При наружном точении - l = (1÷1,5)Н=(1÷1,5)х12=12÷ 18мм,
принимается 18мм.
- допускаемое державкой резца
напряжение изгиба,
=200 Н/мм2 =20 кгс/мм2 для стали 45.
Находим поправочный коэффициент,
учитывающий конкретные условия работы:
Срz = 92,
(таблица 22 стр274 [5]);
XPz, YPz, ZPz -
показатели степени влияния соответственно глубины резания, подачи и скорости
резания на тангенциальную силу резания.
XPz =1,0; YPz =0,75; ZPz =0,
(таблица 22 стр274 [5]);
Кpz - общий
поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.
,
где КMpz -
поправочный коэффициент на Pz в зависимости от
механических свойств обрабатываемого материала, (таблица 9 стр264 [5]):
Кφрz -
поправочный коэффициент на Pz в зависимости от главного
угла в плане. При φ = 60° Кφрz = 0,94,
(таблица 23 стр275 [5]);
Кγрz -
поправочный коэффициент на Pz в зависимости от переднего
угла.
При γ = 8° Кγрz = 1;
Кλрz -
поправочный коэффициент на Pz в зависимости от угла
наклона главного лезвия. При λ = 0° Кλрz = 1,
(таблица 23 стр275 [5]);
Кrрz -
поправочный коэффициент на Pz в зависимости от радиуса при
вершине резца. При r = 0,8 мм Кrрz = 0,93,
(таблица 23 стр275 [5]).
Кpz =
0,96·0,94·1·1·0,93 = 0,84
.1.3 Подача, допустимая жёсткостью
державки резца, Sж.р.
где Pдоп3 -
наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая жесткостью державки
резца, Н.
, мм.
где Ер - модуль упругости материала
державки резца, кгс./мм2.
Для углеродистой конструкционной
стали Е = 2х105 МПа или 2х104 кгс/мм2;
Ip - момент
инерции державки резца, мм4,
f -
допускаемая стрела прогиба резца, при черновой обработке f=0,1 мм, (п.1.2.3
[2]).
.1.4 Подача, допустимая прочностью
детали Sпд.
где Рдоп4 - наибольшая
тангенциальная сила резания, допускаемая прочностью детали, Н
, мм.
где L1
- расчетная длина с учетом схемы нагружения детали L1
=530 мм,
Qп - коэффициент
нагружения при расчете на прочность, Qп
= 0,25, (таблица 2 [2]);
W - момент
сопротивления сечения детали. Для сплошного круглого сечения:
[σи] - допускаемое материалом
детали напряжение изгиба,
Для серого чугуна [σи] ≈
0,4σви , МПа,
где σви - предел
прочности при изгибе;
Для серого чугуна СЧ 12-28 σви=
280МПа=28 кгс/мм2
[σи] ≈ 0,4∙280=112
МПа=11,2 кгс/мм2
.1.5 Подача, допустимая жесткостью
детали Sжд.
,
где Рдоп5 - наибольшая
тангенциальная сила резания, допускаемая жесткостью детали, Н
,
где Qж -
коэффициент нагружения при расчете на жесткость, Qж=48
(таблица3[2]);
Ед - модуль упругости материала
детали. Для чугуна: Ед = 9·103МПа;
f -
допускаемая стрела прогиба детали, при черновой обработке f=0,2÷0,4 мм,
принимается 0,4 мм;
Iд - момент
инерции сечения детали, мм4,
.1.6 Подача, допустимая прочностью
пластины инструментального материала (Sппим)
Подача, допустимая прочностью
пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:
, мм/об,
где φ - угол в
плане резца, φ = 60°;
Из всех найденных по лимитирующим
факторам подач выбираем наименьшую- Smin= 1,24 мм/об.
Скорректированная подача , т.е.
ближайшая меньшая подача по паспорту станка: Sф=1,2мм/об.
.2 Определение величины скорости
резания на предварительной стадии обработки
.2.1Определение ориентировочной
величины тангенциальной составляющей силы резания при предварительном переходе:
,
.2.2 Определение величины крутящего
момента, необходимого для резания
,
где D - диаметр
обрабатываемой поверхности, D =56
3.2.3 По найденному крутящему моменту из
паспортных данных станка 1624М находим число оборотов шпинделя станка, которому
соответствует ближайший больший допускаемый крутящий момент.
