Разработка конструкции протяжки для обработки шлицевого отверстия

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.

1.5.3. Расчет конструктивных  параметров комбинированной протяжки

 

Производим определение  основных конструктивных элементов  протяжки.

1. Выбираем способ соединения рабочей части с хвостовиками: принимаем составную конструкцию, где хвостовики привариваются к рабочей части протяжки, так как диаметр протяжки меньше 60 мм и больше 18 мм. Размеры резьбовых концов хвостовиков приведены в [1] табл. П4 приложения. Материал хвостовиков - сталь 40Х по ГОСТ 4543-71. Диаметр переднего хвостовика D_хв = 45 мм, диаметр заднего хвостовика D_з.хв. = 40 мм.

Сила, допустимая прочностью хвостовика, рассчитываем, приняв площадь опасного сечения F_оп. = 907,9 мм² при [s]_р допустимом напряжение при растяжении для хвостовиков из стали 40Х [s]_р = 300 МПа

Р_хв = 300*907,9 = 272370 Н.

2. Выбираем передний g и задний a углы. Согласно [1] табл. П5 приложения передние углы для черновых и переходных зубьев 15°, для чистовых и калибрующих—18°; задние углы для черновых и переходных зубьев — 3°, чистовых — 2°, калибрующих — 1°. Допуски на передние и задние углы по ГОСТ 9126-76.

3. Выбираем скорость резания. По [1] табл. П6 приложения для шлицевой части, которая имеет наиболее высокую группу качества V=7 м/мин. Эта скорость входит в диапазон скоростей станка.

4. Определяем подачу черновых зубьев S_zc по средней наработке между двумя отказами по [1] табл. П7 приложения. Сначала устанавливает наработку чистовой части S_zч = 0,02 мм и V = 7 м/мин, T = 73 м. Для черновых зубьев этой наработке при той же скорости соответствует подача S_zc = 0,14 мм. Наработка с учетом поправочных коэффициентов (K_TB = 0,8; К_тр = 1; К_тз = 1; K_тм = 1; K_тД = 1; К_то = 1; СОЖ - сульфофрезол, К_тф = 1,0), принятых по [1] табл. П8 приложения, составит

Т_м.н = 73*0,8*1*1*1*1*1*1,0 = 58,4 м.

В соответствии с [1] табл. П17 приложения подача на шлицевых черновых зубьях должна быть не более 0,15 мм. Принимаем S_zc = 0,14 мм.

5. Глубина стружечной канавки определяется по формуле

,

где – коэффициент заполнения стружечной канавки;

 – суммарная длина протягиваемого  отверстия, 40 мм.

Величина коэффициента заполнения стружечной канавки принимается  в зависимости от группы обрабатываемости материала. В нашем случае .

Таким образом для шлицевых зубьев

для круглых зубьев

Принимаем ближайшее меньшее значение . По [1] табл. П19 приложения этой глубине соответствует профиль № 9. Размеры стружечных канавок режущих зубцов с шагом :

; ; . Площадь стружечной канавки .

6. Определяем число одновременно режущих зубцов по условию

.

Округлив, получим  , условие выполнено.

7. Находим максимально допустимую силу резания.

Допустимое усилие протягивания по станку

,

где – номинальная тяговая сила станка, 400 кН

.

Сила резания, ограниченная прочностью хвостовика, Р_хв = 272370 Н.

Определяем силу резания  ограничивающиеся прочностью протяжки в опасном сечении,

Р_оп. = 0,785(D₀ – 2h)²[s]_р

Р_оп. = 0,785*(34 – 2*5)²*300 = 135648 H.

Максимально допустимой силой резания считаем минимальную из рассчитанных сил: Р_max = 135648 Н

8. Определяем число зубьев в группе z_c для каждой части протяжки раздельно.

Для шлицевой части:

,

где B_ш.max - максимальная длина режущих кромок, мм.

.

Для круглой части:

,

где D – диаметр отверстия после протягивания, мм.

D = 48,5 мм.

– сила протягивания, Н;

 – осевая сила резания,  приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки при протягивании;

 – поправочный коэффициент  на силу резания, в зависимости  от состояния и твердости обрабатываемого  материала;

 – поправочный коэффициент  на силу резания, в зависимости  от вида применяемой СОТС;

 – поправочный коэффициент  на силу резания, в зависимости  от качества протягиваемой поверхности;

 – поправочный коэффициент  на силу резания, в зависимости  от способа разделения стружки.

Удельную силу резания q₀ по толщине среза 0,14 определяем по [1] табл. П20 приложения.

Поправочные коэффициенты на удельную силу резания для измененных условий  принимаем по [1]табл. П21 приложения.

Принимаем для шлицевой части: ; ; ; ;

Принимаем для круглой части: ; ; ; ;

Тогда для шлицевой части, , принимаем 1 шт.

Тогда для круглой части, , принимаем 2 шт.

9. Распределяем припуск между разными частями и зубьями протяжки.

Припуск на круглую часть

А_к = 48,7-48,2 = 0,5 мм

Полный припуск на шлицевые зубья составит

,

где D_ш1 – диаметр первого шлицевого зуба

Конструкция протяжки содержит черновые, переходные и чистовые зубья.

 

Припуск на черновые зубья определяется по формуле

,

Припуск на чистовые зубья  определяем по [1] табл. П22 приложения: А_ш.ч = 0,12 мм; z_ш.ч = 4. Припуск на переходные зубья определяем по [1] табл. П23 приложения: А_ш.п = 0,24 мм; z_ш.п = 4.

