Проектирование круглой протяжки

Министерство образования  Российской Федерации

Южно-Уральский государственный  университет

Кафедра «Технология производства машин»

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к  курсовому проекту

по дисциплине «Режущий инструмент»

ММФ-542.17.00.00.00 ПЗ

 

 

 

Руководитель

Кучина О.Б.

«___»__________2010г 

 

Автор проекта

студент группы ММФ-542

Самсонов А. Н.

«___»__________2011г

 

Проект защищен

с оценкой

_______________

«___»__________2011г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Миасс

2011

Введение

 

Обработка деталей резанием заключается в удалении с заготовки  определённого количества материала  с целью получения требуемой  формы детали с предписанными  по техническим условиям точностью  размеров и качеством обработанных поверхностей.

В обработке металлов резанием основную роль играет инструмент. В  практике встречаются разнообразные  виды режущих инструментов.

К режущему инструменту предъявляются  ряд требований, основные из них: точность выполнения формы обрабатываемой детали, точность получаемых размеров, качество обрабатываемой поверхности, эффективность, влияющая на производительность труда, стойкость, прочность, технологичность  конструкции, экономичность, стоимость.

Эти требования вправе могут  быть отнесены к протяжке.

Протяжки являются многозубыми  металлорежущими инструментами, осуществляющими  снятие припуска без движения подачи за счёт повышения 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, предназначаемый для  обработки 1 и, редко, нескольких деталей, мало отличающихся по размеру.

Протягивание круглых  и многошлицевых отверстий протяжками из быстрорежущей стали широко применяется  на машиностроительных заводах. Этот процесс  по праву считается одним из самых  производительных. В зависимости  от длины отверстия машинное время  протягивания будет в 10 - 25 раз меньше, чем сумма машинного времени  зенкерования и развертывания.   

Наряду с этим протягивание считается также и высокоэкономичным  процессом. Благодаря относительно высокой стойкости протяжек и  малому машинному и штучному времени  стоимость обработки на операциях  протягивания часто бывает минимальной  по сравнению с другими процессами.

Исследования процесса внутреннего  протягивания, выполненные в лаборатории  резания металлов Челябинского тракторного  завода, позволили прийти к решению  задачи расчетов протяжек по стойкости. Созданные в их результате протяжки переменного резания равной стойкости  стабильно обеспечивают на операциях  чистового протягивания заданный высокий  класс чистоты поверхности в  течение всего заранее рассчитанного  периода стойкости. Разработана  методика расчета протяжек по стойкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование круглой  протяжки

Исходные данные: 1. Протягиваемая заготовка: материал – сталь 45; твердость 190 НВ, состояние – после отпуска; отверстие под протягивание обработано; диаметр отверстия до протягивания (мм) d_o =20,9Н11; диаметр отверстия после протягивания (мм) D = 22Н8; параметр шероховатости поверхности R_a = 2,5 мкм; длина протягивания l = 65 мм.

2. Станок: горизонтально-протяжной,  модель 7520; тяговая сила станка Q = 100000Н; максимальная длина хода штока L_max = 1250 мм; диапазон рабочих скоростей 1–9 м/мин; состояние станка – удовлетворительное; протяжка закрепляется в быстросменном автоматическом патроне.

3. Характер производства  – массовый.

4. Длина протяжки, допустимая  возможностями инструментального цеха и заточного отделения, не более 1500 мм.

Порядок расчета: 1. Устанавливаем группу обрабатываемости с помощью табл. 8 приложения: сталь 45 с твердостью 190НВ относится к I группе обрабатываемости.

2. Устанавливаем группу качества по табл. 9 приложения. Параметра шероховатости поверхности R_a = 2,5 мкм достичь труднее, чем квалитета отверстия H8, поэтому принимаем 2-ю группу качества по шероховатости.

3. Материал рабочей части протяжки принимаем в соответствии

 с рекомендациями  табл. 10 приложения – быстрорежущая  сталь Р6М5.

4. Конструкцию  протяжки принимаем с приваренным  хвостовиком, материал хвостовика  – сталь 40Х. Размеры – по  ГОСТ 4044–70 (или по табл. 12, приложения). Диаметр переднего хвостовика D_хв = 20 мм; F_оп = 176,7 мм². Сила, допустимая прочностью хвостовика, рассчитывается по формуле

 

P_хв=[s]_рF_оп,                   (1)

 

где [s]_р – допустимое напряжение при растяжении, МПа;

F_oп – площадь опасного сечения хвостовика, мм².

Для хвостовиков из  стали 40Х [s]_р = 300 МПа;.

 

Р_хв = 176,7·300 = 53010 Н.

