Проектирование круглого фасонного резца

Предел прочности детали σ_в = 1100 МПа.

 

 

2.2) Назначение  инструмента.

Протяжки являются многозубыми металлорежущими инструментами, осуществляющими снятие припуска без движения подачи за счет превышения высоты или ширины последующего зуба по отношению к высоте или ширине предыдущего. Они применяются для чистовой обработки различных по форме внутренних и наружных поверхностей деталей. Протяжки – узкоспециализированный инструмент, предназначенный для обработки одной и, редко, нескольких деталей, мало отличающихся размерами. из-за высокой стоимости их применение эффективно в массовом и серийном производстве.

2.3) Выбор и обоснование  инструментального материала.

Для изготовления шлицевой протяжки рекомендуется применять  быстрорежущие стали. Это позволяет  повысить подачу на зуб протяжки, что  позволяет применять протяжку меньшей  длины. Можно применять протяжку меньшей длины. Можно применять  легированную инструментальную сталь  ХВГ. Она значительно дешевле быстрорежущих сталей, но при ее применении придется применять маленькую подачу на зуб, что значительно увеличивает длину протяжки и возникает необходимость проектировать комплект шлицевых протяжек, что увеличит стоимость обработки в массовом и крупносерийном производствах. Для снижения стоимости протяжки, можно режущую часть выполнить из быстрорежущей стали, а хвостовик – из конструкционной стали, а конструкцию протяжки сделать сварной.

Для заданной протяжки выбираем быстрорежущую сталь нормальной красностойкости  Р6М5 (стр. 115,[8]). После однократной закалки и отпуска твердость данной стали должны быть не менее 63НRC.

Таблица 2.3. Химический состав в % стали Р6М5.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	W	V	Co
0.82-0.9	До 0.5	До 0.5	до 0.4	до 0.025	до 0.03	3.8-4.4	4.8-5.3	5.5-6.5	1.7-2.1	до 0.5

 

 

Таблица 2.4. Свойства быстрорежущей стали Р6М5

Твердость			Температура, °С
после отжига		после закалки с отпуском HRC3 (HRC), не менее	закалки	отпуска
НВ, не более	диаметр отпечатка, мм, не менее
255	3,8	64(63)	1220	550

Вязкость	Сопротивление износу	Шлифуемость	Красностойкость 59HRC3 при отпуске в течение 4 ч, °С	Особые свойства
Повышенная	Хорошее	Хорошая	620	Повышенная склонность  к    обезуглероживанию

 

  

Так как диаметр протяжки превышает 15 мм, конструкцию протяжки принимаем составной. Хвостовик протяжки изготавливаем из стали 40Х и привариваем к рабочей части стыковой сваркой ГОСТ 15878-70-С4-К_со

 

 

 

 

Химический состав в % материала 40Х

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.36 - 0.44	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8	до   0.3	до   0.035	до   0.035	0.8 - 1.1	до   0.3

 

 

2.4) Обоснование элементов и параметров конструкции инструмента.

Несмотря на разнообразие внутренних протяжек различные их разновидности содержат в основном те же конструктивные элементы, что и протяжки для обработки круглых отверстий.

Хвостовик служит для закрепления  протяжки в патроне станка. Конструкция  хвостовика зависит от типа протяжки и конструкции патрона. Для крепления  протяжки в патроне каретки обратного  хода на станках, работающих по полуавтоматическому  или автоматическому циклу, хвостовик  может выполняться и со стороны  калибрующей части (задний хвостовик). Форма и размеры заднего хвостовика принимаются такими же, как и переднего. Для ориентации протяжки относительно обрабатываемой заготовки задний хвостовик может выполняться с соответствующими ориентирующими элементами.

Хвостовики могут изготовляться  как единое целое с протяжкой (цельные протяжки), сварными или крепиться к протяжке при помощи резьбовых соединений или механических устройств.