Припуск на черновые зубья протяжки

.

10. Определяем число групп черновых зубьев i₀, остаточный припуск А_ост и распределяем его.

Для круглой части  протяжки число групп черновых зубьев определяем по формуле:

,

, принимает 2 группы.

Тогда остаточный припуск:

А_ост = А_к-2*S_z*i₀ = 0,5-2*0,09*2= 0,14 мм.

Полученный остаточный припуск распределять не будем, так  как данное значение лежит в поле допуска на отверстие, что является допустимым.

Для шлицевой части протяжки число групп черновых зубьев определяем по формуле

, принимаем 43 группы.

Тогда остаточный припуск:

А_{ост. ш} = А_ш0-2*S_zc*i₀ = 6,06-2*0,07*43=0,04 мм.

Так как А_{ост. ш} < 2S_zп, то остаточный припуск будет срезан переходными зубьями.

11. Число всех зубьев протяжки

Число круглых зубьев

,

где = 4 – число калибрующих зубьв.

Число шлицевых зубьев

,

где = 4 – число переходных зубьев,

= 4 – число чистовых зубьев,

= 5 – число калибрующих зубьев

Число всех зубьев протяжки: z = z_к + z_ш = 9+57=66.

12. Подъемы переходных и чистовых зубьев.

Переходные зубья шлицевой части: ; ; .

Чистовые зубья шлицевой части: .

Cоставим таблицу диаметров зубьев:         Талица 1.1

Таблица диаметров зубьев

1	48.2	18	49.76	35	52.14	52	54.52
2	48.38	19	49.9	36	52.28	53	54.66
3	48.34	20	50.04	37	52.42	54	54.74
4	48.56	21	50.18	38	52.56	55	54.8
5	48.52	22	50.32	39	52.7	56	54.85
6	48.56	23	50.46	40	52.84	57	54.9
7	48.56	24	50.6	41	52.98	58	54.93
8	48.56	25	50.74	42	53.12	59	54.96
9	48.56	26	50.88	43	53.26	60	54.99
10	48.64	27	51.02	44	53.4	61	54.04
11	48.78	28	51.16	45	53.54	62	55.04
12	48.92	29	51.3	46	53.68	63	55.04
13	49.06	30	51.44	47	53.82	64	55.04
14	49.2	31	51.58	48	53.96	65	55.04
15	49.34	32	51.72	49	54.1	66	55.04
16	49.48	33	51.86	50	54.24
17	49.62	34	52	51	54.38

13. Находим длину режущей части протяжки L_p, шаги и профиль чистовых и калибрующих зубьев протяжки:

L_р = l_к + l_ш

Для шлицевой и круглой  частей протяжки выбираем шаг чистовых и калибрующих зубьев по [1, табл. П24 приложения]: . Остальные элементы стружечной канавки чистовых зубьев: h = 3,6 мм; ; ; . Площадь стружечной канавки .

l_к = 5*12+4*8 = 92 мм.

L_р = 92 + 652 + 25 = 769 мм.

14. Определяем силу протягивания на каждой части протяжки

На круглой части:

На шлицевой части:

15. Находим диаметр калибрующих зубьев. Допуск на диаметры зубьев назначаем по ГОСТ 6767-79:

;

.

16. Диаметр по впадинам шлицев - .

17. Рассчитываем число, ширину и радиус выкружек. Число выкружек на круглых черновых зубьях и их ширину определяем по [1, табл. П25 приложения].

Ширина выкружек а_ш = 7,5; число выкружек принимаем 10.

Выкружки на калибрующих  зубьях не делаем.

По [1] табл. П27 приложения радиус круга  и радиус выкружки .

18. Определяем диаметр и длину передней направляющей. Диаметр передней направляющей принимаем равным наименьшему предельному диаметру отверстия до протягивания: .

Длину переднего направления до первого режущего зуба [1, табл. П4 приложения] принимаем = 50 мм.

19. Длину переходного конуса назначаем по [1] табл. П28 приложения: = 20 мм.

20. Расстояние от переднего торца до первого зуба протяжки

L₁ = 160 + 20 + 50 = 230 мм.

21. Для работы в автоматическом цикле протяжку снабжаем задним хвостовиком. Диаметр хвостовика 40 мм по ГОСТ 4044-70. Длина заднего хвостовика без задней направляющей 125 мм [1, табл. П30 приложения]. Общая длина заднего хвостовика = 125 + 40 = 165 мм [1, табл. П4 приложения].

22. Общая длина протяжки

L = 230 + 769 + 165 = 1164 мм.

23. Материал протяжки — сталь Р6М5, материал хвостовиков — сталь 40Х; у режущей части и задней направляющей НRС_Э 62—66, у передней направляющей HRC_Э 60—65, у хвостовиков HRC_Э 30 - 35.

Остальные технические требования — по ГОСТ 6767—79.

1.5.4. Расчёт корригированного  профиля прямобочных шлицев

 

Для расчёта корригированного бокового профиля шлицевых прямобочных  зубьев из таблицы диаметров зубьев назначаем номера первого N_A = 10 и последнего N_E = 53 на расчётном участке, радиусы этих зубьев R_A = 24,32 мм и R_E = 27,33 мм. Для расчёта используем также ширину паза b = 9 мм, шаг черновых зубьев t₀ = 12 мм. Вспомогательным углом в плане задаёмся: j₁ = 2°.