Разработка конструкции протяжки для обработки шлицевого отверстия

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Протяжка – многолезвийный инструмент с рядом последовательно  выступающих одно над другим лезвиями в направлении, перпендикулярном к  направлению скорости главного движения. Предназначается для обработки  при поступательном главном движении резания и отсутствии движения подачи.

Протяжки имеют значительные преимущества перед инструментами  других видов. Они являются самыми высокопроизводительными  осевыми инструментами, примерно в  сто и более раз производительнее зенкеров и разверток. При протягивании совмещаются операции черновой, получистовой и чистовой обработки. Это повышает производительность процесса резания, сокращает номенклатуру применяемых режущих и мерительных инструментов, уменьшает число станков и технологической оснастки. Протягивание обеспечивает высокую точность обработки и качество обрабатываемой поверхности.

Протяжки обладают высокой  стойкостью вследствие того, что режущие  кромки их зубьев совершают за цикл обработки самый короткий путь, чем  режущие кромки других инструментов. Многошлицевые, фасонные отверстия, пазы в настоящее время обрабатываются только протягиванием.

Однако, протяжки – металлоемкий, сложный в изготовлении и поэтому  дорогой инструмент. Экономическая  целесообразность их применения оправдывается  при обеспечении оптимальных элементов конструкции и режимов резания, качественном изготовлении и правильной эксплуатации.

Кроме этого, к числу  наиболее сложных и дорогостоящих  режущих инструментов можно отнести  зуборезные инструменты. При проектировании зуборезных инструментов, помимо решения общих вопросов, связанных с оформлением режущих элементов, важным моментом является правильное определение и технологическое воспроизводство их режущих кромок.

Целью дипломного проекта  является разработка конструкции протяжки для обработки шлицевого отверстия с минимальной технологической себестоимостью ее изготовления.

 

 

 

 

 

 

 

1. КОНСТРУКТОРСКИЙ  РАЗДЕЛ

 

1.1. Анализ чертежа детали «Втулка шлицевая» и технологических операций механической обработки

 

Деталь «Втулка шлицевая муфты блокировки дифференциала» 69506-1830148 расположена в узле коробки скоростей и предназначена для передачи крутящего момента. Крутящий момент передается через шлицевое соединение вала, на который крепиться колесо, и самого колеса.

Втулка шлицевая представляет собой деталь простой формы. В центре втулки имеется посадочное отверстие для установки на вал. В отверстии для передачи крутящего момента присутствуют дополнительные конструктивные элементы – шлицы с прямобочным профилем. Кроме этого, по всей наружной поверхности втулки нарезаны эвольвентные шлицы, которые после механической обработки подвергаются цементации. Эвольвентные шлицы также служат для передачи вращения от вала, через втулку и на сопрягаемые детали.

«Втулка шлицевая муфты блокировки дифференциала» изготавливается из легированной стали 30ХГТ ГОСТ4543-71. Эта сталь используется для улучшаемых и цементуемых деталей, от которых требуется высокая прочность, вязкая сердцевина и высокая поверхностная твердость, работающих при больших скоростях и повышенных удельных давлениях под действием ударных нагрузок.

Химический состав в % стали 30ХГТ:

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti
0.24-0.32	0.17-0.37	0.8-1.1	до 0.3	до 0.035	до 0.035	1-1.3	0.03-0.09

 

Механические свойства данной стали:

- предел прочности  на растяжение sв – 835 МПа;

- предел текучести sт – 685 МПа;

- твердость – 262 НВ.

Наиболее сложными поверхностями  в детали являются шлицевой отверстие и эвольвентные шлицы. Шлицевое отверстие имеет прямобочный профиль зубьев с шероховатостью боковой поверхности и внутреннего диаметра Ra 1,6 мкм. Обработка шлицевого отверстия производится методом протягивания на протяжных станках. Второй сложнопрофильной поверхностью является эвольвентные шлицы с модулем 3,5 мм и числом шлицов 26, которые имеют шероховатость по делительной окружности Ra 1,6 мкм. После его механической обработки эвольвентные шлицы подвергаются цементации. Обработка эвольвентных шлицов может осуществляться на фрезерных станках.

