Проектирование и расчет металлорежущего инструмента
скачать (568.7 kb.)
Доступные файлы (7):
МРИ.doc | 1376kb. | 07.01.2009 13:24 | ![]() |
РЕФЕРАТ.doc | 36kb. | 10.01.2009 21:43 | ![]() |
Список использованных источников.doc | 22kb. | 06.01.2009 14:52 | ![]() |
протяжка.cdw | |||
резец.cdw | |||
Сверло.cdw | |||
Фреза.cdw |
содержание
- Смотрите также:
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Проектирование режущего инструмента [ документ ]
- Программа - Цилиндрическая протяжка [ программа ]
- Проектирование металлорежущего инструмента [ документ ]
- Кинематический анализ поперечно строгольного станка с проектированием режущего инструмента [ документ ]
- Аналитический расчет режимов резания [ курсовая работа ]
- Курсовой проект - Проектирование машиностротельного производства [ курсовая работа ]
- Кинематический анализ радиально сверлильного станка с проектированием режущего инструмента [ документ ]
МРИ.doc
Тема 1. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ
Методика расчета
Анализ исходных данных. Сконструировать токарный проходной правый резец с механическим креплением многогранной пластины из твердого сплава. Материал заготовки Сталь 40; предел прочности на растяжение


1.1.1 Выбор марки инструментального материала и материала державки (углеродистые стали 40, 45, 40Х и им подобные). Исходя из вида и характера обработки, выбираем инструментальный материал по табл. 2 [1, 34]. При черновом непрерывном точении рекомендуемый инструментальный материал – твердый сплав Т14К8. Материал державки Сталь 40Х. Материал державки характеризуется пределом прочности на растяжение σв, и допустимым напряжением на изгиб σu.g, МПа.
1.1.2 Расчет силы резания Рz для выбранных условии резания

где t – глубина резания, мм
S – подача, мм/об
V – скорость резания, м/мин
Постоянную


Поправочный коэффициент Kp представляет собой произведение ряда коэффициентов (Kp=Kмp∙Kφp∙Kγp∙Kλp∙Krp), учитывающих фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 9, 10 и 23. [1, стр. 371]
Коэффициент, учитывающий материал заготовки и инструмента:

где n=0,75, т.к. обрабатываемый материал сталь, а инструментальный материал твердый сплав

Коэффициенты, учитывающие геометрические параметры режущей части инструмента, исходя из выбранных и заданных углов:
Kφp=0,94; Kγp=1,0; Kλp=1,0; Krp=1,0
Таким образом, Kp=0,89∙0,94∙1,0∙1,0∙1,0=0,836
Pz = 10∙300∙41∙(0,5)0,75∙(180)-0,15∙0,836=2732,5 H
1.1.3 Выбор формы сечения державки и определение ее размеров
Предпочтительнее прямоугольная форма, при которой врезание пластины меньше ослабляет державку.
Размеры поперечного сечения державки выбирают в зависимости от силы резания, материала державки, вылета резца. Полученные значения размеров приводят к нормальному ряду. Нормализованные размеры поперечного сечения державок приведены в табл. 4.5.1.1. [2, стр. 10]
Сторону b поперечного сечения державки можно определить по формуле

где Pz – сила резания, Н;
l – вылет резца из резцедержателя, мм;
σи.д. – допустимое напряжение на изгиб материала державки, МПа.
Для державок из незакаленной углеродистой стали σu.g = 200-300 МПа, для державок из углеродистой стали, подвергнутых термической обработке, σu.g = 400-600 МПа.
h = k·b, k = 1,2; 1,6; 2,0; значения k = 1,6 предпочтительнее.

h=1,6∙7,8,43=13,48 мм
Выбираем размеры сечения резцедержателя h x b (k=1,6) = 16 х 10
1.1.4 Расчет прочности и жесткости державки резца
Максимальная нагрузка, допускаемая прочностью резца прямоугольного сечения, определяется:

где b и h – стороны сечения державки, мм
σи.д. – допустимое напряжение на изгиб материала державки, МПа
l – вылет резца из резцедержателя, мм.

Максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью резца, определяется с учетом максимально допустимой величины прогиба резца:

где f – допустимая величина прогиба резца, м (при черновом точении f = 0,1 · 10-3; при чистовом точении f = 0,05 · 10-3);
Е – модуль упругости материала резца, МПа (для углеродистой стали Е = 1,9 · 105 … 2,15 · 105);
^ – момент инерции сечения державки, мм4 (для прямоугольного сечения I = B·H3/12);
l – вылет резца, мм.


Резец обладает достаточными прочностью и жесткостью в случае:
Pz доп > Pz < Pz жест [2, стр. 9] 1.6
4266,6 > 2732,5 < 7585,1
1.2 Особенности расчета резцов с механическим креплением пластин
Применяют резцы с механическим креплением трех-, четырех-, пяти- и шестигранных пластин из твердого сплава, предназначенных дня обработки заготовок из стали и чугуна. [3, стр. 108] В корпус 1 резца запрессован штифт 2. (Рис. 1.1) На штифт свободно надевают многогранную пластину из твердого сплава 3, которую закрепляют между штифтом и задней опорной стенкой корпуса с помощью клина 4 и винта 5.

Рис. 1.1. Резец с механическим креплением пластины из твердого сплава.
Многогранные пластины не перетачиваются. После изнашивания одной режущей кромки пластину поворачивают, и в работу вступает следующая режущая кромка. Пластины для резцов делают с выкружками и плоскими без выкружек.
1.2.1 Геометрические параметры режущей части резцов с многогранными пластинами
По заданному углу

Необходимых значений задних углов α и α1 достигают путем установки пластины под соответствующим отрицательным углом γу. Для обеспечения положительных значений переднего угла γ, а также для завивания и дробления стальной стружки вдоль каждой из режущих кромок предусмотрены выкружки, формируемые при прессовании многогранных пластин. Радиусы при вершине выбирают минимальными: принимаем r = 0,5 мм. Сочетания малого радиуса при вершине резца и большого переднего угла резца значительно уменьшает отжим заготовки и позволяет использовать эти резцы в условиях малой жесткости станка и заготовки. [3, стр. 109]
Исходя из заданных режимов резания (глубина резания t=4 мм, подача S=0,5 мм/об) рассчитываем максимальную площадь сечения срезаемого слоя F=3,0 мм2, и по этой величине определяем рабочую высоту резца – 25 мм, диаметр описанной окружности пластины – 18 мм и предпочтительную модель токарного станка – 1А616. [2, стр. 11, табл. 4.5.1.3]
Основные размеры резца принимаем по ГОСТ 26611-85*: рабочая высота резца h = 25 мм, ширина корпуса резца b = 20 мм, высота корпуса резца h1 = 29 мм, длина резца L = 140 мм.
Вследствие изменения габаритных размеров резца, необходимо пересчитать максимальную нагрузку, допускаемую прочностью резца (п. 1.1.4, формула 1.4), и максимальную нагрузку, допускаемую жесткостью резца (п. 1.1.4, формула 1.5)


Неравенство 1.6 при таких значениях выполняется верно:
20833,3 > 2732,5 < 57870
2.1.2 Расчет растягивающей реактивной силы Q
При расчете резца следует учесть, что основная нагрузка в процессе резания передается на винт крепления пластины из твердого сплава, который является слабым лимитирующим звеном конструкции и работает на растяжение под действием растягивающей реактивной силы Q. Силу Q определяют исходя из допустимого напряжения на разрыв винта σв = 500 МПа. Для винта из стали 45 с головкой, закаленной до твердости НRСЭ 35-40:

где Dв – диаметр винта, мм
σв – допустимое напряжения на разрыв винта, МПа
Исходя из условий решаемой задачи выбираем винт М6 (Dв = 6 мм)

