Проектирование протяжки

2. Проектирование протяжки

2.1 Протягиваемая заготовка. Исходные данные:

Материал – сталь 20ХНЗА, твердость – НВ 285-321, состояние – после отжига, отверстие под протягивание получено зенкерованием, диаметр его до протягивания d_o (Н12) = 25,2^{+0,21 мм, внутренний диаметр шлицев d (Н11) = 26+0,13 мм, наружный диаметр шлицев D (Н12) = 32+0,25 мм, ширина шлицевых впадин b (F8)= 6+0,028 мм, число шлицев z = 6, размер фаски fх45= 0,4 мм, параметр шероховатости поверхностей (по b, D, d) Ra} = 2,5 мкм, длина протягивания l = 80 мм.

Рис 2.1 Параметры протягиваемого отверстия

2. Станок: горизонтально-протяжной, мод. 7Б56; тяговая сила Q = 196000 H, максимальная длина хода штока L_max = 1600 мм, диапазон рабочих скоростей 1,5-13 м/мин, состояние – удовлетворительное.

3. Производство – крупносерийное.

4. Длина протяжки, допустимая возможностями инструментального производства и заточного отделения, L_max = 1500 мм.

2.2 Порядок расчета

 

Расчет начинаем с установления схемы расположения зубьев на протяжке, группы обрабатываемости и группы качества. Принимаем предварительно схему расположения зубьев ФКШ. Окончательно схему расположения зубьев будет установлена после расчета длины круглой части. Если l_к>1,5 l, то фасочные зубья следует расположить между переходными и чистовыми круглыми зубьями, т.е. принять схему Ко.п.ФКч.к.Ш.

1. Группу обрабатываемости устанавливаем по табл. П1 приложения (лит. 1, стр.301). Сталь 20ХНЗА с твердостью НВ 285-321 относиться к 3-й группе обрабатываемости (сталь вязкая).

2. Группу качества устанавливаем для каждой поверхности шлицевого отверстия отдельно по табл. П2 приложения (лит.1, стр.304). Так как центрирование производиться по внутреннему диаметру с d = 26 мм и параметром шероховатости поверхности выступов Ra<2,5 мкм, то группа качества поверхности выступов, боковых сторон и поверхностей впадин вторая.

3. За материал рабочей части протяжки (передний конус, передняя направляющая режущая часть, задняя направляющая и задний хвостовик) принимаем быстрорежущую сталь Р6М5 по табл. П3 приложения (лит. 1, стр. 304) принимаем быстрорежущую сталь

4. Конструкцию протяжки принимаем с приваренным хвостовиком, материал хвостовика - сталь 40Х. Конструкцию хвостовика и размеры принимаем по ГОСТ 4044-70 (лит.1, стр. 306). Тип , исполнение 1. Диаметр переднего хвостовика D_хв.=22е8 мм, диаметр заднего хвостовика D_з.хв.= 17с11 мм.

Силу, допустимую прочностью переднего хвостовика, рассчитываем по формуле , где - допустимое напряжение при растяжении, МПа, F_оп – площадь опасного сечения хвостовика, мм². Приняв площадь опасного сечения F_оп = 227 мм² по табл. П4 (лит.1, стр.306) и рекомендуемое напряжение при растяжении  = 300 МПа

Р_хв.=227·300=68100 Н.

5. Передние и задние углы зубьев протяжки выбираем по табл. П5 приложения (лит.1, стр. 308).

Передний угол черновых и переходных зубьев, чистовых и калибрующих γ=15°, задний угол черновых и переходных зубьев α_о=3°, чистовых α_ч=2°, калибрующих α_к=1°. Допуски на передние и задние углы по ГОСТ 9126-76.

Выбранное значение переднего угла для протяжек диаметром до 40 мм следует проверить на возможность выполнения на инструменте, диаметр абразивного круга должен быть не менее 100 мм.

Выбор формы и профильного угла производится по профилю стружечной канавки. Расчет выполняем в следующей последовательности:

Вспомогательный угол

Требуемый профиль угол шлифовального круга

Деле рассчитываем максимально допустимый диаметр шлифовального круга  где ,

 мм, следовательно, принимаем γ=10°.