Согласно качественной оценке деталь можно считать технологичной.

 

1.2. Техническое задание на проектирование инструмента

 

Согласно заданию на дипломное проектирование, требуется  разработать конструкцию инструмента для окончательной обработки шлицевого отверстия детали «Втулка шлицевая», а также инструмент для обработки наружных эвольвентных шлицов. Такими инструментами являются комбинированная протяжка и червячная фреза для обработки шлицевых валов.

В дипломном проекте  предлагается разработать протяжку, работающую за один проход, а также червячную фрезу для обработки шлицевых валов. Это позволит:

- уменьшить трудоемкость обработки детали на протяжной операции;

- уменьшить трудоемкость  обработки детали на операции по обработке эвольвентных шлицев;

- снизить затраты на изготовление инструмента, так как вместо хвостовики будут изготавливаться из легированной стали.

Основные требования, предъявляемые к проектируемым инструментам, которые должны быть учтены при проектировании, представлены ниже.

1. Предварительная обработка  отверстия под протягивание производится  в соответствии с заводским  технологическим процессом механической обработки. Однако следует определить величину технически обоснованного припуска под протягивание, в зависимости от размеров и качества получаемой поверхности.

2. Возможно ужесточение режимов обработки на операции протягивания.

3. Изготовление червячной фрезы для обработки шлицевых валов для снижения основного технологического времени.

 

1.3. Обоснование выбора типа  конструкции протяжки

 

Различают следующие  конструктивные разновидности форм наружных протяжек: цельные, сборные, составные.

Цельные протяжки характеризуются  тем, что все части их выполнены  из одного куска инструментальной стали. Такие протяжки изготавливаются с относительно небольшими размерами (длиной до 500 мм) и предназначены для обработки простых поверхностей.

Составные протяжки, в  целях экономии инструментальной стали, выполняют из нескольких частей: режущей  части и хвостовика (или хвостовиков). Достоинством таких протяжек является, как уже было указано, экономия инструментальной стали, а так же возможность отдельной обработки режущей части и хвостовика (или хвостовиков). Способы крепления хвостовиков и режущей части могут быть различные – сварка, механическое крепление (резьбовые хвостовики).

Сборные (секционные) протяжки состоят из отдельных участков-секций, смонтированных на одном корпусе. Данные протяжки применяются для обработки  сложных криволинейных (в основном наружных) поверхностей. Достоинствами таких протяжек является возможность замены отдельных секций в процессе эксплуатации, что увеличивает долговечность инструмента [1].

Предлагаемая в дипломном проекте  конструкция комбинированной протяжки для обработки шлицевого отверстия состоит из следующих конструктивных элементов:

1. передний хвостовик;

2. режущая часть, состоящая из  двух типов зубьев:

- зубья для обработки отверстия в размер Æ48,5^+0,2 мм;

- зубья для обработки шлицов шириной b = с наружным диаметром Æ ;

3. задний хвостовик.

Параметры режущей части протяжки сочетают в себе параметры круглых  протяжек, а так же параметры шлицевых протяжек с прямобочным профилем.

Длина комбинированной  протяжки не должна превышать 1500 мм. Следовательно, необходимо разработать конструкцию протяжки, насколько возможно, меньшей длины. Для этого, при разработке проектной протяжки применяем схему резания как групповую схему резания.

При групповой схеме  резания, режущие зубцы протяжки разбиваются на группы, состоящие из 2-х и более (до 5-ти) зубцов. Исполнительный размер (ширина зубьев, или диаметр зубьев) в пределах одной группы является неизменным. Режущая кромка зубцов группы разделяется выкружками (канавками) на равное количество частей (в пределах группы). Таким образом, в пределах одной группы, каждым зубцом группы постепенно производится снятие части припуска.

Применение группового резания дает возможность увеличивать  подачу на зуб протяжки, так как  уменьшается длина режущей кромки зубцов, участвующих в протягивании, следовательно, уменьшается сила резания.