Максимально допустимая сила резания: Pz max ≤ 0,7·Q. 1.8
2732,5 < 14130
Тема 2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ
2.1 Методика расчета
Анализ исходных данных. Рассчитать и сконструировать сверло с цилиндрическим хвостовиком, оснащенное пластиной из твердого сплава для сверления заготовок из чугуна СЧ10. Твердость обрабатываемого материала HB = 165, размеры заготовки l = 10 мм, D = 6 мм.
Определение параметров режимов резания:
Глубина резания. t = 0,5∙(D-d) = 3 мм.
Подача. При сверлении отверстий без ограничивающих факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу – диаметр сверла 6 мм, обрабатываемый материал чугун НВ = 165 – следовательно, выбираем подачу 0,27 мм/об. [1, стр. 381, табл. 35] Но необходимо учесть, что инструментальный материал – твердый сплав, поэтому выбранную подачу умножаем на поправочный коэффициент, учитывающий материал инструмента. Таким образом, подача S = 0,27∙0,6= 0,16 мм/об.
Инструментальный материал – исходя из обрабатываемого материала (чугун с твердостью НВ=165) и режимов резания: твердый сплав ВК8.
2.1.1 Выбор диаметра сверла D, исходя из конкретных условий решаемой задачи. Выбираем D = 6 мм.
2.1.2 Расчет осевой силы резания Px, для выбранных условий резания.

где D – диаметр сверла, мм
S – подача, мм/об
Значение коэффициента Cp и показателей степени q и y, учитывающих конкретные условия обработки, приведены в табл. 42. [1, стр. 385]. Обрабатываемый материал серый чугун, операция сверления, материал режущий части инструмента твердый сплав. Следовательно, выбираем следующие значения:

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением
Kр=Кмр [1, стр. 386] 2.2
Значение коэффициента Кмр определяем по табл. 9. [1, стр. 362]

n=0,6, т.к. обрабатываемый материал чугун, а инструментальный материал твердый сплав


2.1.3 Расчет крутящего момента (момента сил сопротивления резанию) Мкр

где D – диаметр сверла, мм
S – подача, мм/об
Значение коэффициента Cм и показателей степени q и y, учитывающих конкретные условия обработки, приведены в табл. 42. [1, стр. 385] Обрабатываемый материал серый чугун, операция сверления, материал режущий части инструмента твердый сплав. Следовательно, выбираем следующие значения:
Cм=0,012; q=2,2; y=0,8.
Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки рассчитывается аналогично п. 2.1.2, по формуле 2.3. Кмр=0,918.

2.1.4 Определение длины сверла
Общая длина сверла с цилиндрическим хвостовиком складывается из длины рабочей части l0 и длины хвостовика lх, которые определяем по ГОСТ 4010-77. Общая длина сверла L=66 мм, длина рабочей части l0=28, длина хвостовика lх=38 мм.
Центровое отверстие выполняется по форме В (ГОСТ 14034-74).

Рис. 2.1. Центровое отверстие.
2.1.5 Определение конструктивных и геометрических параметров сверла
Конструктивные элементы сверла определяем по ГОСТ 4010-77.


Б-Б

Рис. 2.1. Конструктивные элементы сверла
B=3,50 мм; f=0,72 мм; q=5,50 мм.
Рекомендуемая форма заточки сверл диаметром не более 12 мм, оснащенных пластиной из твердого сплава при обработке серого чугуна – нормальная (Н). [4, стр. 428, табл. 5]

Рис. 2.2. Геометрические параметры сверла
Угол 2φ при вершине сверла можно выбирать в зависимости от обрабатываемого материала [5, стр.112] При обработке чугуна СЧ10 угол 2φ = 118°.
Задний угол, передний угол, угол наклона поперечной кромки, угол наклона винтовой канавки для сверл с твердосплавными пластинами для обработки чугуна рекомендуется брать соответственно: α=12°, γ=0°, ψ=50°, ω=35°. Шаг винтовой канавки определяем из соотношения

где ω – угол наклона винтовой канавки, °
D – диаметр сверла, мм
Н – шаг винтовой канавки, мм