, принимаем шлифовальный круг чашечной формы;

; мм, что удовлетворяет требованиям.

6. Скорость резания устанавливаем по табл. П6 приложения (лит. 1, стр. 309), для круглой части, одна из которой имеет наиболее высокую группу качества (2-ю), v = 5 м/мин. Так как в табл. П1 приложения сталь 20ХНЗА отмечена звездочкой (вязкая), то снижаем скорость на 20%, т.е. v =4 м/мин. Эта скорость входит в диапазон скоростей станка.

7. Определяем подачу черновых зубьев по средней наработке между двумя отказами (по табл. П7 приложения, лит.1, стр.310). Сначала устанавливаем наработку чистовой части при S_zч=0,02мм и v = 4 м/мин и Т= 67 м. Для черновых зубьев при v=4 м/мин и Т= 71 м, S_zс = 0,18 мм на зуб на сторону. Наработка с учетом поправочных коэффициентов, принятых по табл. П18 приложения (лит.1, стр.315), составляет

Т_м.н.= Т·К_тв·К_тр·К_тз·К_тм·К_тд·К_то·К_тф,

где К_тв - зависимость от вида и группы качества протягиваемых поверхностей, К_тр - зависимость от схемы резания, К_тз - зависимость от вида заготовки и подготовки поверхности под протягивание, К_тм - зависимость от материала протяжки, К_тд - зависимость от доводки зубьев протяжки, К_то - зависимость от вида СОЖ, К_тф - зависимость от формы шлицевого паза.

Т_м.н.=67·0,8·1·1·1·1·1·1= 53,6 м

Для круглой части, предназначенной для обработки поверхности 2-й группы качества, подачу черновых зубьев ограничиваем рекомендации табл. П17 приложения (лит.1, стр.315): для v = 4 м/мин и поверхности 2-й группы качества S_zc= 0,12 м/мин.

8. Определяем глубину стружечной канавки по формуле , где l_s – суммарная длина протягиваемых участков, мм. Принимаем предварительно коэффициент посещаемости согласно рекомендации методики К= 2,5

Рис. 2.2 Параметры зубьев

Для круглых зубьев h==5,53мм

По табл. П19 приложения принимаем ближайшую большую глубину стружечной канавки h=6 мм (лит.1, стр.317).

Для фасочных и шлицевых зубьев h==6,77мм

По табл. П19 приложения принимаем ближайшую большую глубину стружечной канавки h=8 мм (лит.1, стр.317). Глубину стружечной канавки, допустимую жесткостью протяжки (диаметр сечения по дну стружечной канавки < 40 мм), определяем по формуле h_ж = (0,2-0,23)d_о

Для фасочных и круглых зубьев h_ж=0,23·25,2=5,796 мм,

для шлицевых h_ж= 0,23·26=5,98 мм.

Из табл. П19 приложения принимаем ближайшую меньшую по отношению к расчетной глубину h= 5 мм для всех частей протяжки.

Так как глубина стружечной канавки для фасочных и шлицевых зубьев принята из условия жесткости протяжки, то для размещения стружки в стружечной канавке уменьшаем подачу по формуле :

S_zo= 0,1 мм, принимаем S_zo=0,1 мм

9. Определяем шаг черновых зубьев t_о и число одновременно работающих зубьев z_р. Шаг черновых зубьев принимаем по табл. П19 приложения наименьшим из всех имеющихся и соответствующим данной глубине стружечной канавки h=5 мм, t_o = 13 мм. Остальные элементы профиля: b =5мм, r=2,5мм, R=8мм.

Число одновременно работающих зубьев рассчитываем по формуле ==6

10. Определяем максимально допустимую силу резания (P_max). Принимаем P_max наименьшей из трех сил - Р_ст, Р_хв. и Р_о.п.:

Р_ст =0,8·Q=0,8·20000·9,81=156960 Н

Р_хв. =68100 Н

Величину Р_оп определяем по формуле Р_оп =F_oп· [σ]_р, где F_оп = 0,785·(d_o-2·h)², приняв [σ]_р =400 МПа,

F_оп=0,785(26-2·5)²=181,366Н,

Р_оп=181,3664·400=72546,56 Н.

