Расчет осевой силы и крутящего момента при рассверливании

5.2. Расчет осевой силы и крутящего момента при рассверливании

Глубина резания при рассверливании равна:

Т. к у нас комбинированный инструмент, то подача при рассверливании равна подаче при сверлении:

Определим скорость резания.

где, С_v - поправочный коэффициент; [3, табл.29, с.279]

q, y, m, х - показатели степени; [3, табл.29, с.279]

Т - период стойкости сверла, мин; [3, табл.30, с.279]

К_v - общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания.

Определим крутящий момент при рассверливании.

где, С_М - поправочный коэффициент; [3, табл.32, с.281]

q, y, - показатели степени; [3, табл.32, с.281]

Кр - коэффициент, учитывающий фактические условия обработки; [3, табл.9, с.264]

Определим осевую силу при рассверливании.

где, С_Р - поправочный коэффициент; [3, табл.32, с.281]

q, y, - показатели степени; [3, табл.32, с.281]

5.3. Определим мощность резания

Где n - частота вращения инструмента, об/мин.

Проверка возможности обработки:

 - обработка возможна

 

6. Профиль стружечной канавки

Профиль стружечной канавки должен создавать благоприятные условия для размещения и транспортирования стружки, и одновременно должен обеспечить нужную форму режущих кромок, чаще всего прямолинейную.

Большой радиус профиля

Меньший радиус профиля

Ширина профиля

  7. Определим длину сверла

Длина первой ступени:

где, l_К=6,35мм - длина заборного конуса;

l_ф=1,44мм - глубина фаски;

l_П=1,5мм - длина перебега сверла в зависимости от его диаметра;

l_зат=1,7d=38,71мм - запас на переточку сверла;

l₁=52мм - длина ступени.

Длина второй (конечной) ступени:

где, l_сп=30мм - длина второй (последней) ступени;

l_Г=14мм - длина стружечной канавки неполной глубины, необходимая для выхода фрезы;

l_зат=1,7d=46мм.

Рисунок 2.2 - Составляющие элементы длины сверла

  8. Площадь поперечного сечения сверла

Увеличение площади поперечного сечения сверла повышает прочность и жесткость сверла, до определенного момента способствует увеличению его стойкости.

Дальнейший рост площади сечения ухудшает отвод стружки.

Оптимальная площадь поперечного сечения сверла:

Максимально допустимая площадь поперечного сечения сверла:

 

9. Критическая сжимающая сила

Критической сжимающей силой является осевая нагрузка, которую стержень выдерживает без потери устойчивости. Комбинированный инструмент можно представить в виде нагруженных осевой силой стержней различных диаметров.

где, η=6,42 - коэффициент критической нагрузки, [2, табл.5, с.23]

Е - обобщенный модуль упругости материала сверла,

J_2min=0,0039D⁴ - наименьший из главных центральных моментов инерции сверла.

Проверка сверла на устойчивость:

 - устойчивость обеспечена

где, k_ф=1 - коэффициент формы перемычки.

 

10. Хвостовик сверла

Форма хвостовика определяется формой посадочного отверстия станка, в котором крепится сверло, и его диаметром:

Средний диаметр конического хвостовика определяется зависимостью:

где, μ=0,1 - коэффициент трения (сталь по стали);

α_К=1^о26`16`` - половина угла конуса Морзе;

Δ α_К=5` - отклонение угла конуса.

Т. к. d_хв≥12мм - хвостовик конический.

Максимальный диаметр конуса Морзе определяется зависимостью:

По максимальному диаметру конуса Морзе определим номер конуса и его размеры [4, табл.6.21., с.189].

Конус Морзе №3 со следующими конструктивными размерами:

конусность 1: 19,922=0,05020;

D = 23,825мм; a = 5мм; D₁ = 24,1мм; d₂ = 19,8мм;

l_3max = 94мм; b = 7,9мм; e_max = 20мм; R_max = 7мм.

Рисунок 2.3 - Основные размеры наружных инструментальных конусов Морзе ГОСТ 25557 - 82

3. Проектирование шлицевой протяжки

Исходные данные:

Шлицевая втулка - b-10×82×92H12×10D9,наружный диаметр шлицев D = 92Н12 (^+0,35) мм;

внутренний диаметр шлицев d = 82Н14 (^+0,87) мм;

число шлицев n = 10;

ширина шлица b = 10D9 мм;

Серия шлицев - средняя,

f = 0,5±0,3мм - размер фаски,

L = 100мм - длина детали (протягивания),

R_a=2,5 мкм - требуемая шероховатость поверхности втулки после обработки,

Обрабатываемый материал - Сталь 20Х, НВ 146-207.

Так как центрирование шлицев производится по боковым сторонам, то отверстие окончательно изготавливается на расточной операции и при протягивании не обрабатывается.

