Проектирование Режущего инструмента

                   К₀ – коэффициент, который учитывает охлаждение. При работе с охлаждением - К₀=1,0.

К=1·1·1 ·1=1, 

 

Для протяжек группового резания каждый зуб группы снимает 1/Z часть общей ширины слоя металла, который снимается, где Z – количество зубьев в группе. Для фасочной части протяжки длина режущей  кромки одного зуба равна

, мм

где b – ширина шлицевого паза, мм, b=16 мм;

      f – величина фаски в основе шлица, мм,   f =0,5 мм [4, с.828]; 

     Z_ф=2 – количество зубьев в группе фасочной части протяжки,

     n – количество шлицев, n = 10.

мм.

Для шлицевой части протяжки длина  режущей кромки одного зуба равна

, мм,

 где Z_ш=2 – количество зубьев в группе шлицевой части протяжки.

мм.

Максимальная сила резания, которая возникает во время работы зубьев фасочной:

P=рb₁Z_maxК = 68585

 

3.4.2  Выбор  модели станка

 

Станок  выбираем по  максимальной рассчитанной силе резания. Принимаем  станок модели  7А540 с характеристиками:

- номинальное тяговое усилие  станка Q =400 000 Н;

- максимальная длина рабочего  хода 2000 мм;

- мощность электродвигателя 40 кВт;

-минимальный размер от торца  хвостовика протяжки до первого  зуба, который режет l_сч= l₁+ l₂+ l₃+ l₄=300+L, где L-длина втулки, которая протягивается.

3.4.3 Определение  скорости резания

 

Скорость резания при протягивании принимается в зависимости от обрабатываемого материала, конструкции  и материала протяжки, подачи, характера  выполняемой работы, требований по точности и чистоте поверхности, и находится в пределах от 0,5 до 15 м/мин.

Выбираем значение скорости резания  по [3,с.10, табл. 11, легированная сталь HB=345]  V=6 м/мин.

Выбранная скорость резания должна быть проверена по мощности станка. Мощность станка определяется по формуле:

N=0,013·P·V, кВт,

 

где P – наибольшее значение силы резания, которая возникает во время работы черновых зубьев фасочной части протяжки, Н.

N=0,013··6 = 27,24 кВт.

 

Мощность электродвигателя станка  модели 7А540 – 40кВт.

40 кВт < 27,24кВт  - условие выполняется.

3.4.4  Проверка  протяжки на прочность

Для того чтобы в процессе не произошел  разрыв протяжки, необходимо выполнить  ее проверку на прочность по опасному сечению. Опасным сечением протяжки является минимальный диаметр. В  данном случае это минимальный диаметр  хвостовика  D_ох. Необходимо проверить выполнение двух условий:

1) условие отсутствия опасности  разрыва протяжки по хвостовику

Р_доп³Qh,

 

где Р_доп - допустимое разрывное усилие для хвостовика, Н;

      Q – тяговое усилие станка, Н, Q =400000 Н;

      h – КПД станка, принимаем h = 0,9.

Допустимое  разрывное усилие для хвостовика определяется по формуле

P_доп = F_ox×[s_p]×K_и, Н

 

где  F_ox – площадь опасного сечения, мм²; F_ox=2206,2 мм².

     [s_p] – допустимое напряжение на растяжение для стали P6M5 [s_р] = 400 МПа;

     K_и – коэффициент, который учитывает влияние изгиба протяжки (K_и = 0,9).

P_доп=2206,2·400·0,9 = 794 232 Н.

 

Выполним проверку

 794232 > 400 000 · 0,9;

794 232 > 360000  - условие выполняется.

2) условие отсутствия  опасности разрыва протяжки по  впадине первого зуба

,

где D_оп = D_o – 2h - минимальный диаметр протяжки в сечении, которое проходит    по впадине первого зуба,

      D_o – диаметр отверстия до протягивания, мм, D_o=112 мм;

      h – глубина стружечной канавки, мм, h = 10 мм;

     [s_р] – допустимое напряжения материала протяжки на разрыв, для стали P6M5    [s_р] = 400 МПа.

D_оп = D_o – 2h = 112- 2 · 10 = 92 мм.

;

 Н  – условие выполняется.

3.5 Расчет  фасочной части протяжки

3.5.1  Определение  припуска на фасочные зубья

 

Диаметр предварительно обработанного  отверстия  D_o=112 мм.

