Расчет и проектирование протяжки для круглого отверстия
Содержание
Введение
1. Расчет и проектирование протяжки
для круглого отверстия
.1 Исходные данные
.2 Выбор материала инструмента
.3 Расчет конструктивных элементов
круглой протяжки
.4 Расчет силы резания и проверка
протяжки на прочность
1.5 Выбор предельных отклонений на
основные элементы протяжки и другие технические требования
2. Расчет и проектирование
канавочного резца
.1 Исходные данные
.2 Разработка эскиза резца
.3 Выбор материала инструмента
.4 Расчет конструктивных элементов
резца
.5 Расчет державки на прочность и
изгиб
Заключение
Библиографический список
Нормативные ссылки
Введение
Протяжки являются многозубыми металлорежущими
инструментами, осуществляющими снятие припуска без движения подачи за счет
превышения высоты или ширины последующего зуба по отношению к высоте или ширине
предыдущего.
Протягивание является одним из наиболее
высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием и применяется при
изготовлении различных деталей, формы обрабатываемых поверхностей, которых
весьма разнообразны. Протяжкой можно обработать сквозные отверстия различной
формы, получить различные прямые или винтовые канавки и фасонные наружные
поверхности, различные зубчатые секторы и т.д.
Протяжки позволяют получить поверхности высокой
точности (7, 8-й квалитет) и низкой шероховатости. Протягивание
производительнее строгания, фрезерования развертывания в два, три и более раз.
Высокая производительность процесса протягивания объясняется большой длиной
режущих кромок зубьев протяжки, одновременно участвующих в работе.
Из всех разновидностей протяжек чаще всего
применяются протяжки для обработки круглых отверстий.
Резец - однолезвийный
инструмент для обработки деталей с поступательным или вращательным главным
движением резания и возможностью движения подачи в любом направлении.
Резец является наиболее
распространенным инструментом, его применяют на токарных, револьверных,
карусельных, расточных, строгальных и долбежных станках, токарных автоматах или
полуавтоматах. В зависимости от вида станка и рода выполняемой работы применяют
резцы различных типов, отличающихся по назначению, форме, конструкции и
размерам.
В данной курсовой работе
разрабатывается конструкция круглой протяжки, применяемой на
горизонтально-протяжном станке модели 7А510, и токарного канавочного резца,
который применяется на токарном станке с ЧПУ модели 16К20ФЗ, для чернового и
чистового точения канавочных отверстий валов.
. Расчет и проектирование протяжки для круглого
отверстия
.1 Исходные данные
Наименьший диаметр обрабатываемого отверстия ;
Величина допуска на отверстие ;
Характер стенок отверстия ТН - тонкостенное;
Материал детали - ст. 30;
Твердость материала - НВ179;
Длина детали ;
Наименьший диаметр отверстия под протягивание ;
Класс точности dо
- Н12;
Модель протяжного станка 7А510;
Тяговое усилие протяжного станка Qт
= 10 т;
Наибольший ход каретки протяжного станка Lст
= 1250 мм;
Толщина фланца приспособления - 25;
Тип рабочего патрона А - автоматический;
Конструктивные особенности протяжки ЗХ/ВЗ -
наличие заднего хвостовика и выглаживающих зубьев.
Рисунок 1.1 - Эскиз детали
.2 Выбор материала инструмента
Для проектирования протяжки выбираем
быстрорежущую инструментальную сталь марки Р9, химический состав которой
приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав стали марки Р9
Содержание
элементов, %
|
W
|
V
|
Co
|
Si
|
Mo
|
Mn
|
Ni
|
P
|
Cr
|
S
|
8,5
- 9,5
|
2,3
- 2,7
|
Не
более 0,5
|
Не
более 0,5
|
Не
более 1
|
Не
более 0,5
|
Не
более 0,4
|
Не
более 0,03
|
3,8
- 4,4
|
Не
более 0,03
|
Расшифровка марки стали Р9: буква Р говорит о
том, что перед нами инструментальная быстрорежущая сталь, в которой
присутствует вольфрам в количестве около 9%.
