Проектирование Режущего инструмента

;

мм;

мм;

Высота ленточки:

;

мм;

мм;

Рисунок 2.1 Размеры ленточки сверла.

2.2 Геометрические параметры режущей части сверла

 

Главный угол в плане для сверла выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала из [2, с. 20, табл. 4].

; ; .

Значения заднего угла:

;

;

;

Принимаем для двух ступеней

Угол наклона перемычки ψ  является произвольной величиной, которая  получается при заточке.

2.3 Параметры стружечной канавки

 

Угол наклона стружечной канавки:

;

;

Принимаем для двух ступений

Центральный угол канавки выбирается в зависимости  от свойств обрабатываемого материала. При обработки стали 40ХН, , [2, с. 21].

Шаг стружечной канавки:

;

мм;

мм;

Ширина пера определяется зависимостью:

;

мм;

мм;

Кривые сопряжения канавки рассматриваются в нормальном сечении калибрующей части сверла и определяют профиль канавочной фрезы. При упрощенном аналитическом  способе расчета профиль канавки  представляют двумя радиусами сопряжения R_k и r_k.

R_k=C_R·C_r·D, мм,

где D – диаметр  сверла, мм,

,

C_r1= C_r2=1;

R_k1=0,407·1·22=8,954 мм,   R_k2=0,407·1·30=12,21 мм.

.

мм,  мм.

Рисунок 2.2 Профиль канавки

2.4 Осевая сила и крутящий момент

 

Осевая сила при сверлении определяется по формуле:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем  значения коэффициентов уравнения.

; ; ; мм/об;

Н;

Осевая сила при рассверливании:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем значения коэффициентов уравнения.

; мм; ; ; мм/об; ; ;

Н;

Общее осевое усилие, действующее  на комбинированное сверло, складывается из усилий на его ступенях.

;

Н;

Крутящий момент при сверлении  определяется по формуле:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем  значения коэффициентов уравнения.

; ; мм/об; ; ;

Нм;

Крутящий момент при рассверливании:

;

По [4, с. 430, 434, табл. 21, 27, 28] принимаем  значения коэффициентов уравнения.

; ; мм/об; ; ; ; ;

Нм;

Общий крутящий момент, действующий  на комбинированное сверло, складывается из моментов на его ступенях.

;

Нм;

Критическая сжимающая сила.

Это осевая нагрузка, которую стержень выдерживает без потери устойчивости:

2.5 Диаметр сердцевины

 

Диаметр сердцевины сверла выбирается в зависимости от размеров сверла.

;

мм;

мм;

Диаметр сердцевины к хвостовику увеличивается. Это увеличение составляет 1,4-1,8 мм на каждые 100 мм рабочей части сверла.

2.6 Длина сверла

 

L= L₁+ L₂+l_хв+l_ш,

где L₁ – длина первой ступени, мм,

L₂ - длина второй ступени, мм,

l_хв – длина хвостовика, мм,

l_ш=10-15 мм – длина переходной шейки.

Длина первой ступени:

L₁= l₁+l_к+l_пер+l_зат,

где l₁ =46 мм – длина первой ступени обрабатываемого отверстия,

l_к =4,44 мм – длина заборного конуса, мм,

l_пер=2-3 мм – величина перебега сверла,

l_зат=1,7D₁=1,7·22=37,4 мм – запас на переточку.

L₁= 46+4,4+2+37,4=89,8, принимаем L₁=90 мм.

Длина второй ступени равна

L₂=l₂+l_к+l_r+l_зат,

где l₁ – длина первой ступени обрабатываемого отверстия,

l_к =5,35– длина режущей части,

l_r=0,5·D₂=0,5·30=15мм – величина стружечной канавки неполной глубины, необходимая для выхода фрезы,

l_зат=1,7·D₂=1,7·30=51 мм – запас на переточку,

D₂ - диаметр второй ступени сверла.

L₂=15+5,35+15+51=86,35, принимаем L₂=87 мм.