Припуск под фасочные зубья:

А_ф=d_фп – d, мм

 

где d_ф.п = d + 2¦ + (0,3...0…0,4) – диаметр последнего фасочного зуба, мм;

      ¦ - величина фаски в основе шлица, мм; ¦ = 0,5 мм [4, с.828]; 

     d – внутренний диаметр шлица втулки, мм,  d=112 мм.

d_ф.п=112 + 2·0,5+0,3=113,3 мм.

 

А_ф = 113,3 - 112 = 1,3 мм.

3.5.2 Расчет  количества зубьев

 

          Количество черновых секций

,

 

где S_zч – подъем на зуб в черновых секциях,  S_zч=0,19 мм/зуб;

Для всех типов  протяжек, когда фасочные зубья расположены  первыми, количество зубьев определяется по формуле

Z_фч=2і_фч+1.

 

Единица добавляется  потому, что первый зуб протяжки выполняется без подъема  -  его диаметр равен диаметру предварительно обработанного отверстия с нижним отклонением.

,принимаем 4 шт.

 

Z_фч=2·4+1=9.

3.5.3 Определение  параметров выкружек

 

Фасочные зубья  группируются в двузубые секции, причем  первые зубья в каждой секции имеют  на боковых поверхностях выкружки для  распределения стружки по ширине (рис.3.3), а вторые выполняются без выкружек, заниженные по диаметру на 0,02 мм для компенсации упругой деформации металла втулки. Радиус выкружки определяется графически  так,  чтобы ширина первого зуба секции была приблизительно на половину меньше ширины второго зуба. Ширина  выкружек принимается равной:

b₁=(0,5-0,6)b, мм,

где b – ширина шлица, мм, b=16 мм.

b₁=0,5·16=8 мм.

Рисунок 3.3 – Профиль фасочных зубьев с выкружками

3.5.4 Расчет длины фасочной части протяжки

 

Общая длина фасочной части протяжки определяется по формуле

L_ф= Z_ф ·t , мм.

где t – шаг черновых зубьев  протяжки,  t=24 мм.

L_ф= 9·24 =216 мм.

3.6 Расчет  шлицевой части протяжки

3.6.1 Припуск  на шлицевые зубья

Шлицевые зубья протяжки, независимо от ее типа, снимают припуск, величина которого определяется по формуле

А_ш = D_max - d_ф., мм,

 

где   d_ф. – диаметр фаски в основе шлица, мм;

         d_ф.=d+2c =112+2·0,5 =113 мм (с=0,5мм – величина фаски [4, с.828]);

       D_max – максимальный внешний диаметр втулки, которая протягивается, с учетом допуска и разбиение.

d_max= d + T ±d , мм,

 

  где T – допуск на диаметр, мм; по Н8 для D=120 мм  T=0,054 мм;

    d  - величина изменения отверстия после протягивания, разбиение (+), усадка (-)

При обработке сталей происходит разбиение отверстия. Величина разбиения d = 0,01 мм.

d_max = 120 + 0,054 + 0,01 = 120,064 мм.

А_ш = 120,064 – 113,3 = 6,764 мм.

Весь припуск А_ш снимают черновые, переходные и чистовые  зубья протяжки. Припуск на переходные группы (А_{ш пер}) и чистовые зубья (А_{ш чист}) выбираем по [3, с.8, табл.6, табл.7].

Припуск на черновую часть рассчитывают по формуле

А_шч = А_ш – (А_{ш пер} + А_{ш чист}), мм,

А_шч = 6,764 – (0,35+ 0,08) = 6,334 мм.

3.6.2 Расчет  количества зубьев

 

 

Количество черновых секций

,

где S_zч – подъем на зуб в черновых секциях,  S_zч=0,19 мм/зуб;

,

Количество  черновых зубьев

Z_шч=2і_шч = 2·16 = 32.

Количество  переходных секций – 2. Количество переходных зубьев

  Z_шпер=2і_шпер= 2·2 = 4.

Количество  чистовых (Z_шчист) и калибрующих (Z_шкал) зубьев принимаем по [3, с.8, табл.7]:  Z_шчист = 3;  Z_шкал=4.

3.6.3 Расчет  допуска на ширину шлицев протяжки

 

Ширина шлицев на протяжке должна обеспечить ширину паза шлицевой втулки в пределах поля допуска. Во время работы происходит разбиение паза. Поэтому допуск на изготовление шлицев протяжки не совпадает  с допуском на ширину паза шлицевой втулки. Взаимное расположение полей допусков паза и шлица протяжки показано на рис. 3.4.