С целью экономии инструментального  материала, а так же габаритных размеров, выполняем комбинированную протяжку с привариваемыми хвостовиками.

 

1.4. Обоснование выбора материала рабочей части и хвостовиков протяжки, выбор термообработки

 

Выбор материала режущей  части инструмента зависит от материала детали, его физических свойств, от качества протягиваемой  поверхности, от размеров протяжки. Исходя из чертежа детали и анализа обрабатываемых поверхностей принимаем схему расположения зубьев КШ.

Группа обрабатываемости [1,табл. П1 приложения] — I.

Группа качества [1,табл. П2 приложения]: поверхности выступов – 2-я, боковых сторон и поверхности впадин – 2-я.

Определяем марку материала режущей части протяжки [1,табл. ПЗ приложения]: принята основная марка быстрорежущей стали Р6М5 по ГОСТ 19265-73.

Быстрорежущие стали  получили широкое распространение  при изготовлении инструмента. Эти  стали обладают высокими твердостью (вторичной), износостойкостью, красностойкостью, прочностью и вязкостью, что обеспечивает высокую работоспособность инструмента, выполненного из них, его способность выдерживать большие силовые и тепловые нагрузки.

Состав данной марки  стали: вольфрам W - 6%; молибден Мо – 5%; хром Cr – 4%; углерод С – 0.85%.

Вольфрам придает быстрорежущей  стали красностойкость, а хром – хорошую прокаливаемость, молибден повышает теплопроводность стали.

Инструменты, изготовленные из быстрорежущих  сталей, работают со скоростями резания, превышающими в 2.5…3 раза скорости резания, достигаемые инструментами из углеродистых и легированных сталей.

Для хвостовика используем конструкционную  качественную легированную сталь марки 40Х ГОСТ 4543-90.

Требования по термообработке режущей части протяжки назначаем 63…66 HRC_Э, хвостовиков – 30…35 HRC_Э.

 

1.5. Проектирование комбинированной протяжки

 

Процесс проектирования протяжки для обработки шлицевого отверстия с прямобочным профилем включает в себя несколько этапов – от определения инструментальной поверхности до разработки рабочего чертежа протяжки.

1.5.1. Выбор инструментальной поверхности и расчет исполнительных размеров инструмента

 

Форма инструментальной поверхности протяжки соответствует  обрабатываемой поверхности. При этом допуски на размеры d = 48,5^+0,2 и D = ужесточены в три раза.

Определяем размеры  ИП калибрующих зубцов для каждого  типа зубьев комбинированной протяжки.

Зубья для  обработки отверстия в размер d = 48,5^+0,2.

Максимальный размер обрабатываемого отверстия

,

где  – припуск на разбивку отверстия, 0,07 мм.

  .

Зубья для  обработки отверстия в размер D = .

Максимальный размер по диаметру

,

где  – припуск на разбивку шлицевого отверстия, 0,02 мм.

.

Размеры d_o и переносятся на калибрующие зубья комбинированной протяжки.

 

 

1.5.2. Превращение исходной инструментальной поверхности в инструмент

 

Превращение инструментальной поверхности в инструмент (комбинированную  протяжку) производим способом воспроизведения  части ИП на участках контакта с  инструментом.

В нашем случае производится разделение обработки поверхностей отверстия и шлицов. Проектируемая протяжка содержит зубья для обработки отверстия, а так же для обработки шлицов с прямобочным профилем.

Как было указано в п. 1.3, конструкция  протяжки – составная, с привариваемыми хвостовиками.

Протяжка состоит из следующих конструктивных элементов:

1. передний хвостовик;

2. режущая часть, состоящая  из двух типов зубьев:

- зубья для обработки  отверстия в размер Æ48,5^+0,2 мм;

- зубья для обработки  шлицов шириной b = с наружным диаметром Æ ;

3. задний хвостовик.

С целью уменьшения длины  протяжки, при проектировании инструмента  применяется групповая схема  резания.