Шейка и переходный конус  являются связующими звеньями между  хвостовиком и передней направляющей частью. На шейку обычно наносят  маркировку протяжки, здесь же располагается  сварной шов в случае сварных  протяжек. Диаметр шейки принимается  на  0,5–1,0  мм меньше диаметра хвостовика, а ее длина зависит от конструкции  станка, в частности от толщины  опорного стола, а также от размеров приспособления для крепления обрабатываемой заготовки.

Передняя направляющая часть  служит для ориентации протяжки относительно оси обрабатываемой заготовки в  начальный момент резания. Форму  поперечного сечения и размеры  передней направляющей выбирают в соответствии с формой и размерами обрабатываемой поверхности.

Задняя направляющая часть  обеспечивает направление и центрирование  детали в момент окончания обработки, а также предотвращает перекос  протяжки и повреждение обработанной поверхности. В тех случаях, когда  протяжка имеет значительную массу, для поддержания протяжки во время  рабочего и холостого хода задняя направляющая изготовляется с опорной  цапфой, которая располагается в  специальном люнете. Длина задней направляющей принимается  0,5-1,0  длины протягиваемого отверстия.

Рабочая часть протяжки состоит  из режущих и калибрующих зубьев. Режущая часть протяжки осуществляет срезание основного припуска с обрабатываемой поверхности заготовки. Режущая  часть включает черновые, получистовые и чистовые зубья. Назначение калибрующих  зубьев – окончательное формирование обработанной поверхности заготовки.

Калибрующие зубья используются также в качестве резерва режущих  зубьев и увеличения таким образом срока работы протяжки.

Рисунок 2.1. Конструктивные элементы протяжки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5) Расчет шлицевой протяжки.

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.

1. Группу обрабатываемости устанавливаем по табл. П1 приложения (стр. 47, [9]). Сталь 30ХГС с твердостью НВ<229 относится к 1-й группе обрабатываемости.

2. Группу качества устанавливаем для каждой поверхности шлицевого отверстия отдельно по табл. П2 приложения (стр. 50, [9])Так как центрирование производиться по наружному диаметру с D= 98Н8 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 Р6АМ5 по табл. П3 приложения (стр. 51, [9]).

4. Конструкцию протяжки  принимаем с приваренным хвостовиком,  материал хвостовика - сталь 40Х.  Конструкцию хвостовика и размеры принимаем по ГОСТ 4044-70 . Диаметр переднего хвостовика D_хв.=90 мм, диаметр заднего хвостовика D_хв.= 70 мм.

Силу, допустимую прочностью переднего хвостовика, рассчитываем по формуле , где - допустимое напряжение при растяжении, МПа, – площадь опасного сечения хвостовика, мм². Приняв площадь опасного сечения  3848,4 мм² по табл. П4 (стр. 51, [9]) и рекомендуемое напряжение при растяжении = 300 МПа

 

5. Передние и задние углы зубьев протяжки выбираем по табл. П5 приложения(стр. 54, [9]).

 Передний угол черновых  и переходных зубьев, чистовых  и калибрующих γ=20°, 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.

6. Скорость резания устанавливаем по табл. П6 приложения (стр. 45, [9]), для круглой части, одна из которой имеет наиболее высокую группу качества (2-ю), = 9 м/мин. Эта скорость входит в диапазон скоростей станка.

7. Определяем подачу черновых зубьев по средней наработке между двумя отказами. Сначала устанавливаем наработку чистовой части при и :

Т=83 м. Для черновых зубьев при  и Т=89 м на зуб на сторону.

Наработка с учетом поправочных  коэффициентов составляет:

 

Для круглой части, предназначенной  для обработки поверхности 2-й  группы качества: для  и поверхности 2-й группы качества .

8. Определяем глубину  стружечной канавки по формуле:

 ,

где – суммарная длина протягиваемых участков, мм. Принимаем предварительно коэффициент посещаемости согласно рекомендации методики К= 3

Для круглых зубьев:

 

По табл. П19 приложения (стр. 59, [9])принимаем ближайшую большую глубину стружечной канавки =8 мм.

