Расчет и проектирование протяжки для круглого отверстия

Содержание Введение

1. Расчет и проектирование протяжки для круглого отверстия

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор материала инструмента

1.3 Расчет конструктивных элементов круглой протяжки

1.4 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

2.1 Исходные данные

2.2 Разработка эскиза резца

2.3 Выбор материала инструмента

2.4 Расчет конструктивных элементов резца

2.5 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.

1. Расчет и проектирование протяжки для круглого отверстия

1.1 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 d_о — Н12;

Модель протяжного станка 7А510;

Тяговое усилие протяжного станка Q_т = 10 т;

Наибольший ход каретки протяжного станка L_ст = 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

1.2 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

Расшифровка марки стали Р9: буква Р говорит о том, что перед нами инструментальная быстрорежущая сталь, в которой присутствует вольфрам в количестве около 9%.

1.3 Расчет конструктивных элементов круглой протяжки

1) Припуск на сторону отверстия под протягивание определяем по формуле:

(1.1)

где — номинальный диаметр протягиваемого отверстия, мм;

— минимальный диаметр отверстия заготовки под протягивание, мм.

.

2) Подъем на зуб на сторону выбирают по таблице 3. Принимаем .

Между режущими и калибрующими зубьями делают несколько зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъемом на зуб. Принимаем и распределяем подъем на зуб следующим образом:

3) Профиль, размеры зуба и стружечных канавок между зубьями выбирают по таблице 9 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 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.

4) 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

5) Максимальное число одновременно работающих зубьев:

(1.5)

.

6) 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.

7) Число режущих зубьев подсчитываем по формуле и затем уточняем по таблице размеров зубьев:

(1.6)

где — величина припуска под протягивание на сторону.

.

Принимаем .

8) 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.

.

9) Число калибрующих зубьев принимаем по таблице 12.

По таблице П. 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 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.

11) Вычисленные размеры зубьев сводим в таблицу 2, помещаемую на рабочем чертеже протяжки.

Таблица 2 — Диаметры зубьев протяжки

12) 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 ;

— толщина стенки опорной плиты станка, 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

13) 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.

Рисунок 1.7 — Эскиз задней направляющей протяжки Задний хвостовик протяжки делаем аналогично переднему с теми же размерами.

14) 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 .

1.4 Расчет силы резания и проверка протяжки на прочность

1) 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 100 000 Н, следовательно, обработка возможна.

2) 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 .

3) Рассчитываем хвостовик на смятие:

(1.17)

где — опорная площадь замка

где и — размеры хвостовика.

Откуда допустимое напряжение при смятии

.

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.

1.5 Выбор предельных отклонений на основные элементы протяжки и другие технические требования

1) Предельные отклонения на основные элементы протяжки и другие технические требования выбираем по ГОСТ 9126–76.

2) Центровые отверстия выполняем по ГОСТ 14 034–74, форма В.

2. Расчет и проектирование канавочного резца

2.1 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

2.2 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

2.3 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

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

Механические характеристики стали 40Х:

— твердость НВ 217;

— предел прочности ;

— предел прочности на изгиб .

2.4 Расчет конструктивных элементов канавочного резца

1) Расчет габаритных размеров корпуса По ГОСТ 18 884–73 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:

.

2) Выбор формы пластины По ГОСТ 18 884–73 по таблице 2 в приложении определяем обозначение пластины для выбранных габаритных размеров. Выбираем пластину 13 612 ГОСТ 17 163–90. 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 № 13 612 из твердого сплава Т15К6 .

3) Выбор расположения пластины в корпусе По ГОСТ 18 884–73 по таблице 2 в приложении выбираем размеры гнезда под пластину (рис. 2.4). Для габаритных размеров корпуса :

.

По таблице 8.9 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

4) Назначение геометрических параметров режущего клина По таблицам 8.12, 8.13 и 8.14 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: .

5) Оформление передней поверхности пластины Рисунок 2.6 — Эскиз точения канавки с сечением передней поверхности пластины

6) 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.

2.5 Расчет державки на прочность и изгиб

1) 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; ;

— 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) 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

.

2) Условие прочности определяется соотношением:

(2.4)

где — максимальная сила резания;

— площадь опасного сечения;

— допустимый предел прочности; для стали 40Х .

Максимальная сила резания определяется соотношением:

(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.

3) Условие прочности на изгиб записывается следующим образом:

(2.9)

где — наибольший изгибающий момент под действием составляющей силы резания Р_z, 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.

Нмм.

(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 151 001.65 — Технология машиностроения: Сост.: Кузнецова В. В. — Арзамас: Издательство ОО «Ассоциация ученых» г. Арзамас, 2006. — 22 с.: 4ил.

2. 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.

3. Справочник инструментальщика / Под общ. ред. И. Н. Ординарцева. — Л.: Машиностроение, 1987, — 846 с.

4. 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 151 001.65 — Технология машиностроения: Сост.: Кузнецова В. В. — Арзамас: Издательство ОО «Ассоциация ученых» г. Арзамас, 2005. — 46 с.: ил.21

5. 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

1. ГОСТ 2.104−90 — ЕСКД. Основные требования к тексту.

2. ГОСТ 2.109−73 — ЕСКД. Основные требования к чертежам.

3. ГОСТ 14 034–74 — Центровые отверстия.

4. ГОСТ 19 265–73 — Стандарт на быстрорежущие стали.

5. ГОСТ 25 347–82 — Поля допусков.

6. ГОСТ 2799–73 — Класс шероховатости поверхностей.

7. ГОСТ 4044–70 — Хвостовики круглые для протяжек. Типы и основные размеры.

8. ГОСТ 4543–71 — Легированные стали. Марки.

9. ГОСТ 4553–71 — Сталь 40Х.

10. ГОСТ 5264–80 — Сварка.

11. ГОСТ 18 884–73 — Резцы токарные отрезные с пластинами из твердого сплава. Конструкция и размеры.

12. ГОСТ 17 163–90 — Пластины твердосплавные напаиваемые типа 13. Конструкция и размеры.

13. ГОСТ 3882–74 — Сплавы твердые спеченные. Марки.