L=90+87+124+10=311 мм.

Длина и параметры хвостовика сверла:

Форма хвостовика определяется как  формой посадочного отверстия станка, так и его диаметром.

Средний диаметр конического хвостовика определяется по формуле:

;

где: - коэффициент трения стали о сталь;

- половина угла конуса Морзе;

- отклонение угла конуса.

Тогда:

.

Максимальный диаметр конуса Морзе:

мм.

Выбираем стандартное значение:

 для конуса Морзе №4.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.6 – Конический хвостовик сверла.

2.7 Проверка сверла на устойчивость

Для исключения опасности потери устойчивости должно выполняться условие

Р_кр>кР_о,

где Р_о – суммарная осевая сила резания, Н,

к – коэффициент формы перемычки, к=1,3 – при отсутствии подточки перемычки.

Критическая сжимающая сила зависит от площади  поперечного сечения сверла и  его вылета и определяется по формуле

,

где Е=2^.10⁵ МПа – модуль упругости материала сверла,

I_min=0,039D₁⁴ = 9135,9 мм⁴ – минимальный момент инерции сечения сверла,

l₁ и l₂ – длины ступеней сверла, мм,

h - коэффициент критической нагрузки[метод. №150,табл 5]

293652,82>15869,23

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ ШЛИЦЕВОЙ ПРОТЯЖКИ

Исходные  данные для проектирования протяжки  для обработки шлицевой втулки  D – 10x112x120H8x16H9:

- наружный диаметр шлицев  мм;

- внутренний диаметр шлицев  мм;

- число шлицев  ;

- ширина шлица  мм;

- материал детали сталь 40ХН;

- длина протягивания  мм;

- шероховатость  мкм.

3.1 Выбор конструкции  и материала протяжки

3.1.1 Анализ и  техническое обоснование принятой  конструкции протяжки

 

При обработке втулки для шлицевого соединения с центрированием по внешнему диаметру шлицев протяжка должна иметь фасочные и шлицевые группы зубьев.

Принимаем протяжку групповой схемы  резания, т.к. они позволяют работать со значительно большими подъемами, чем одинарной, и обеспечивают большую продуктивность обработки. При центрировании шлицевой втулки на валу по внешнему диаметру достаточно обработать только шлицевые пазы и фаску в основании шлица. Поэтому принимаем тип протяжки – ФШ (фасочные, шлицевые).

3.1.2 Выбор материала  протяжки

 

Учитывая вид обрабатываемого  материала, его физико-механические свойства и тип протяжки  по [3, с.4, табл.1] выбираем материал для изготовления протяжки – быстрорежущая сталь марки P6M5 ГОСТ 5950-2000.

 

 

3.2  Выбор типа  хвостовика и его размеров

 

Для закрепления хвостовика выбираем быстросменный патрон. На рисунке 3.1 приведены основные размеры хвостовика протяжки.

Рисунок 3.1 - Основные размеры хвостовика протяжки

Диаметр хвостовика должен быть меньше диаметра предварительно обработанного  отверстия D_o не менее чем на 0,3 мм для свободного входа хвостовика в деталь.

По [3, с.5, табл. 2] выбираем основные размеры  хвостовика:

D_хв=70 мм; D_ох=53 мм; а=25 мм; а₁=40 мм; а₂=40 мм; r=0,6 мм; r₁=0,6 мм; а₃=1,6 мм; F_ох=2206,2 мм²; l₁=120 мм.

 

3.3 Определение  профиля и геометрических параметров  зубьев протяжки

3.3.1 Выбор размеров  и профиля стружечных канавок

 

У протяжек шаг  черновых и переходных зубьев на всех частях протяжки принимается  одинаковым и равным:

,  мм,

где  L – длина обрабатываемой втулки,  L=135мм;

      К =1,8...2,0 для групповой схемы резания.

 мм.

