Расчёт металлорежущего инструмента

Министерство образования и науки Украины Донецкий Национальный Технический Университет  

Кафедра “Металлорежущие станки

и инструмент “

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: ,,Металлорежущий инструмент”

на тему: ,,Расчёт металлорежущего инструмента”

ПК 04.28.43.000.00

Выполнил:

ст. гр. МС-02б Левченко А.А.

Консультант: Киселёва И.В.

Нормоконтролёр: Киселёва И.В.

Донецк 2005

ЗАДАНИЕ

Спроектировать режущие инструменты и приспособление для обрабатываемого материала Сталь 20ХН:

1.Протяжка для обработки шлицевой втулки:

L= 110 мм, Ra=2,5 мкм, D - 10×82×92H8×10H9;

2. Долбяк для обработки зубчатых колёс:

m=2 мм, z₁=60, z₂=120, обрабатываемый материал Сталь 8А;

3. Развёртка комбинированная для обработки отверстий:

d₁=22H7 мм, d₂=28H8 мм, l₁=l₂=38 мм;

4. Патрон плавающий для крепления развёртки.

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект: стр. 29, рис. 14,табл. 2, приложений 4, источников 4.

Объект исследования—металлорежущие инструменты: протяжка шлицевая, развёртка комбинированная и долбяк для обработки зубчатых колёс.

Цель работы: спроектировать указанные инструменты для обработки деталей с заданными размерами и параметрами.

В курсовом проекте приведены расчеты всех параметров и размеров указанных инструментов, выбраны материалы для изготовления инструмента и станки, на которых будет вестись обработка.

Разработаны рабочие чертежи расчитуемых инструментов.

ПРОТЯЖКА, РАЗВЁРТКА, ДОЛБЯК, СТРУЖЕЧНЫЕ КАНАВКИ, ХВОСТОВИК, МОДУЛЬ, ЗАТЫЛОВАНИЕ.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1   Расчет шлицевой протяжки

2   Расчет долбяка для обработки зубчатых колес

3   Расчет комбинированной развёртки

4   Выбор плавающего патрона

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Изучение курса “Проектирование и производство металлорежущих инструментов” дает знания по расчету, конструированию, производству и эксплуатации инструментов, применяемых при обработке металлов резанием.

В курсовой работе проектируется такой инструмент как, протяжка шлицевая, развёртка комбинированная и долбяк для обработки зубчатых колёс.

Протяжка – многолезвийный инструмент с рядом последовательно выступающих одно над другим лезвиями в направлении перпендикулярном к направлению скорости главного движения. Предназначена для обработки при поступательном главном движении резания и отсутствия движения подачи. Она является самым производительным инструментом. Протяжки – металлоемкий, сложный в изготовлении, и поэтому дорогой инструмент. Экономическая целесообразность их применения оправдывается при обеспечении оптимальных элементов конструкций и режимов резания, качественном изготовлении протяжек правильной эксплуатации.

При проектировании зуборезных инструментов, помимо решения общих вопросов, связанных с оформлением режущих инструментов, важным моментом является правильное определение и технологическое воспроизводство режущих кромок. Последнее обуславливает точность получения профиля изделия, а это является основным в технологии изготовления любого изделия. В основу конструкций долбяков положено цилиндрическое инструментальное колесо с непрерывно изменяющейся высотной коррекцией его зубьев от одного торцового сечения к другому, что необходимо для создания на нем задних углов резания. В подавляющем большинстве случаев ось долбяка располагается параллельно оси нарезаемого колеса. Долбяки применяют для нарезания колес с прямыми и винтовыми зубьями, с внешним и внутренним их расположением. Долбяками можно нарезать блочные и шевронные колеса. Особенно эффективно применять их при обработке колес с узким ободом, имеющих большое z₁ с модулем m до 2 мм. Вопрос о рациональном применении долбяка в случаях, когда возможно использование червячной фрезы, должен решаться на основе сравнения машинного времени обработки.