Следовательно, принимаем Р_max=Р_оп=72546,56 Н

11. Определяем число зубьев в группе z_с по формуле z_c=(В_max·z·q_o·z_p·K_pм·К_ро·К_рк·К_рр)/Р_max для каждой части протяжки раздельно, подставив в формулу всесто В_max значения В_фmax, В_кmax и В_шmax. Максимальную длину режущих кромок на фасочных зубьях определяем приближенно по формуле

Рис 2.3. Наибольшая длинна режущих кромок

В_фmax=b+2f+(d-d_o)

В_фmax= 6+2·0,4+(26-25,2)=7,6 мм

В табл. П31 приложения при В_фmax<9 и D до 20-50 мм допускается z_с=1

Максимальную длину режущих кромок на круглых зубья определяем по формуле В_кmax=πd/z - (b+2f),

В_кmax= 3,14·26/6 - (6+2·0,4)=6,81мм

Значение B_кmax меньше значения, при котором допускается работа без разделения стружки; следовательно, принимаем z_с.к.=1.

Максимальную длину режущих кромок на шлицевых зубьях В_шmax=b_max=6,028 мм.

Удельную силу резания q_о в формуле

z_c=(В_max·z·q_o·z_p·K_pм·К_ро·К_рк·К_рр)/Р_max,

где К_мр - зависимость от состояния и твердости обрабатываемого материала, К_ро - зависимость от вида СОЖ, К_рк - зависимость от группы качества протягиваемой поверхности, К_рр - зависимость от способа разделения стружки, определяем из табл. П20 приложения: для γ=10° и S_zо=0,1мм q_о=236 Н/мм, для S_zс=0,1 мм q_о=236 Н/мм, поправочные коэффициенты находим по табл. П21 приложения: К_рм= 1, К_рр=1, К_рк=1, К_ро=1 для СОЖ, принятой по табл. П18 приложения (сульфофрезол В),

z_с.ф.= 0,89,

z_с.к.= 0,85,

z_с.ш.= 0,75.

Принимаем:

z_с.ф.=1, z_с.к.=1, z_с.ш.=2

12. Распределяем припуск между разными частями и зубьями протяжки. Припуск на фасочную часть определяется по формуле А_ф=D_ф-d_оmin, где D_ф находим по формуле D_ф = D_е + 0,4, а диаметр окружности D_е, проходящий через точку пересечения исходных профилей фаски и прямобочного паза, по формулам

Рис 2.4. Профиль шлицевого паза после прохождения фасочных зубьев.

sin λ = (b+2f)/d= (6+2·0,4)/26,13=0,26131

λ= 15,14781°

сtgλ_е=4,32

λ_е=13,04254°

D_е=b/sinλ_е=6/ sin 13,04=26,71 мм

D_ф=D_e+0,5=26,7+0,5= 27,21 мм

А_ф=D_ф-d_о=27,21-25,2=2,01 мм

Припуск на круглую часть находим по формуле

А_к=d_max-d_omax= 26,13-25,2=0,93 мм

Припуск на черновые зубья А_ко определяем по формуле А_ко=А_к-(А_к.п.+А_к.ч.),

где А_к.п.= 0,18 мм из табл. П23, А_к.ч.= 0,12 мм из табл. П22,

А_ко=0,93-0,18-0,12=0,63 мм.

Припуск на шлицевую часть находим по формуле А_ш=D_max-D_ш1, а диаметр первого шлицевого зуба по формуле D_ш1=D_е+2S_zo

D_ш1=26,7+2·0,1=26,91 мм

А_ш=32,25-26,91=5,34мм

Припуск на черновые шлицевые зубья определяем по формуле

А_шо=А_ш-(А_ш.п.+А_ш.ч.), в которой А_ш.п.=0,18 мм из табл. П23, А_ш.ч.=0,08 мм из табл. П22,

А_шо=5,34-0,18-0,08=5,08 мм.