2.1.6 Выбор диаметра сердцевины dс в зависимости от диаметра сверла D


2.1.7 Определение величины обратной конусности ∆ на 100 мм длины рабочей части

Принимаем Δ = 0,05 мм
2.1.8 Определение профиля фрезы для фрезерования канавки сверла выполняем упрощенным аналитическим способом.
Больший радиус профиля:

где

2φ – двойной угол в плане,
ω – угол наклона винтовой канавки,

D – диаметр сверла, мм
dс – диаметр сердцевины, мм

Dф – диаметр фрезы, мм
По формуле 2.9:

По формуле 2.10:

При Dф = 13 D, Cф = 1
Таким образом, подставив в формулу 2.8 полученные значения:

Меньший радиус профиля Rк = Cк D [3, стр. 194] 2.12
где Ck=0,015∙ ω0,75 [3, стр.194] 2.13
ω – угол наклона винтовой канавки
Ck=0,015∙ 350,75=0,216
Подставив в формулу 2.12:
Rк = 0,216 6 = 1,29 мм
Ширина профиля B = R0 + Rк [3, стр. 194] 2.14
B = 2,85 + 1,29 = 4,14 мм
2.1.9 Основные технические требования и допуски на размеры сверла (по ГОСТ 885 – 77*)
Предельные отклонения диаметра сверла D = 6h9(-0,03) мм. Допуск на общую длину и длину рабочей части сверла равен удвоенному допуску по 14-му квалитету с симметричным расположением предельных отклонений

2.1.10 Выполнение рабочего чертежа
Рабочий чертеж должен иметь три проекций (винтовые линии при черчении заменяются прямыми линиями). На чертеже указывают основные технические требования к сверлу. Форма заточки сверла с геометрическими параметрами режущей части, центровое отверстие и профиль канавочной фрезы вычерчивают отдельно в большом масштабе.
Тема 3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФРЕЗ
3.1 Методика расчета
Анализ исходных данных. Рассчитать и сконструировать концевую фрезу, оснащенную твердым сплавом, диаметром D=32 мм с коническим хвостовиком для обработки пазов в стальной заготовке (ширина фрезерования 40 мм). Зуб фрезы крупный. Обрабатываемый материал – Сталь 15,

3.1.1 Определение наружного диаметра D
Наружный диаметр D определяем по заданию: D=32 мм.
Подачу на один зуб фрезы выбираем по справочным данным, исходя из диаметра фрезы, глубины фрезерования. [1, стр. 405, табл. 78] Sz=0,07 мм/зуб. Число зубьев задаем, опираясь на исходные данные: для концевой фрезы диаметром D=32 мм с коническим хвостовиком и крупным зубом рекомендуемое число зубьев z=4. [1, стр. 256, табл. 75]
3.1.2 Определение шага зубьев фрезы
окружной шаг

где D – диаметр фрезы, мм
z – число зубьев фрезы.
осевой шаг

где D – диаметр фрезы, мм
z – число зубьев фрезы,
ω – угол наклона винтовых пластинок, ω = 35°


3.1.3 Проверка рассчитанных величин z и Sос на условие равномерного фрезерования
Процесс фрезерования можно считать равномерным при выполнении следующего условия:

где ^ должно быть целым или близким к целому [2, стр. 22]
B – ширина фрезерования, мм
Sос – осевой шаг, мм
z – число зубьев фрезы
D – диаметр фрезы, мм
ω – угол наклона винтовых пластинок.

3.1.4 Определение геометрических параметров режущих зубьев фрезы
Рекомендуемые значения конструктивных параметров режущей части фрезы определяем по ГОСТ 20537 – 75*; геометрических параметров – по ГОСТ 20536-75*.