Принимаем  t=24 мм. По [3, с.5, табл. 3] определяем форму, размеры профиля зубьев (рисунок 3.2) и активную площадь стружечной канавки: h=10 мм; r=5мм; q=7мм; R= 16 мм; Fa=78,5 мм².

 

Рисунок 3.2 – Форма и размеры профиля зубьев протяжки

 

Для обеспечения нормальной работы протяжки без вибраций и удовлетворительного  качества обработанной поверхности  должно выполняться неравенство:

2 £ Z_max £ 6...7,

где Z_max – максимальное количество одновременно работающих зубьев;

       - количество одновременно работающих зубьев;

       ;   Z_min=5;   Z_max= Z_min+1=5+1=6.

      2 < 6 < 7,  т.е.  неравенство выполняется.

 

3.3.2 Выбор  геометрических параметров протяжки

 

В зависимости от обрабатываемого  материала выбираем значения передних углов; в зависимости от точности обработки выбираем значения задних углов по [3, с.6, табл. 4 ,легированная сталь HB345],:

Черновые, переходные зубья   γ=10º;  α=4º;

Чистовые зубья   γ=0º;  α=2º;

Калибрующие зубья   γ=0º;  α=1º.

3.3.3 Определение  подъемов на зуб

 

Черновые зубья протяжки объединены  в группы по два зуба в каждой. Подъем на черновую группу рассчитывается по формуле:

S_zч = F_акт/(L×K_доп), мм/гр,

 

где F_акт – активная площадь стружечной канавки зубьев протяжки, мм²;

      F_акт=78,5 мм²  [3, с.5, табл. 3];

     K_доп – минимально допустимый коэффициент заполнения стружечной канавки,   

                Для обработки чугуна   K_доп. Принимаем K_доп =3. 

S_zч =78,5/(135·3)=0,1938 мм/гр.

 

Принимаем S_zч =0,19 с учетом , что K_доп =3,06

 

Подъем на переходную группу зубьев протяжки определяем по [3, с.8, табл. 6]: А_пер=0,35 мм; количество переходных секций – 2. Распределение припуска по секциям: 1 секция – 0,67А_пер;  2 секция – 0,33А_пер

 Чистовые зубья протяжки  выполняют несекционными с подъемом на каждый зуб. Подъем на чистовые зубья и общее количество чистовых и калибрующих зубьев зависит от квалитета точности и шероховатости обработанной поверхности. Их значения выбираем по [3, с.8, табл. 7].

Шлицевые зубья:

- общий припуск  на чистовые  зубья на диаметр - 0,08 мм;

- общее количество чистовых зубьев 3 шт;

- число чистовых зубьев с  подъемом  S_z=0,02 мм/зуб - 1 шт;

- число калибрующих зубьев - 4.

3.4 Выбор  станка

3.4.1 Расчет  сил резания  при протягивании

 

Для выбора станка необходимо определить силы резания, которые возникают  при протягивании на разных частях комбинированной протяжки. Максимальные силы резания возникают при работе черновых зубьев, поэтому при выборе станка учитывают только их.

 

 

 Сила резания, которая возникает  во время работы черновых зубьев  протяжки, зависит от параметров  среза и обрабатываемого материала

P=рb₁Z_maxК Н,

 

где р – удельная сила резания, которая приходится на еденицу длины режущей кромки зуба, Н/мм²,  по [3, с.9, табл. 8; HB=345]  р=685 Н/мм²;

  Z_max –максимальное количество одновременно работающих зубьев,  Z_max=6;        

            b₁ - длина режущей кромки одного зуба, мм;

           К – коэффициент.

Коэффициент  К  учитывает геометрические параметры протяжки

К=К_aК_gК_hК₀,

 

где - К_a та К_g - коэффициенты, которые учитывают влияние переднего и заднего углов, по [3, с.10, табл. 9]  К_a = 1,0; К_g=1.

                    К_h – коэффициент, который учитывает влияние износа протяжки. Для новой протяжки  К_h=1.