.3 Расчет конструктивных элементов круглой
протяжки
) Припуск на сторону отверстия под
протягивание определяем по формуле:
где -
номинальный диаметр протягиваемого отверстия, мм;
- минимальный
диаметр отверстия заготовки под протягивание, мм.
.
) Подъем на зуб на сторону выбирают
по таблице 3 [4]. Принимаем .
Между режущими и калибрующими зубьями делают
несколько зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъемом на зуб. Принимаем и
распределяем подъем на зуб следующим образом:
) Профиль, размеры зуба и стружечных
канавок между зубьями выбирают по таблице 9 [4] в зависимости от площади слоя
металла, снимаемого одним режущим зубом протяжки. Необходимо, чтобы площадь
сечения стружечной канавки между зубьями отвечала условию:
, (1.2)
где -
коэффициент заполнения канавки, выбирают по таблице 11 [4], учитывая, что сталь
30 с твердостью НВ179 имеет предел прочности ,
принимаем ;
- площадь сечения
канавки, мм2
; (1.3)
- площадь сечения
среза металла, снимаемого одним зубом, мм2.
(1.4)
;
.
Пользуясь таблицей 9 [4] для ближайшего большего
значения ,
при стружечной канавке с удлиненным дном (рис. 1.2) принимаем: шаг зубьев
протяжки ;
глубину канавки ; длину задней
поверхности ; радиус скругления
канавки и
.
Рисунок 1.2 - Эскиз профиля режущих зубьев
протяжки
Шаг калибрующих зубьев круглых
протяжек принимаем равным 0,6 - 0,8 шага режущих зубьев. Принимаем .
Рисунок 1.3 - Эскиз профиля калибрующих зубьев
На калибрующих зубьях делается ленточка с углом Ширина
ленточки мм
(рис. 1.3).
Шаг зачищающих зубьев протяжки делают
переменным: от до .
Принимаем изменение шага мм. Тогда из двух
смежных шагов один равен мм, а второй мм.
) Геометрические элементы лезвия режущих
и калибрующих зубьев выбираем по таблицам 6 и 7 [4]: передний угол;
задний угол: для черновых зубьев ,
для калибрующих .
Число стружкоразделительных канавок выбираем по
таблице 2 [4]: число канавок . Предельное
отклонение передних углов всех зубьев ,
задних углов режущих зубьев , задних углов
калибрующих зубьев .
Рисунок 1.4 - Эскиз стружкоразделительных
канавок
) Максимальное число одновременно
работающих зубьев:
(1.5)
.
) Определяем размеры режущих зубьев.
Диаметр первого зуба принимаем равным диаметру передней направляющей части: .
Диаметр каждого последующего зуба увеличиваем на .
На последних трех зачищающих зубьях, предшествующих калибрующим зубьям, подъем
на зуб постепенно уменьшаем по данным п. 2.
) Число режущих зубьев подсчитываем по
формуле и затем уточняем по таблице размеров зубьев:
, (1.6)
где -
величина припуска под протягивание на сторону.
.
Принимаем .
) Диаметр калибрующих зубьев определяем
по формуле:
, (1.7)
где -
максимальный диаметр обрабатываемого отверстия;
- изменение
диаметра отверстия после протягивания, определяется
для каждого материала опытным путем, при протягивании стали наблюдается
разбивание в пределах 0,005…0,01 мм.
.
) Число калибрующих зубьев принимаем по
таблице 12 [4].
По таблице П.3 [3] по допуску выбираем квалитет
точности .
Принимаем число калибрующих зубьев ,
а число зачищающих зубьев .
10) Число выглаживающих зубьев принимаем .
Размеры отдельных элементов выглаживающих зубьев зависят от шага зубьев, а шаг
от длины протягиваемого отверстия. По таблице 13 [4] при длине протягиваемого
отверстия , принимаем шаг .
Выбираем второй тип зубьев (рис. 1.5), который применяется при шаге больше 6 мм
для обработки незакаленных сталей. Для этого типа размеры выглаживающих зубьев:
,
,
.