Конструктивные особенности, суммарная длина и технологичность шлицевой протяжки зависит от принятой последовательности срезания припуска, т.е. от комбинации зубьев, обрабатывающих те или иные элементы шлицевого отверстия.

Тип протяжки с расположением частей на ней - Тип В: фасочная часть, шлицевая часть, круглая отсутствует.

Рисунок 3.1 - Схема срезания припуска комбинированной протяжкой

Группа обрабатываемости стали - I. [5, табл.2, с.10]

Материал протяжки - сталь Р6М5. [5, табл.3, с.11]

 

1. Расчет размеров, определяющих положение фаски

Размер М.

где,

Диаметр d_ф.

где,

 

где, b_max - наибольшая допустимая ширина шлицевой канавки на детали, мм;

δ_b - наибольшая величина разбивания на ширине шлица (0,005-0,01мм).

Рисунок 3.2 - Форма шлицевой канавки

2. Тип хвостовика и его размеры

Т. к. диаметр протяжки больше 40мм - выполняем ее сварной с хвостовиком из стали 40Х. Сварку хвостовика со стержнем производим по шейке на расстоянии 15…25мм от начала переходного конуса.

Диаметр хвостовика D_хв принимаем равным ближайшему меньшему значению по отношению к внутреннему диаметру шлицевой втулки.

Таблица 3.1 - Основные размеры и допустимые силы резания для хвостовиков под быстросменные патроны

Dхв, мм	D1,мм	D2,мм	l1,мм	l2`, мм	l3`, мм	C, мм	Площадь опасного сечения А-А, мм2	Силы резания, допустимые прочностью хвостовика на разрыв, Рдоп, Н
								для стали Р6М5 [σр] =400МПа	для стали ХВГ 45Х [σр] =300МПа
75	62	74	125	25	38	12	3018	1207200	588600

Рисунок 3.3 - Хвостовик и его основные размеры

3. Шаг черновых зубьев и подача черновых секций

Определим шаг черновых зубьев.

Полученное значение t округляем до ближайшего стандартного, указанного в [5, табл.6, с.14]. По значению шага выбираем профиля №11. Для обеспечения увеличения подачи, с целью сокращения длины протяжки, принимаем следующий профиль с min шагом.

Принимаем профиль №12 с шагом 20мм. [5, табл.6, с.14]

Таблица 3.2 - Размеры профилей зубьев протяжек

№ профиля	t, мм	B, мм	R, мм	h, мм	r, мм	Fокт, мм2	Fпол, мм2
12	20	6	14	9	4,5	63,58	98
	21	7
	22	8

Рисунок 3.4 - Размеры профиля зубьев протяжки

Коэффициент заполнения стружечных канавок К=3 - для стали.

Подача черновых секций:

Полученное значение округляем до стандартного значения S_zч с шагом 0,01мм до S_zч=0,3мм.

Принятое значение подачи черновых секций - S_zч=0,21мм.

Фактический коэффициент заполнения стружечной канавки.

Таблица 3.3 - Геометрические параметры протяжек переменного резания

Вид зубьев	Передний угол, γ	Задний угол, α	Фаска, f
Черновые и переходные	20	3…4	-----
Чистовые		2	-----
Калибрующие		1	0,2…0,3

Рисунок 3.5 - Углы протяжки

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 двухзубые 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, занижение по диаметру на 0,02 - 0,04мм.

Таким образом, количество зубьев в черновых секциях принимается:

фасочная часть - z_чсф=2,шлицевая часть - z_чсш=2.

 

4. Расчет допускаемой силы резания

Сила протягивания на черновых зубьях (на фасочной части).

где, С_р, Х - коэффициенты; [5, табл.9, с.17]

K_γ, K_и, K_с - поправочные коэффициенты для определения сил резания при протягивании, которые учитывают влияние переднего угла, степени затупления протяжки (протяжка изношенная) и вида СОЖ (сульфофрезол) соответственно; 5, табл.10, с.18]

z_max - наибольшее число одновременно работающих зубьев протяжки.

z_чсф - количество зубьев в секции.

По силе протягивания на черновых зубьях выбираем станок модели 7А340 со следующими техническими данными: [5, табл.7, с.15]

Номинальное тяговое усилие, Н - 400000,Длина хода рабочего ползуна, мм - 2000,Диаметр отверстия в планшайбе, мм - 180,Минимальное расстояние от торца хвостовика протяжки до первого режущего зуба, мм - 500,Пределы скорости рабочего хода протяжки, м/мин - 1,5…6,8.

За величину максимально допустимой силы резания Р_доп принимаем меньшее усилие из 3-х.

а) сила резания, допускаемая прочностью хвостовика Р_хв в опасном сечении (по шейке хвостовика).

Р_хв=588600 Н - табл.3.1;

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

где, D_оп=D_o - h - диаметр опасного сечения, мм;

[σ_р] - допускаемое напряжение на растяжение - табл.3.1

в) расчетное тяговое усилие станка.

