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 2011 г.

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 1624 М.

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.

1.1 Назначение числа проходов Точность и шероховатость задано условием задания:

Rz20=> Считается 5 классом — проведём обработку за 2 прохода:

Принимается tчер = 3 мм; tпчист = 1,5 мм.

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 3 мм 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: [?]u = 20 кГс./мм2.

2.3 Выбор главного угла в плане Угол? 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? =60о …75о, выбирается 60о. угол ?1 =30о.

2.4 Выбираем тип резца Резец токарный проходной прямой правый с пластиной из твёрдого сплава ГОСТ 18 878– — 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 18 878 — 73)

Длина режущей кромки t = 7 мм. (ГОСТ 18 878 — 73).

Обозначение правого резца, исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК8: Резец: 2100 — 0005 ВК8 ГОСТ 18 878–73.

Обозначение правого резца, исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК6: Резец: 2100 — 0005 ВК6 ГОСТ 18 878–73.

2.6 Определение толщины режущей пластинки С?0,2Н где Н — высота державки резца С=0,2×12=2,4 мм, т. е. 2,5 мм. (Приложение 1[2]).

Выбирается твердосплавная напаиваемая пластина для проходных прямых, расточных и револьверных резцов по ГОСТ 25 395–90.

Таблица 1 — Параметры пластины по ГОСТ 25 395–90

Остаточная толщина пластинки после переточек по передней поверхности:

Сост =0,4С=0,4×2,5=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 ?=60о;

— передний угол ?=8о задний угол ?= 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 ?=60о;

— передний угол ?=12о задний угол ?= 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 1624 М.

Pz=7500. Осевую силу, допускаемую прочностью подачи станка, можно принять как: Рдоп1 ?0,4×7500=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]).

К?рx — поправочный коэффициент на Px в зависимости от главного угла в плане. При? = 60° К? рx = 1,11, (таблица 23 стр275 [5]);

К?рx — поправочный коэффициент на Px в зависимости от переднего угла.

При? = 8° К? рx = 1, (таблица 23 стр275 [5]);

К?рx — поправочный коэффициент на Px в зависимости от угла наклона главного лезвия. При? = 0° К? рx = 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

3.1.2 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? 18 мм, принимается 18 мм.

— 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]):

К?рz — поправочный коэффициент на Pz в зависимости от главного угла в плане. При? = 60° К? рz = 0,94, (таблица 23 стр275 [5]);

К?рz — поправочный коэффициент на Pz в зависимости от переднего угла.

При? = 8° К? рz = 1;

К?рz — поправочный коэффициент на Pz в зависимости от угла наклона главного лезвия. При? = 0° К? рz = 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

3.1.3 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 = 2×105 МПа или 2×104 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]).

3.1.4 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:

[?и] - допускаемое материалом детали напряжение изгиба, Для серого чугуна [?и]? 0,4?ви, МПа, где? ви — предел прочности при изгибе;

Для серого чугуна СЧ 12−28 ?ви= 280МПа=28 кгс/мм2

[?и]? 0,4•280=112 МПа=11,2 кгс/мм2

3.1.5 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,

3.1.6 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (Sппим) Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

мм/об, где? — угол в плане резца,? = 60°;

Из всех найденных по лимитирующим факторам подач выбираем наименьшуюSmin= 1,24 мм/об.

Скорректированная подача, т. е. ближайшая меньшая подача по паспорту станка: Sф=1,2мм/об.

3.2 Определение величины скорости резания на предварительной стадии обработки

3.2.1Определение ориентировочной величины тангенциальной составляющей силы резания при предварительном переходе:

3.2.2 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 1624 М находим число оборотов шпинделя станка, которому соответствует ближайший больший допускаемый крутящий момент.

По паспорту станка 1624 М ближайшее число оборотов шпинделя станка nст=1000об/мин.

3.2.4 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:

3.2.5 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.

КТvпоправочный 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);

К?v — поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, К? v = 1,10 по таблице 5(стр. 263);

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.

3.2.6 Соответственно скорректированная фактическая скорость резания

3.2.7 Фактическая тангенциальная составляющая силы резания на предварительном переходе

3.2.8 Фактическая мощность, затрачиваемая на резание:

3.3 Определение показателей эффективности результатов расчета на предварительной стадии обработки

3.3.1 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]).

3.3.2 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;

lвр — величина врезания, lвр=t· ctg?

lвр=3· ctg600=2 мм

lп — величина перебега (выхода) инструмента, lп=1?2 мм, принимается 1 мм.

L=530+2+1=533мм

4. Определение режимов резания для окончательного перехода

4.1 Расчет величины допустимой подачи для окончательного перехода

4.1.1 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 = 2×105 МПа или 2×104 кгс/мм2;

Ip — момент инерции державки резца, мм4,

fдопускаемая стрела прогиба резца, при чистовой обработке f=0,05 мм, (п. 1.2.3 [2]).

4.1.2 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=0,25?, где ?=0,62 по 14 квалитету f =0,25· 0,87=0,2 мм.

Iд — момент инерции сечения детали, мм4,

4.1.3 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (Sппим) Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

мм/об, где? — угол в плане резца,? = 60°; С — толщина платины, С=2,5 мм.

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

4.2.1Определение ориентировочной величины тангенциальной составляющей силы резания на окончательном переходе:

4.2.2 Определение величины крутящего момента, необходимого для резания:

где D — диаметр обрабатываемой поверхности (после черновой обработки), D =56−6=50.

4.2.3 По найденному крутящему моменту из паспортных данных станка находим число оборотов шпинделя станка nст=1400 об/мин.

4.2.4 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:

4.2.5 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.

КТvпоправочный 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]);

К?v — поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, К? v = 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

4.2.6 Соответственно скорректированная фактическая скорость резания

4.2.7 Фактическая тангенциальная составляющая силы резания на предварительном переходе

4.2.8 Фактическая мощность, затрачиваемая на резание:

4.3. Определение показателей эффективности результатов расчета на окончательной стадии обработки

4.3.1 Коэффициенты использования инструмента по скорости резания Коэффициенты использования станка по мощности:

Nэф.пр=7,8 (приложение 3 [1])

4.3.2 Основное время предварительного перехода, мин., при глубине резания t1:

Где где L — величина пути инструмента в направлении подачи, L=530;

L=l+lвр+lп Где l — длина обработанной поверхности, l=530;

lвр — величина врезания, lвр=t· ctg?

lвр=1,5· ctg600=1 мм

lп — величина перебега (выхода) инструмента, lп=1?2 мм, принимается 1 мм.

L=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.

1. Задание и методические указания к курсовой работе для студентов IV курса специальностей Т, В, и СМ — М., 1990. 36 с.

2. Методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Технология конструкционных материалов» для студентов IV курса специальностей Т, В и СМ. — М., 1990. 31 с.

3. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках. Часть II,. М.: Машиностроение, 1990. 472 с.

4. Режимы резания металлов. Справочник/Под ред. Ю. В. Барановского. М.: Машиностроение, 1972

5. 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.

.ur