По паспорту станка 1624М ближайшее число
оборотов шпинделя станка nст=1000об/мин.
.2.4 Определим скорость резания Vст,
соответствующую выбранному числу оборотов nст, т.е. скорость резания,
допускаемую прочностью механизма главного движения станка (скорость резания «по
станку»), м/мин:
.2.5 Скорость резания, исходя из
режущих свойств инструмента:
,
где Сv - коэффициент,
характеризующий обрабатываемый материал, Сv =340 , (таблица 17 стр269 [5]);
Т - стойкость режущего инструмента,
Т=60 мин.
m -
показатель относительной стойкости, m =0,2,
(таблица 17 стр269 [5]);
Xv, Yv -
показатели степеней влияния соответственно глубины резания и подачи на скорость
резания, допускаемую режущими свойствами инструмента; Xv=0,15; Yv=0,45
Кv - общий поправочный коэффициент,
характеризующий условия обработки.
,
КТv -поправочный коэффициент,
зависящий от периода стойкости режущего инструмента. При Т=60 мин, КТv =0,8, (карта
23лист 3[3]);
Кmv находится по таблице 1(стр. 261
[5]);
;
Кnv
- поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки
на скорость резания, Кnv
=0,8 по таблице 5(стр. 263 [5] );
Кφv
- поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, Кφv
= 1,10 по таблице 5(стр. 263 [5] );
Из двух скоростей наименьшей
является скорость Vи=94 м/мин.
Так как наименьшей оказалась
скорость «по инструменту», то необходимо найти соответствующее ей число
оборотов шпинделя станка, об/мин:
По паспорту станка nф=710 об/мин.
.2.6 Соответственно
скорректированная фактическая скорость резания
.2.7 Фактическая тангенциальная
составляющая силы резания на предварительном переходе
,
.2.8 Фактическая мощность,
затрачиваемая на резание:
3.3 Определение показателей эффективности
результатов расчета на предварительной стадии обработки
.3.1 Коэффициенты использования инструмента по
скорости резания
Коэффициенты использования станка по
мощности:
Эффективная мощность шпинделя по
приводу Nэф.пр , кВт,
берется из паспорта станка, Nэф.пр=7,8 кВт (приложение 3 [1]).
.3.2 Основное время предварительного
перехода, мин., при глубине резания t1:
,
где L - величина
пути инструмента в направлении подачи, L=530;
L=l+lвр+lп
где l - длина обработанной поверхности, l=530;вр
- величина врезания, lвр=t·ctgφвр=3·ctg600=2
мм
lп - величина
перебега (выхода) инструмента, lп=1÷2
мм, принимается 1 мм.=530+2+1=533мм
4. Определение режимов резания для
окончательного перехода
.1 Расчет величины допустимой подачи для
окончательного перехода
.1.1 Подача, допустимая жёсткостью державки
резца, Sж.р.
где Pдоп3 -
наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая жесткостью державки
резца, Н.
где Ер - модуль упругости материала
державки резца, кгс./мм2.
Для углеродистой конструкционной
стали Е = 2х105 МПа или 2х104 кгс/мм2;
Ip - момент
инерции державки резца, мм4,
f-
допускаемая стрела прогиба резца, при чистовой обработке f=0,05 мм,
(п.1.2.3 [2]).
.1.2 Подача, допустимая жесткостью
детали Sжд.
,
где Рдоп5 - наибольшая
тангенциальная сила резания, допускаемая жесткостью детали, Н
Где Qж -
коэффициент нагружения при расчете на жесткость, Qж=48,
(таблица 3[2]);
Ед - модуль упругости материала
детали. Для чугуна: Ед = 9·103МПа;
F -
допускаемая стрела прогиба детали, при получистовой обработке f=0,25δ, где δ=0,62 по 14
квалитету f
=0,25·0,87=0,2 мм.
Iд - момент
инерции сечения детали, мм4,
.1.3 Подача, допустимая прочностью
пластины инструментального материала (Sппим)
Подача, допустимая прочностью
пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:
, мм/об,
где φ - угол в
плане резца, φ = 60°; С -
толщина платины, С=2,5мм.