13. Находим число групп черновых зубьев i_o, остаточный припуск А_ост и распределение его. Число групп черновых зубьев i_o определяем по формуле i_o=A_o/2S_zo, подставив в нее соответствующие значения А_о и S_zo, принятые для каждой части; остаточный припуск находим по формуле А_ост=А_о-2S_zo·i_o.

i_ф=А_ф/2S_zф=2/2·0,1=10, принимаем i_ф= 10.

А_ост.ф.=2-2·0,1·10=0

i_ко=А_ко/2S_zок=0,63/2·0,1=3,15

А_ост.к.=0,63-2·0,1·2=0,03

Так как А_ост.к.<2Sп₁ (см. табл. П23 приложения), тогда i_ко= 3, часть остаточного припуска равная 0,03 срежется первым чистовым зубом:

i_шо=А_шо/2S_zшо=5,05/2·0,1=25

А_ост.шо=5,05-2·0,1·25=0,09мм, принимаем i_шо= 25.

14. Общее число зубьев определяем по формуле Σz=z_ф+z_к+z_ш, число фасочных - по формуле z_ф=i_ф·z_с.ф, число круглых - по формуле z_к=z_ко+z_к.п+z_к.ч+z_к.к и число шлицевых - по формуле z_ш=z_шо+z_ш.п+z_ш.ч+z_ш.к

z_ф=10·1=10

Число круглых черновых зубьев рассчитываем по формуле z_ко=i_коz_с.к.=3·1=3

Число круглых переходных зубьев z_к.п.= 2, из табл. П23 приложения, число круглых чистовых зубьев z_к.ч.=2, число калибрующих из табл. П22 приложения z_к.к.=2.

z_к=3+2+2+2=9.

Число шлицевых зубьев определяем по формуле z_шо=i_шо z_с.ш+1=25·2+1=51.

Число шлицевых зубьев из табл. П23 приложения z_ш.п.=4, скорректированное число переходных зубьев за счет остаточного припуска z_ш.п.= 4, число шлицевых чистовых зубьев (при z_с.ш.ч.=1) z_ш.ч=2, число калибрующих зубьев z_ш.к.=4,

z_ш=51+4+2+4=61,

z=10+9+61=80

15. Подъемы переходных зубьев круглой и шлицевой частей принимаем по табл. П23 приложения:

для круглых Sп₁=0,06 мм, Sп₂=0,03 мм

для шлицевых Sп₁= 0,06 мм, Sп₂= 0,03 мм

Подъемы чистовых зубьев круглой и шлицевой частей принимаем по табл. П22 приложения для круглых Sz_ч=0,02 мм (два зуба), Sz_ч= 0,01мм (два зуба) к подъему первого чистового зуба прибавляем 0,04 от остаточного припуска, т.е. Szч₃=0,04 мм и Szч₄= 0,01 мм, для шлицевых Sz_ч= 0,02 мм (два зуба).

16. Определяем длину режущей части протяжки L_р, шаги и профиль чистовых круглых и шлицевых зубьев. Вначале находим длину фасочной части по формуле l_ф=t_о z_ф, круглой части - по формуле l_к = t_o(z_ко+z_к.п.)+t_ч (z_к.ч.+z_к.к. - 1), шлицевой части - по формуле l_ш=t_o(z_шо+z_ш.п.+1)+t_ч(z_ш.ч.+z_ш.к.-1)

l_ф=15·10=150мм

Для круглой и шлицевой частей находим шаг чистовых зубьев по табл. П24 приложения (берем средний шаг t₂).

Шагу t_о=14мм соответствует шаг чистовых зубьев t₁= 13, t_к.ч.=t_к.ш.=t₂= 11 мм.

Остальные элементы стружечной канавки чистовых зубьев берем из. табл. П19 приложения h=5 мм от t_ч зависит b= 7 мм, R=8 мм, r=2,5 мм,

l_к=15(3+2)+13(2+2-1)=114 мм,

l_ш=15(51+4+1)+13(2+4-1)=905мм,

L_р=150+114+905=1169 мм.