1 РАСЧЕТ КОМБИНИРОВАННОЙ ПРОТЯЖКИ

 

Исходные данные

Исходными данными для расчета протяжки являются:

- диаметр отверстия для протягивания D₀, D₀=D=82 мм, так как при центрировании шлицев по наружному диаметру предварительно обработанное отверстие является окончательно обработанным и при протягивании не обрабатывается;

- наружный диаметр шлицев D, D=92 мм;

- внутренний диаметр шлицев d, d=82 мм;

- число шлицев n, n=10;

- ширина шлицев b, b=10 мм;

- размер фаски f и угол фаски β шлицевых пазов, f=0,5^{+0,3 мм, β=36º};

- материал детали - сталь 20ХН;

- длина протягивания L=110 мм;

- шероховатость поверхности R_а=2,5 мкм;

- тяговое усилие станка – 400000 Н, длина хода рабочего ползуна – 2000мм;

- максимальный диаметр отверстия D_max, D_max=82,035 мм.

Рисунок 1.1 – Втулка: а - до протягивания;

б – после протягивания.

Выбор схемы резания

Выбираем групповую (переменную) схему резания. При групповой схеме резания режущая часть протяжки состоит из нескольких групп зубьев разного диаметра. Зубья в каждой группе имеют одинаковый диаметр или высоту. Срезание металла группой зубьев осуществляется за счет увеличения ширины каждого последующего зуба по отношению к предыдущему. Стружкоразделительные канавки отсутствуют, что облегчает сворачивание стружки.

Преимущества данной конструкции состоит в том, что с увеличением подъема на зуб удельная сила резания уменьшается, что приводит к уменьшению суммарного усилия протягивания. Длина протяжки уменьшается на 30%, что способствует повышению производительности процесса протягивания и уменьшению расхода инструментального материала. Увеличивается стойкость протяжки.

Рисунок 1.2 - Схема срезания припуска комбинированной протяжкой

Выбор типа протяжки

Конструктивные особенности, суммарная длина и технологичность шлицевых протяжек во многом зависят от принятой последовательности срезания припуска, т.е. от комбинации зубьев, обрабатывающих те или иные элементы шлицевого отверстия.

При обработке шлицевой втулки с центрированием по наружному диаметру используются протяжки типа B [1,с.8]. Схема конструкции протяжки показана на рис. 1.3.

Для обрабатываемого материала Сталь 20ХН соответствует I группа обрабатываемости.

Рисунок 1.3 – Конструкция протяжки

Согласно I группе обрабатываемости стали, выбираем материал режущей части протяжки R6M5 [1,табл.3, стр.11].

Наименьший диаметр предварительно-обрабатываемого отверстия

D_o=D

где D-наименьший диаметр протягиваемого отверстия, D=82 мм;

D_o=D=82 мм

Тип хвостовика и его размеры

Протяжки из быстрорежущей стали с D>40 мм изготавливают из стали 40Х сварными или. Тип хвостовика и его размеры выбирают в зависимости от вида патрона протяжного станка, предпочтение отдают быстросменным патронам [1,с.12].

Согласно [1,табл.5] выбираем размеры хвостовика.

Таблица 1.1 – Размеры и допустимые силы резания для хвостовика

Dхв	D1	D2	L1	L2	L3	C	Площадь опасного сечения А-А, мм2	Силы резания, допускаемые прочностью хвостовика на разрыв Рдоп, Н
75	62	74	125	25	38	12	3018	1207200

Рисунок 1.4 - Основные размеры хвостовика

Шаг черновых зубьев:

Полученное значение шага зубьев t округляется до ближайшего большего стандартного указанного в [1,табл.6,стр.15].Принимаем t=20 мм

Согласно [1,табл.6,стр.14] этот шаг относиться к 12 профилю, в=6,0 мм, R=14 мм, r=4,5 мм, h=9,0 мм, F_окт=63,5 мм², F_пол=124 мм².

Рисунок 1.5 – Размеры профилей зубьев протяжек Максимально допустимая сила резания:

а) сила резания, допускаемая прочностью хвостовика Р_хв в опасном сечении (по шейке хвостовика) Р_хв=1207200 Н;

б) сила резания, допускаемая прочностью опасного сечения по впадине первого зуба:

 

Р_оп=(π·D/4)·[σ_в],

где – D_оп=D₀-2h=82-2·9=64 мм – диаметр опасного сечения;

[σ_в]=400 МПа;

Р_оп=(π·64²/4)·400=1254,827 кН.

в) расчетное тяговое усилие станка

- принимаем горизонтально-протяжной автомат для внутреннего протягивания 7А540;

- номинальная тяговая сила 400000 Н;

- наибольшая длинна хода салазок 2000 мм;

- мощность эл. двигателя привода главного движения 18,5 кВт.