В качестве подачи для окончательной
обработки выбираем наименьшее значение из полученных величин подач, т.е. S=Smin, Smin=1,5 мм/об
Скорректированная подача - ближайшая
подача по паспорту станка: Sф=1,46 мм/об, (приложение 2[1]).
Так как расчетная подача, S=1,46
мм/об, превышает величину подачи из нормативов, S=0,42 мм/об, следовательно,
принимаем в качестве искомой нормативную подачу
Скорректированная подача - ближайшая
подача по паспорту станка : Sф=0,37мм/об, приложение 1[1].
4.2 Определение величины скорости резания на
окончательной стадии обработки
.2.1Определение ориентировочной величины
тангенциальной составляющей силы резания на окончательном переходе:
.2.2 Определение величины крутящего
момента, необходимого для резания:
,
где D - диаметр
обрабатываемой поверхности (после черновой обработки), D =56-6=50.
.2.3 По найденному крутящему моменту
из паспортных данных станка находим число оборотов шпинделя станка nст=1400
об/мин.
.2.4 Определим скорость резания Vст,
соответствующую выбранному числу оборотов nст, т.е. скорость резания,
допускаемую прочностью механизма главного движения станка (скорость резания «по
станку»), м/мин:
.2.5 Скорость резания, исходя из
режущих свойств инструмента:
,
где Сv - коэффициент,
характеризующий обрабатываемый материал, Сv =340 , (таблица 17 стр269 [5]);
Т - стойкость режущего инструмента,
Т=60 мин;
m -
показатель относительной стойкости, m =0,2,
(таблица 17 стр269 [5]);
Xv, Yv -
показатели степеней влияния соответственно глубины резания и подачи на скорость
резания, допускаемую режущими свойствами инструмента; Xv=0,15; Yv=0,45
Кv - общий поправочный коэффициент,
характеризующий условия обработки.
,
КТv -поправочный коэффициент,
зависящий от периода стойкости режущего инструмента. При Т=60 мин, КТv =0,8,
(карта 23лист 3 [3]);
Кmv находится по таблице 1(стр. 261
[5]);
;
Кnv
- поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки
на скорость резания, Кnv
=0,8 по таблице 5(стр. 263 [5]);
Кφv
- поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, Кφv
= 1,10, (карта 23лист 3 [3]);
Из двух скоростей наименьшей
является скорость Vи=176 м/мин.
Так как наименьшей оказалась скорость
«по инструменту», то необходимо найти соответствующее ей число оборотов
шпинделя станка, об/мин:
nф=1400об/мин
.2.6 Соответственно
скорректированная фактическая скорость резания
4.2.7 Фактическая тангенциальная составляющая
силы резания на предварительном переходе
,
.2.8 Фактическая мощность,
затрачиваемая на резание:
.3. Определение показателей
эффективности результатов расчета на окончательной стадии обработки
.3.1 Коэффициенты использования инструмента
по скорости резания
Коэффициенты использования станка по
мощности:
Nэф.пр=7,8
(приложение 3 [1])
.3.2 Основное время предварительного
перехода, мин., при глубине резания t1:
Где где L - величина
пути инструмента в направлении подачи, L=530;
=l+lвр+lп
Где l - длина обработанной
поверхности, l=530;вр - величина врезания, lвр=t·ctgφвр=1,5·ctg600=1 мм
lп - величина
перебега (выхода) инструмента, lп=1÷2 мм,
принимается 1 мм.=530+1+1=532мм
5. Суммарное основное время, необходимое на
предварительную и окончательную обработку детали
Тм=Тм1+Тм2+ Тм3,
где Тм1 - основное время на предварительной
стадии обработки,
Тм2 - основное время на получистовой обработке
Тм3 - основное время на чистовой обработке
Тм= 2,0+2,2=4,2 мин.
Список литературы
1.
Задание и методические указания к курсовой работе для студентов IV курса
специальностей Т, В, и СМ - М., 1990. 36 с.
.
Методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Технология
конструкционных материалов» для студентов IV курса специальностей Т, В и СМ. -
М.,1990. 31 с.
.
Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования
работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках. Часть II,.
М.: Машиностроение, 1990. 472 с.
.
Режимы резания металлов. Справочник/Под ред. Ю.В.Барановского. М.:
Машиностроение, 1972
.
Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А. Г. Косиловой и
Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496
с., ил.