Для фасочных и шлицевых зубьев:

 

По табл. П19 (стр. 59, [9]) принимаем ближайшую большую глубину стружечной канавки =9 мм. Глубину стружечной канавки, допустимую жесткостью протяжки (диаметр сечения по дну стружечной канавки < 40 мм), определяем по формуле:

  _ж = (0,2-0,23)

Для фасочных и круглых зубьев  
   

   

Из табл. П19 (стр. 59, [9]) приложения принимаем ближайшую меньшую по отношению к расчетной глубину = 12 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

 

 

Вследствие округления подачи до меньшего значения коэффициент помещаемости увеличиваем до 3,01.

9. Определяем шаг черновых  зубьев  и число одновременно работающих зубьев . Шаг черновых зубьев принимаем наименьшим из всех имеющихся и соответствующим данной глубине стружечной канавки Остальные элементы профиля:

Число одновременно работающих зубьев рассчитываем по формуле 

 

 

10. Определяем максимально  допустимую силу резания (_max). Принимаем _max наименьшей из трех сил - _ст, _хв. и _о.п.:

_ст =0,8·=0,8·20000·9,81=156960 Н

_хв. =68100 Н

Величину _оп определяем по формуле , где = 0,785·()², приняв =400 МПа,

=0,785(92-2·8)²·400=1813664 Н,

_оп =1813664·400=7254656 Н.

Следовательно, принимаем =_ст =156960 Н

11. Определяем число зубьев  в группе z_с по формуле

 

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:

 

= 6+2·0,4=7,6 мм

При В_фmax<9 и D до 20-50 мм допускается z_с=1

Максимальную длину режущих  кромок на круглых зубья определяем по формуле 

3,14·92/12 - (6+2·0,5)=17.07 мм

Значение  меньше значения, при котором допускается работа без разделения стружки; следовательно, принимаем .

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

Удельную силу резания  q_о в формуле

 

где - зависимость от состояния и твердости обрабатываемого материала, К_ро - зависимость от вида СОЖ, - зависимость от группы качества протягиваемой поверхности, - зависимость от способа разделения стружки. Для γ=20° и , =362 Н/мм, для , =471 Н/мм, поправочные коэффициенты находим по табл. П21 приложения: = 1, =1, =1, =1 для СОЖ.

 

 

 

Принимаем:

₌2, _.=2, _.=2

12. Распределяем припуск  между разными частями и зубьями  протяжки. Припуск на фасочную часть определяется по формуле , где находим по формуле , а диаметр окружности , проходящий через точку пересечения исходных профилей фаски и прямобочного паза, по формулам

 

 

 

 

 

 

 

 

Припуск на шлицевую часть  находим по формуле , а диаметр первого шлицевого зуба по формуле

=+2·0,19=93.31 мм

=98,054-93.31=4.744 мм

Припуск на черновые шлицевые зубья определяем по формуле

 

в которой А_ш.п.=0,18 мм, А_ш.ч.=0,08 мм,

А_шо=4,744-(0,18+0,08)=4,484 мм.

Припуск на круглую часть:

 

Припуск на черновые зубья:

 

 

13. Находим число групп  черновых зубьев , остаточный припуск и распределение его. Число групп черновых зубьев определяем по формуле:

 

 Подставив в нее соответствующие значения и , принятые для каждой части; остаточный припуск находим по формуле:

 

 

 

Так как , то добавляем один черновой круглый зуб с подъемом  0,4 мм, тогда ; часть остаточного припуска, равная 0,03 мм, срежется первым чистовым зубом.

 

 

Так как , то добавляем один черновой круглый зуб с подъемом         0,4 мм, тогда ; часть остаточного припуска, равная 0,084 мм, срежется первым чистовым зубом.

 

 

Так как , то добавляем один черновой круглый зуб с подъемом 0,19 мм, тогда ; часть остаточного припуска, равная 0,005 мм, срежется первым чистовым зубом.

14. Общее число зубьев  определяем по формуле , число фасочных - по формуле , число круглых - по формуле                                     и число шлицевых - по формуле

 

Число круглых черновых зубьев:

 

Число круглых переходных зубьев z_к.п.= 2, число круглых чистовых зубьев z_к.ч.=4, число калибрующих z_к.к.=4.