Рисунок 1.5 - Эскиз выглаживающих зубьев
Диаметр выглаживающих зубьев принимаем равным мм.
) Вычисленные размеры зубьев сводим в
таблицу 2, помещаемую на рабочем чертеже протяжки.
Таблица 2 - Диаметры зубьев протяжки
Номер
зуба
|
Диаметр,
мм
|
Номер
зуба
|
Диаметр,
мм
|
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
|
11,200
11,262 11,324 11,386 11,448 11,510 11,572 11,634 11,696 11,758 11,820 11,882
11,944 11,975
|
15
16
|
11,996
12,006
|
|
|
17
18 19 20 21 22
|
12,014
|
|
|
23
24 25 26 27
|
12,016
|
) Длину протяжки от торца хвостовика до
первого зуба принимают по станку в зависимости от патрона, толщины опорной
плиты, приспособления для закрепления заготовки, зазора между ними, длины
заготовки и других элементов (рис. 1.6):
, (1.8)
где -
длина входа хвостовика в патрон, зависящая от конструкции патрона, принимаем ;
- зазор между
патроном и стеной опорной плиты станка, равной 5…20 мм, принимаем ;
- высота
выступающей части планшайбы, принимаем ;
- длина передней
направляющей с учетом зазора ∆:
, (1.9)
где мм.
.
Находим ,
принимаем . Длина должна
быть проверена по станку с учетом длины протягиваемого изделия согласно таблицы
23 [4]: ;
так как ,
то ,
принимаем .
Рисунок 1.6 - Схема для определения длины
протяжки от торца хвостовика до первого зуба
) Выбираем конструктивные размеры
хвостовой части протяжки по ГОСТ 4044-70. ;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Рисунок 1.6 - Основные размеры хвостовика
Длина переходного конуса равна 5…40 мм,
принимаем . Диаметр передней
направляющей принимаем равным диаметру предварительного отверстия заготовки с
предельным отклонением по : ;
длина передней направляющей до первого зуба .
Длину шейки принимаем
конструктивно в зависимости от габаритов станка:
, (1.10)
,
принимаем .
Диаметр задней направляющей протяжки должен быть
равен диаметру протягиваемого отверстия с предельным отклонением по ,
прочие размеры задней направляющей даны в таблице 24 [4].
Рисунок 1.7 - Эскиз задней направляющей протяжки
Задний хвостовик протяжки делаем аналогично
переднему с теми же размерами.
) Определяем общую длину протяжки :
. (1.11)
Длина рабочей части:
, (1.12)
где -
количество черновых зубьев;
- количество зачищающих
зубьев.
.
Длина калибрующей части:
, (1.13)
.
Длина выглаживающих зубьев:
, (1.14)
.
Длина задней направляющей принимается
в зависимости от диаметра задней направляющей (таблица
24 [4]). Этот диаметр равен диаметру протянутого отверстия:
,
выполненного с полем допуска ,
т.е. ;
.
Длину заднего хвостовика принимаем .
Тогда
.
Принимаем .
.4
Расчет силы резания и проверка протяжки на прочность
) Определяем максимально допустимую силу
резания :
, (1.15)
протяжка резание прочность
конструктивный
где -
коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала и формы протяжки;
- ширина
срезаемого слоя, равная диаметру чернового режущего зуба, имеющего наибольший
диаметр;
- толщина
срезаемого слоя (подъем на зуб );
- показатель
степени;
- максимальное
число зубьев, одновременно находящихся в работе;
- поправочные
коэффициенты соответственно на передний угол, на изнашивание инструмента и на
СОЖ.
Для круглых протяжек, при работе ст. 30 .
При переднем угле , ;
-
для зубьев протяжки с острыми режущи кромками; -
при применении СОЖ; .
Тогда сила резания
.
Полученная сила не
должна превышать тяговую силу станка, приведенную в его паспортных данных. В
данном случае тяговая сила станка равна 100000 Н, следовательно, обработка
возможна.
) Проверяем конструкцию протяжки на
прочность.
Рассчитываем конструкцию на разрыв во впадине
первого зуба по формуле:
, (1.16)
где площадь опасного сечения
;
напряжение в опасном сечении
.