Р_ст=К·Q=400000·0,9=360 кН,

где Q= 400000 Н - номинальная тяговая сила;

К=0,9 – КПД станка.

За величину максимально допустимой силы резания Р_доп принимаем меньшее усилие из трех, т.е. Р_доп=Р_ст=360 кН.

Максимальная глубина стружечной канавки:

;

Условие выполняется:

 

, 9,0 24,1.

Коэффициент заполнения стружечных канавок для стали к=3 [1,c.16].

Определим подачу на черновые секции:

S_zч=F/(L·K)=63,58/(110·3)=0,19,

где F=F_акт=63,58 мм² – площадь стружечной канавки зуба.

Фактический коэффициент заполнения стружечной канавки:

К_min= F/(L· S_zч)=63,58/(110·0,19)=3,04;

К_min>K

3,04>3

Выбор угла фаски.

Угол фаски выбирается в зависимости от числа шлицев:

при количестве шлицев n=10, b=36⁰.[1,c.24]

Расчет размеров определяющих положение фаски

a) Размер М:

 

М=0,5*d*sin(q_в+b);

 

b_n=b_max-d_B –ширина шлицевого выступа на протяжке;

b_max=10H9=10,036 мм – наибольшая допустимая ширина шлицевой

канавки на детали;

d_B=(0,005-0,01) мм – наибольшая величина разбивания на ширине шлица;

b_n=b_max-d_B=10,036-0.005=10,031 мм;

q_в=arcsin[(b_n+2f)/d]= arcsin[(10,031+2*0.5)/82]=7,73°;

M=0.5*82*sin(7,73°+36°)=28,34 мм;

Б) Диаметр d_ф:

d_ф=b_n/sinq_ф;

где q_ф=arctg(b/(E-C)2);

С=0,5b_n*ctgb=0.5*10,031*ctg36⁰=6,90 мм;

Е=М/sinb=28,34/sin36⁰=48,21 мм;

q_ф=arctg(b/(E-C)2)= arctg(10,031/(48,21-6,90)*2)=6,92°;

d_ф=b_n/sinq_ф=10,031/sin6,92°=83,26 мм

Передние и задние углы протяжки

а) передние углы:

-черновые и переходные виды зубьев для стали 20ХН I группы обрабатываемости: γ=20°;

-чистовые и калибрующие: γ=20°;

б) задние углы:

-черновые и переходные виды: α=4°;

-чистовые: α =2°;

-калибрующие: α=1°;

Количество зубьев в черновых секциях

Фасочные зубья, когда они работают первыми, могут срезать стружку либо по одинарной схеме, либо по групповой. В последнем случае фасочные зубья группируются в двузубые секции, аналогично шлицевым зубьям, причем первые зубья в каждой секции имеют на боковых сторонах выкружки для разделения стружки по ширине, а вторые выполняются без выкружек, заниженные по диаметру на 0,02 – 0,04 мм.

Таким образом, количество зубьев в черновых секциях принимается:

а) фасочная часть z_чф=2;

б) шлицевая часть z_чш=2.

Сила протягивания на черновых зубьях на фасочной части является наибольшей в виду того, что зуб имеет наибольшую ширину (b+2f) и равна:

,

где – С_р=216, x=0,85-для легированной конструкционной стали с HB 200 и протяжек группового резания.

Поправочные коэффициенты: K_γ=0,85, K_u=1, K_c=1,34 [1,с.17,табл.9]. z_max=L/t=110/20=5,5 – число одновременно работающих зубьев

принимаем z_max=6.

.

 

Распределение припуска

а) на фасочную часть:

 

А_оф=d_фп-D₀;

где d_фп= d_ф+(0,3÷0,4)=83,26+0,3=83,56 мм – диаметр последнего фасочного зуба;

А_оф=d_фп-D₀=83,56-82=1,56 мм,

б) на шлицевую часть

А_ош=D_max-d_ш1=92,054-83,51=8,54 мм,

где d_щ1=d_фп-0,05=83,56-0,05=83,51 мм – диаметр первого шлицевого зуба;

Принимаю высоту первого шлицевого зуба равным диаметру последнего фасочного зуба, 83,56 мм;

Согласно таблицы 12 [1], число калибрующих зубьев 4.