Конус Морзе
Рис. 3.1. Конструктивные и геометрические параметры режущей части концевой фрезы с винтовыми пластинами из твердого сплава
Для фрезы с диаметром D = 32 мм:
d = 26 мм,
d1 = 6,4 мм,
l = 3,5 мм,
c = 0,8 мм,
h = 8,5 мм,
h1 = 6,5 мм,
h2 = 1,5 мм,
r = 10 мм,
r1 = 1 мм,
f = 2 мм,
s = 1,8 мм,
γ = +5°,
α = 17°,
Конус Морзе 4,
Угол наклона гнезда под пластину = 33°.
3.1.5 Выбор марки инструментального и конструкционного материала для режущих элементов, корпуса
Материал корпуса – сталь 40Х, НRCЭ 30 – 40. Материал режущей части ножей – твердый сплав Т15К6, НRСэ 60 – 65. Назначаем твёрдость деталей фрезы после термической обработки: корпуса 32 – 41,5 HRCэ [3, стр. 249]; режущей части ножей 92 – 87 HRA.
3.1.6 Назначение допусков на основании элемента фрез и основные технические требования
Допуски и на основные элементы фрезы и другие технические требования принимаем по ГОСТ 8721 – 69*, предельные отклонения размеров рифлений – по ГОСТ 2568 – 71*.
3.1.7 Выполнение рабочего чертежа фрезы с указанием основных технических требований
Тема 4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕК
4.1 Методика расчета протяжек для наружного протягивания
Анализ исходных данных. Рассчитать и сконструировать протяжку для наружного протягивания поверхности заготовки с припуском h=1,0 мм. Длина протягиваемой поверхности lи=100 мм. Протягивание производится на вертикально-протяжном станке для наружного протягивания. Высота корпуса протяжки 40 мм. Материал заготовки – чугун СЧ30, НВ=180. Ширина заготовки 50 мм.
4.1.1 Припуск под протягивание
Припуск под протягивание выбирают в 0,025 - 1,0 мм на сторону. Припуск задан в условии задачи – 1,0 мм.
4.1.2 Подъем на зуб Sz выбирают в зависимости от материала заготовки
В данной решаемой задаче обрабатываемый материал – чугун, следовательно, выбираем подъем на зуб Sz = 0,09 мм.
4.1.3 Профиль, размеры зуба и стружечных канавок между зубьями в зависимости площади слоя металла, снимаемого одним режущим зубом протяжки
Необходимо, чтобы площадь сечения стружечной канавки между зубьями отвечала условию:

где k – коэффициент заполнения канавки;
Fк – площадь сечения канавки, мм2:

Fс – площадь сечения среза металла, снимаемого одним зубом, мм2:


Коэффициент заполнения k определяем по табл. 4.8.1.5. [2, стр. 35] Обрабатываемый материал – чугун, подъем на зуб равен 0,09 мм, следовательно, k=3.
По формуле 4.2:

Учитывая, что протягивание производится по профильной схеме, при площади сечения стружечной канавки равной 27 мм2, принимаем: прямолинейная форма стружечной канавки (Рис. 4.1), шаг t=14 мм, глубина стружечной канавки h=5,4 мм, ширина зуба b=5,0 мм, радиус стружечной канавки r=3,0 мм. [3, стр. 276, табл. 106]

Рис. 4.1. Размеры прямолинейного профиля зубьев протяжки
Шаг калибрующих зубьев наружной протяжки равен шагу режущих зубьев tк= t = 14 мм.
4.1.4 Максимальное число одновременно работающих зубьев


4.1.5 Геометрические элементы лезвия режущих и калибрующих зубьев
З
60°-90°
адний угол α принимают равным 7° - 10° [2, стр. 33] Принимаем α=10°, αк=8°. Передний угол γ выбирают в зависимости от обрабатываемого материала. В данной задаче обрабатываемый материал серый чугун с твердостью 180 HB, следовательно, принимаем γ=8°. [4, стр. 483, табл. 2] Предельное отклонение передних углов всех зубьев ±2º, задних углов режущих зубьев ±30', задних углов калибрующих зубьев ±15'. [3, стр. 274] Число стружкоразделительных канавок и их размеры принимаем по табл. 108. [3, стр. 278] Ширина протягиваемой поверхности В=50 мм, следовательно, число канавок n=6; m=1,2 мм; hk=0,6 мм; r=0,3 мм; расстояние между канавками bk=8,5 мм; расстояние от боковой стороны протяжки до первой канавки bk′=3,5 мм. Дно канавки параллельно задней поверхности α2= α (Рис. 4.2.)