Напряжение в опасном сечении не
должно превышать допустимого .
Приведем аналогичный расчет для сечения
хвостовика ():
;
.
Полученное значение напряжения также
является допустимым. Оно не должно превышать допустимого .
) Рассчитываем хвостовик на смятие:
, (1.17)
где -
опорная площадь замка
,
где и
-
размеры хвостовика.
.
Допустимое напряжение на смятие не должно
превышать 600 МПа, что выполняется.
Для данных условий работы режущую часть протяжки
изготавливают из стали Р9, а хвостовик - из стали 40Х.
.5 Выбор предельных отклонений на основные
элементы протяжки и другие технические требования
) Предельные отклонения на основные
элементы протяжки и другие технические требования выбираем по ГОСТ 9126-76.
) Центровые отверстия выполняем по ГОСТ
14034-74, форма В.
. Расчет и проектирование канавочного резца
.1 Исходные данные
Диаметр заготовки ;
Наименьший диаметр обработки резанием ;
Величина допуска на диаметр ;
Ширина нарезаемой канавки ;
Величина допуска на ширину канавки ;
Длина нарезания канавки от торца заготовки мм;
Скругления в углах канавки мм;
Марка обрабатываемого материала: сталь 30Х
Твердость материала: ;
Предел прочности материала: ;
Модель станка: станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3;
Шероховатость ;
Глубина резания ;
Подача при черновом точении
Рисунок 2.1 - Эскиз обрабатываемой детали
.2 Разработка эскиза канавочного резца
Канавочный резец состоит из корпуса и рабочей
части (рис. 2.2). Рабочая часть представляет собой пластину из твердого сплава,
которая припаивается к корпусу резца. В качестве присоединительного элемента
используют медные и латунные припои.
Рисунок 2.2 - Эскиз токарного канавочного резца
.3 Выбор марки материалов инструмента
Для режущей части выбираем титано-вольфрамовый
твердый сплав Т15К6. В его состав входят карбиды титана и карбиды вольфрама в
соединении с кобальтом. Химический состав твердого сплава Т15К6 приведен в
таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав твердого сплава
Т15К6
Содержание
элементов, %
|
TiC
|
WC
|
Co
|
15
|
79
|
6
|
Механические характеристики твердого сплава
Т15К6:
твердость НRA
90;
предел прочности на изгиб .
Для корпуса выбираем конструкционную
углеродистую сталь 40Х. Расшифровка марки стали 40Х: в стали содержится 0,40%
углерода и менее 1,5% хрома. Химический состав стали 40Х приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав стали марки 40Х
Содержание
элементов, %
|
C
|
Si
|
Mn
|
Ni
|
S
|
P
|
Cr
|
Cu
|
Fe
|
0,36
- 0,44
|
0,17
- 0,37
|
0,5
- 0,8
|
до
0,3
|
до
0,035
|
до
0,035
|
0,8
- 1,1
|
до
0,3
|
около
97
|
Механические характеристики стали 40Х:
твердость НВ 217;
предел прочности ;
предел прочности на изгиб .
.4 Расчет конструктивных элементов канавочного
резца
) Расчет габаритных размеров корпуса
По ГОСТ 18884-73 выбираем исполнение 2. По
таблице 2 в приложении определяем габаритные размеры корпуса в зависимости от
наибольшего диаметра отрезки.
При наибольшем диаметре отрезки габаритные
размеры корпуса резца:
,
.
) Выбор формы пластины
По ГОСТ 18884-73 по таблице 2 в приложении
определяем обозначение пластины для выбранных габаритных размеров. Выбираем
пластину 13612 ГОСТ 17163-90. Исполнение 2 пластины (рис. 2.3). В зависимости
от ширины нарезаемой канавки принимаем габаритные размеры:
мм,
мм,
мм.
Рисунок 2.3 - Эскиз пластины канавочного резца
Ориентировочная масса пластины № 13612 из
твердого сплава Т15К6 .