 

Рисунок 3.4 – Расположение полей допусков на ширину шлица протяжки

Допуск рассчитывается по формуле:

b_u=b_o+eS_o–p,

где b_и - номинальная ширина шлица протяжки, мм;

       b_o - номинальная ширина шлица втулки, b_o=16 мм;

      eS_o - верхнее отклонение размера ширины шлица втулки,

       - разбиение ширины шлица протяжки,

∆₁ – накопленная погрешность окружного шага шлицев протяжки;

∆₂ – допуск спералеобразности боковых поверхностей зубьев протяжки относительно оси центров на 500 мм длины;

∆₃ – допуск симметричности зубьев относительно оси центров в поперечном сечении зуба протяжки.

∆₁=0,012 мм;  ∆₂=0,01 мм;   ∆₃=1/3·0,043=0,014 мм [3, с.21, прил.1].

b_u=16+0,043-0,021=16,022 мм,

3.6.4 Параметры  выкружек

 

Шлицевые черновые и переходные зубья группируются в секции, причем  первые зубья  в каждой секции имеют на боковых  поверхностях выкружки для распределения  стружки по ширине (рис.3.5), а вторые выполняются без выкружек, заниженные по диаметру на 0,02 мм для компенсации упругой деформации металла втулки.

   Рисунок 3.5 – Профиль черновых и переходных шлицевых зубьев с выкружками

Радиус выкружки определяется графически  так,  чтобы  ширина первого зуба секции была приблизительно на половину меньше ширины второго  зуба. Ширина  выкружек принимается  равной

b₁=(0,5-0,6)·b, мм,

где b – ширина шлица, мм, b=16 мм.

b₁=0,5·16=8 мм.

Чистовые зубья выполняют несекционными с подъемом на каждый зуб. Выкружек на чистовых и калибрующих зубьях нет.

 

           3.6.5 Расчет длины шлицевой части протяжки

 

 

Для повышения точности обработанной поверхности шаг чистовых и калибрующих  зубьев принимают меньшим, чем шаг  черновых зубьев t_чист = (0,7 – 0,8)t, мм.

t_чист = 0,75·24=18 мм.

L_ш = (Z_{ш ч} + Z_{ш пер})·t +(Z_{ш чистий} + Z_{ш кал})·t_чист , мм.

L_ш = (32+4) · 24 + (3+4) · 18 = 990 мм.

3.7 Определение конструктивных размеров протяжки

3.7.1 Определение диаметров зубьев

 

Диаметры первых зубьев групп определяют путем добавления  двойного подъема  на зуб к диаметру первого зуба предыдущей группы

d_i+1 =  d_i+ 2 S_zч, мм.

       Диаметр  второго  зуба группы выполняется меньшим  по диаметру на 0,02-0,04 мм для  компенсации упругой деформации  обрабатываемого металла.

Зубья  в чистовых частях протяжки выполняют несекционными, т.е.  диаметр каждого следующего зуба рассчитывается по формуле

d_i+1 =  d_i+ 2 S_{z истч}, мм.

Диаметры последнего чистового  зуба и всех калибрующих одинаковые и равные максимальному диаметру обрабатываемой втулки с учетом допуска  на разбивку.

Диаметры зубьев протяжки:

- фасочный первый зуб d_ф1=112,00 мм;

- фасочный последний  d_фп=113,28 мм;

- шлицевый первый  d_ш1= 113,3 мм;

- шлицевый последний d_шп=120,06 мм;

3.7.2 Шейка и переходной конус

 

Переходной конус выполняется  для обеспечения легкого ввода  направляющей протяжки в обрабатываемую втулку. Длина переходного конуса l_пк=10-20 мм, в зависимости от диаметра.

Минимальная длина шейки определяется в зависимости от типа станка и  длины обрабатываемой детали.

l_ш = l_ст – l_пк – l_пн – l_хв, мм,

где l_ст - минимальный размер от торца хвостовика протяжки до первого   режущего зуба [1,с.10, табл.10];      

 l_пк – длина переходного конуса, мм,  l_пк=20 мм;

 l_пн– длина передней направляющей, мм, l_пн= L=135мм;

l_ш = 535 - 20 – 135 = 380 мм.