где, Q - тяговое усилие станка по паспорту, Н;

k=0,9 - КПД станка.

Следовательно, за величину максимально допустимой силы резания Р_доп принимаем Р_ст=360000 Н - расчетное тяговое усилие станка.

Определим величину максимальной глубины стружечной канавки по допустимому усилию:

Величина h _[σ] > h (принята по [5, табл.6, с.14]).

5. Расчет фасочной и шлицевой частей протяжки

1) Распределение припуска

а) На фасочную часть:

где, d_фп=D_o+2f+ (0,3-0,4) =83,3мм - диаметр последнего фасочного зуба;

Подъем зубьев на фасочной части S_zчф=S_zч=0,21мм.

Рисунок 3.6 - Профиль фасочных зубьев

б) На шлицевую часть:

Общий

где, d_ш= d_фп - диаметр первого шлицевого зуба, мм.

Подъем зубьев на шлицевую черновую часть S_zч=0,21мм.

На переходные зубья: [5, табл.12б, с. 20]

Подъем зубьев на переходные секции - S_zп=0,12 - 0,15мм=0,15мм.

Припуск на переходные зубья - А_п=0,56 - 0,66мм=0,6мм.

Число переходных секций - .

Число зубьев в переходных секциях равно - 2.

На чистовые и калибрующие зубья: [5, табл.12а, с. 20]

Число чистовых зубьев - z_чт=2.

Подъем зубьев на чистовых секциях - S_zчт=0,02мм.

Общее число чистовых секций - 2.

Припуск на чистовые зубья на диаметр - А_ш=0,08мм.

Число калибрующих зубьев - z_к=3.

Шаг чистовых и калибрующих зубьев

Размеры стружечных канавок чистовых и калибрующих зубьев принимаем по [5, табл.6, с.14].

Таблица 3.4 - Размеры профилей чистовых и калибрующих зубьев протяжки

№ профиля	t, мм	B, мм	R, мм	h, мм	r, мм	Fокт, мм2	Fпол, мм2
9	14	4,0	10,0	6,0	3,0	28,5	45
	15	5,0

Рисунок 3.7 - Профиль шлицевых зубьев

2) Диаметры зубьев

Фасочный первый

Последний

Шлицевый первый

Последний

3) Количество черновых секций

В фасочной части:

В шлицевой части:

4) Количество зубьев

В фасочной части:

В шлицевой части:

 

6. Расчет длины протяжки

1) Длина режущих и калибрующих частей

Длина фасочной части:

Длина шлицевой части (черновой и переходной):

Длина шлицевой части (чистовой и калибрующей):

Общая длина режущей и калибрующей частей:

Длина передней направляющей части выбирается в зависимости от отношения длины протягивания к диаметру протяжки.

Т. к. L/D=100/92≤1,5, то длина передней направляющей определяется:

Диаметр передней направляющей части D₄=D_o=82f7.

Диаметр задней направляющей части D₇ равен номинальному диаметру обрабатываемого отверстия с допуском по f7. D₇=D=82f7.

Длина задней направляющей:

Диаметр переходной шейки:

Длина переходного конуса:

Минимальная длина переходной шейки:

Общая длина протяжки:

2) Количество выкружек и их радиусы

На фасочных и шлицевых зубьях количество выкружек равно числу шлицев:

Ширина режущих выступов b₆ между выкружками, радиус выкружек R_в определяется графически. При этом глубина выкружек должна быть не менее 3S_zч.

Выкружки выполняют на первых зубьях черновых и переходных секций. Чистовые зубья выполняют несекционными, с подъемом на каждый зуб. Вследствие малой толщины стружка на этих зубьях получается нежесткой и ее не нужно разделять.

Диаметр впадин между фасочными и шлицевыми зубьями определяется:

Диаметр шлицевого зуба с которого начинается боковое поднутрение - угол φ₁=1…1,5^о:

Боковое поднутрение начинается с 23 зуба.

Технические требования на протяжку по ГОСТ 7943-78.

Выводы

В ходе проделанной работы был произведён расчёт и проектирование заданных режущих инструментов, разработаны их рабочие чертежи, приведенные в приложении с указанием предельных отклонений размеров деталей и шероховатостей на поверхности инструмента.

Список использованной литературы

1.  Расчет зуборезных инструментов. Романов В.Ф. - М.: Машиностроение, 1969, с.251.

2.  Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу "Проектирование и производство металлорежущих инструментов" Сост.: И.А. Малышко, С.Л. Толстов, - Донецк: ДПИ, 1991. - 39 с.

3.  Справочник технолога машиностроителя Т.2/ Под ред.А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985, 496 с.

4.  Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987, - 846 с.

5.  Методические указания по расчету комбинированных протяжек/ Сост. И.А. Малышко. - Донецк: ДПИ, 1986. - 32 с.

6.  Проектирование металлорежущих инструментов. Иноземцев Г.Г. М.: Машиностроение, 1984 - 272 с.