) Выбор расположения пластины в корпусе
По ГОСТ 18884-73 по таблице 2 в приложении
выбираем размеры гнезда под пластину (рис. 2.4). Для габаритных размеров
корпуса :
,
.
По таблице 8.9 [3] для напаянных пластинок из
твердого сплава принимаем криволинейную форму заточки передней поверхности
резцов с отрицательной фаской типа V
(рис. 2.5).
Рисунок 2.4 - Гнездо под пластину
Рисунок 2.5 - Эскиз расположения пластины в
корпусе резца
) Назначение геометрических параметров
режущего клина
По таблицам 8.12, 8.13 и 8.14 [3] принимаем
следующие значения углов:
главный передний угол: ;
главный задний угол: ;
вспомогательный задний угол: ;
угол наклона режущей кромки: ;
главный угол в плане: ;
вспомогательный угол в плане: ;
радиус скругления: .
) Оформление передней поверхности
пластины
Рисунок 2.6 - Эскиз точения канавки с сечением
передней поверхности пластины
) Выбор способа стружкодробления
При обработке стали 30Х образуется сливная
стружка. Она сходит в виде ленты, закручивающейся в спираль. Поверхность ее,
обращенная к резцу, чистая и гладкая. С обратной стороны она имеет небольшие
зазубрины. Она образуется при обработке пластичных материалов со значительными
скоростями скольжения и небольшими подачами инструмента с оптимальными
передними углами. Наиболее известны следующие способы дробления (завивания)
сливной стружки:
управление геометрией режущего инструмента,
назначение режимов резания в пределах области
устойчивого стружколомания,
использование инструментов с лунками, уступами и
накладными стружколомами на передней поверхности,
использование схем резания, позволяющих получить
стружку заданных размеров,
управление динамикой резания,
управление кинематикой резания.
Наиболее часто используют инструменты с лунками,
уступами и накладными стружколомами на передней поверхности. Эти изменения
конструкции инструмента дают возможность устанавливать при резании удобные
форму, размеры и направление движения стружки, за счет резкого увеличения
деформаций по ее ширине и толщине. Лунки и уступы формируются как на
инструментах, подвергаемых заточке, так и на сменных многогранных пластинках.
Поэтому для данного канавочного резца применяем
лунку на передней поверхности пластины. Ее размеры показаны на рисунке 2.5.
.5 Расчет державки на прочность и изгиб
) Режимы обработки
Глубина резания .
Подача выбирается по таблице 11 [5, с. 266] в
зависимости от глубины резания, диаметра детали и материала заготовки. Для
чернового точения принимаем подачу
Скорость резания определяется по формуле:
, (2.1)
где -
коэффициент, определяется в таблице 17 [5, с.269]; ;
- определяются
также по таблице 17 [5]; ;
- глубина резания;
- подача;
- период стойкости
инструмента; среднее значение стойкости при одноинструментной обработке 45 мин;
- поправочный
коэффициент, определяется по формуле
, (2.2)
где -
коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки; для стали (таблица 1 [5,
с.261]) равен
, (2.3)
- коэффициент,
характеризующий группу стали по степени обрабатываемости; (таблица
2 [5, с. 262]);
- степень
обрабатываемости; ;
.
- коэффициент,
учитывающий состояние поверхности заготовки; для проката (таблица 5 [5, с.
263]) равен ;
- коэффициент,
учитывающий материал инструмента; по таблице 6 [5, с. 263] ;
Тогда
.
Скорость резания
.
) Условие прочности определяется
соотношением:
, (2.4)
где -
максимальная сила резания;
- площадь опасного
сечения;
- допустимый
предел прочности; для стали 40Х .
, (2.5)
где -
допускаемая стрела прогиба резца при чистовом точении, мм;
- вылет резца;
- модуль упругости
материала корпуса резца, ;
- момент инерции.
Для прямоугольного сечения корпуса момент
инерции равен:
, (2.6)
.
Вылет резца определяется как:
, (2.7)
.
Тогда максимальная сила резания:
.
Площадь опасного сечения определяется по
формуле:
, (2.8)
.
.
Таким образом, условие прочности выполняется.