Припуск на чистовые зубья в шлицевой части:

S_zчт=0,08 мм – подъем на чистовые зубья (на диаметр);

z_чт=3 - число чистовых зубьев.

Первый снимает припуск 0,04 мм, а два другие по 0,02 мм (на диаметр).

Подъем на зуб

а) фасочная часть – на каждую двузубую секцию:

S_zчф= S_zч=0,19 мм;

б) шлицевая часть:

S_zчш= S_zч=0,19 мм – на черновые секции;

S_zпш =S_zп=0,09 мм – на переходные секции.

Шаг зубьев

а) черновых и переходных зубьев t=20 мм,

б) чистовых и калибрующих t_чт=t_к=(0,7-0,8)t=(0,7-0,8)·20=14–16 мм,

принимаю 16 мм [1,табл.6,стр.14].

Диаметр зубьев

а) Фасочных:

фасочный – первый d_ф1=D₀=82 мм,

фасочный – последний d_фп=83,56 мм;

б) Шлицевых:

шлицевый - первый d_щ1=83,56 мм,

шлицевый – последний d_шп=D_ош=D_max+δ=92,035+0,05=92,085 мм

где δ=0,05-величина остаточной деформации отверстия [4,табл.11,с.18]

Количество черновых секций

а) в фасочной части

, принимаю=4;

б) в шлицевой части

Количество зубьев

а) в фасочной части

 

z_ф=2i_чф+I=2·4+1=9,

гдеi_чф- секций по 2 зуба и один первый несекционный зуб без подъема;

б) в шлицевой части

 

z_чш=2i_чш+I=2·21+1=43,

где i_чш секций по 2 зуба и один первый несекционный зуб.

Количество калибрующих зубьев 4 [1,табл.12а,стр.20].

Количество переходных зубьев z_пш=2i_пш=2·2=4.

Количество чистовых зубьев z_чтш=3.

Длина режущих и калибрующих частей

а) фасочная – длина режущей части

L_5ф=z_ф·t_чф=9·20=180 мм.

Калибрующих зубьев в фасочной части нет.

б) шлицевая – длина режущей части:

L_5чш+L_5пш=(z_чш+z_пш)·t_шп=(43+4)·20=940 мм;

Длина чистовой и калибрующей частей:

L_5чmш+L_6ш=(z_чтш+z_кш-1)t_к=(3+4-1)·16=96 мм.

Длина передней направляющей части Выбирается в зависимости от отношения длины протягивания L к диаметру протяжки D: L/D=110/92=1,20 ≤1,5 следовательно L_пн=L=110 мм. Длина задней направляющей части

L_зн=(0,5 – 0,7)L_пн=(0,5 – 0,7)110=55...77 мм.

Диаметр задней направляющей части D_зн=92 f7 мм.

Минимальная длина переходной шейки

L_min=L _сч-L₁₊ L_пк+L_пн=510-125-20-110=265 мм.

Диаметр переходной шейки D_ш=D_хв-(0,3 ÷ 1)=75-(0,3 ÷ 1)=74,7 ÷ 74 мм.

Длина переходного конуса

L_пк=10÷ 25 мм.

Общая длина протяжки

L_п= L_пц+ l_5ф + l_5чш+ l_5пш+ l_5чmш+ l_6ш+t_шφ+t_шц+l_зн=

=510+180+940+96+20+16+77=1839 мм.

Углы режущих кромок

Задние углы на выкружках принимаются равными : α=4º.

На вершинах калибрующих зубьев выполняется цилиндрическая ленточка f=0.2 – 0.3 мм.

Вспомогательный угол в плане на шлицевых зубьях φ=1º30´ с ленточкой по боковым поверхностям f_б=0,8 ÷1 мм.

Рисунок 1.6 – Углы протяжек

Количество выкружек и их радиусы

На фасочных и шлицевых зубьях количество выкружек равно 10(по числу шлицев). Выкружки выполняют на первых зубьях черновых и переходных секциях. Глубина выкружек должна быть не менее 3S_zч.

Чистовые зубья выполняют несекционными, с подъемом на каждый зуб.

Диаметр впадин между фасочными и шлицевыми зубьями

d_фв=D₀ f8=82f8.

Диаметр шлицевого зуба, с которого начинается боковое поднутрение: d_шφ=d_ф+2,5= 83,26+2,5=85,76 мм.

Рисунок 1.7 – Поперечный профиль черновых и переходных зубьев