m


r





bk
bk′
Рис. 4.2. Стружкоразделительные канавки на режущих зубьях протяжки
4.1.6 Максимальная главная составляющая силы резаная Рz max и угол наклона режущих кромок ω
У протяжек с длиной режущих кромок более 10 мм для обеспечения более плавной работы режущие зубья делают наклонными к оси протяжки под углом ω = 80…75°. Подбирая соответствующие величины угла ω и шага t, можно добиться равномерности протягивания. Равномерное протягивание будет в том случае, когда одно из отношений, является целым числом:

или

где Lи – длина протягиваемой поверхности, мм;
t – шаг протяжки, мм;
В – ширина протягиваемой поверхности, мм.
Для достижения постоянства длин режущих кромок, одновременно находящихся в работе примем KВ равным целому числу, а именно KВ=1.
Тогда

где t – шаг протяжки, мм;
В – ширина протягиваемой поверхности, мм.

Откуда следует, ω≈74°.
Суммарная длина режущих кромок, мм


Главная составляющая силы резания для протяжек с наклонными зубьями, Н

где Sz – подъем на зуб, мм;
Σbmax – суммарная длина режущих кромок, Σbmax=Σb, мм;
ω – угол наклона режущих кромок, °;
μ – коэффициент трения между боковой поверхностью протяжки и направляющей протяжного приспособления, принимаем μ=0,15 (при протягивании со смазочно-охлаждающей жидкостью)
Постоянную


Поправочный коэффициент Kω, учитывающий значение угла наклона режущих кромок, принимаем равным 1,04 (ω≈74°). [3, стр. 289]
Поправочный коэффициент Kγ, учитывающий значение переднего угла принимаем равным 1,1 (γ=8°). [3, стр. 282]
Поправочный коэффициент Kи=1 (для зубьев протяжки со стружкоразделительными канавками). [3, стр. 282]
Поправочный коэффициент Kс=1 (при применении смазочно-охлаждающей жидкости). [3, стр. 282]
Таким образом, сила резания

4.1.7 Высота первого зуба
Высоту первого зуба Н1 принимают по конструктивным соображениям в зависимости от применяемых приспособлений. Принимаем высоту первого зуба протяжки 45,4 мм.
Н1= 45 мм.
4.1.8 Высота калибрующих зубьев
Нк = Н1 + А
Нк = 45,4+1= 46,4 мм.
4.1.9 Число зачищающих зубьев
Между режущими и калибрующими зубьями делают несколько (2-4) зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъемом на зуб. Принимаем zз=3 и распределяем подъем на зуб следующим образом: 0,05 мм; 0,03 мм; 0,02 мм.
4.1.10 Число калибрующих зубьев
zк = 4…5. Принимаем zк = 4
4.1.11 Общая длина протяжки
Длина рабочей части протяжки:

где t – шаг протяжки, мм;
zр – число режущих зубьев, zр=10;
zз – число зачищающих зубьев;
zк – число калибрующих зубьев;
В – ширина протягиваемой поверхности, мм;
ω – угол наклона режущих кромок, °.

С учетом того, что по длине протяжки выполняются 3 отверстия для закрепления протяжки болтами М16, принимаем общую длину протяжки 320 мм.
4.1.12 Ширина протяжки
Ширина протяжки для наружного протягивания может определяться по формуле:
bпр.=В+2∙е, мм [6, стр. 22] 4.11
где В – ширина обрабатываемой поверхности, мм;
е – величина перекрытия на одну сторону, мм; е=2-5 мм.
bпр=50+2∙2=54 мм.
4.1.13 Выполнение рабочего чертежа фрезы с указанием основных технических требований
Скачать файл (568.7 kb.)