) Условие прочности на изгиб записывается
следующим образом:
, (2.9)
где -
наибольший изгибающий момент под действием составляющей силы резания Рz,
Н·мм;
- допустимый
изгибающий момент, Н·мм.
,
(2.10)
где L
- вылет резца, мм.
Сила резания при растачивании определяется по
формуле:
,
(2.11)
где -
эмпирический коэффициент;
t - глубина резания,
мм;
S - подача, мм/об;
- скорость
резания, м/мин;
x, y,
n - показатели
степени;
- поправочный
коэффициент.
Н.
Н×мм.
, (2.12)
где -
момент сопротивления изгибу резца прямоугольного сечения, ;
- допустимое
напряжение изгибу; для стали 40Х .
, (2.13)
где h
- высота державки резца, мм;
b - ширина державки
резца, мм.
.
Условие прочности выполняется.
Заключение
В данном курсовом проекте была спроектирована
протяжка диаметром 12Н7 мм, у которой присутствуют выглаживающие зубья и задний
хвостовик. А также был спроектирован резец токарный канавочный размерами для
обработки канавки шириной 7 мм. Дано краткое описание особенностей
проектируемого инструмента, технические условия и другие исходные данные для
проектирования. Обоснован выбор конструктивной разновидности резца и протяжки,
произведен расчет вычисляемых и обоснование нерасчетных параметров и элементов
конструкции резца и протяжки, расчеты на прочность рабочей и крепежной части.
Кроме того оформлена графическая часть на выбранный вариант конструкции резца и
круглой протяжки.
Библиографический список
1. Методические
указания по выполнению курсовой работы «Режущий инструмент»: Правила по
выполнению и оформлению расчетно-графической работы по дисциплине «Режущий
инструмент» для студентов всех форм обучения специальности 151001.65 -
Технология машиностроения: Сост.: Кузнецова В.В. - Арзамас: Издательство ОО
«Ассоциация ученых» г. Арзамас, 2006. - 22 с.: 4ил.
. Гречишников
В.А. Режущие инструменты: учебное пособие / В. А. Гречишников, С. Н. Григорьев,
А. Г. Схиртладзе, Б. Е. Седов, В. А. Иванов, В. К. Перевозников. - 2-е изд.,
перераб. и доп. - Старый Оскол: ТНТ, 2010. - 388 с.
. Справочник
инструментальщика / Под общ. ред. И.Н. Ординарцева. - Л.: Машиностроение, 1987,
- 846 с.
. Расчет
и профилирование круглых протяжек: Методические указания по выполнению
расчетно-графического задания в курсовом и дипломном проектировании по
дисциплине «Режущий инструмент» для студентов всех форм обучения специальности
151001.65 - Технология машиностроения: Сост.: Кузнецова В.В. - Арзамас:
Издательство ОО «Ассоциация ученых» г. Арзамас, 2005. - 46 с.: ил.21
. Справочник
технолога-машиностроителя. 2-ой том. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.
- 4-е изд., перераб. и доп. -М:Машиностроение, 1985. 496с., ил.
Нормативные ссылки
. ГОСТ 2.104-90 - ЕСКД. Основные требования к
тексту.
. ГОСТ 2.109-73 - ЕСКД. Основные требования к
чертежам.
. ГОСТ 14034-74 - Центровые отверстия.
. ГОСТ 19265-73 - Стандарт на быстрорежущие
стали.
. ГОСТ 25347-82 - Поля допусков.
. ГОСТ 2799-73 - Класс шероховатости
поверхностей.
. ГОСТ 4044-70 - Хвостовики круглые для
протяжек. Типы и основные размеры.
. ГОСТ 4543-71 - Легированные стали. Марки.
. ГОСТ 4553-71 - Сталь 40Х.
. ГОСТ 5264-80 - Сварка.
. ГОСТ 18884-73 - Резцы токарные отрезные с
пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры.
. ГОСТ 17163-90 - Пластины твердосплавные
напаиваемые типа 13. Конструкция и размеры.
. ГОСТ 3882-74 - Сплавы твердые спеченные.
Марки.