 

5. Передние и  задние углы выбираем по табл. 14 приложения. Передний угол черновых и переходных γ =20°,чистовых и калибрующих зубьев γ = 20°. Задний угол черновых и переходных зубьев α_о = 3°, чистовых α_ч = 2°, калибрующих α_к = 1°.

6. Скорость резания  устанавливаем по табл. 15 приложения: v= 9 м/мин. Эта скорость станком  обеспечивается.

 

 

7. Подъем черновых зубьев S_zcопределяем из условия равной стойкости черновой и чистовой частей по табл. 16 приложения для I группы обрабатываемости. Вначале для скорости резания v = 9 м/мин и подачи чистовых зубьев S_zc = 0,01 мм устанавливаем наработку чистовой части Т = 64 м. По той же скорости резания и стойкости черновых зубьев Т = 64 м находим подъем черновых зубьев S_zо = 0,25 мм на зуб на сторону. В соответствии с таблицей 26 ограничиваем S_zо= 0,15. Поправочные коэффициенты на наработку принимаем по табл. 27 приложения: K_Тв = 1,0; K_Тр = 1,0; K_Тз = 0,9;K_Тд = 1,0;K_Тм = 1,0;K_То = 1,0 (назначаем СОЖ – 3-10%-ная эмульсия из эмульсола «Укринол-1»). Наработка с поправочными коэффициентами

 

Т_м.н = Т_м K_Тв K_Тр K_Тз K_ТдK_Тм K_То = 64·1,0·1·0,9·1·1·1 = 57,6 м.

 

8. Глубина стружечной канавки h,необходимой для размещения стружки при подъеме S_zc = 0,15 мм,

h=1,1283 ,                                        (2)

где l_S– суммарная длина протягиваемых участков, мм;

 коэффициент  помещаемостиK = 3.

 

h = 1,1283 ×   = 5,4 мм.

 

В табл. 28 приложения ближайшая большая глубина стружечной канавки h = 6 мм. Ее и принимаем для дальнейшего расчета. Для обеспечения достаточной жесткости протяжек, имеющих диаметр сечения по дну стружечной канавки меньше 40 мм, необходимо, чтобы глубина стружечной канавки

 

h_ж =(0,2…0,23)D_о     (3)

h_ж = 0,23·20,9 = 4,81 мм.

Так как h_ж < h, то для размещения стружки подача должна быть уменьшена:

S_zo=0,785 , 

S_zo=0,785∙(4,81)²∕ 3∙65 = 0,09

 

9. Шаг черновых зубьев принимаем из табл. 28 приложения. Так как глубине h = 6 мм соответствуют несколько значений шага, то согласно п. 9 методики принимаем меньший t_о = 14 мм, т. е. профиль № 10. Остальные элементы стружечной канавки: b_о = 4,5 мм; r =3 мм; R = 10 мм. Число одновременно участвующих в работе зубьев находят по формуле:

 

z_p= +1.      (4)

Получаем:                                     z_p = 65/14 + 1 = 5.

10. Сила резания ограничивается тяговой силой станка Р_ст или прочностью протяжки в опасных сечениях по хвостовику Р_хв и по впадине перед первым зубом Р_оп. Наименьшую из этих сил следует принимать в качестве максимально допустимой силы резания:

Р_ст=(0,8…0,9)Q,     (5)

 

где Q = 100000Н– паспортная тяговая сила станка.

Р_ст = 0,8·100000 = 80000 Н.

Значение Р_хв = 68100 Н было рассчитано по формуле (1).

 

P_оп⁼[s]_р F_оп,        (6)

где

F_оп=0,785 (D_o– 2h)².        (7)

Для протяжек из стали Р6М5 диаметром более 15 мм [s]_р = 400 МПа.

 

F_oп = 0,785 (20,9 – 2·6)² = 62,18 мм²;

 

Р_оп = 62,18·400 = 24872 Н;

 

Р_mах =   24872Н.

 

11. Число зубьев в группе z_c определяем по формуле

z_c= , (8)

гдеD– диаметр отверстия после протягивания, мм; D = 22 мм;

q_о – осевая сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки, Н/мм;

q_о = 176 Н для S_zо = 0,09 мм и γ = 20° из табл. 29 приложения;

z_р – число зубьев, одновременно участвующих в работе; z_p = 5;

Коэффициенты K_Рм = 1,2; K_Ро = 1; K_Рк = 1,0 ; K_Рр = 1 из табл. 30 приложения:

z_с=

Принимаем z_c=3.

 

 

 

 

 

12. Определяем  расчетную силу протягивания:  

 

 

  (9)

 

где z_с – число зубьев в группе.

 

Р = 

 

13. Полный припуск на диаметр распределяют между черновыми, переходными и чистовыми зубьями.

Полный припуск

 

A=D_max–D_{o min},    (10)

 

A= 22,02 – 20,9 = 1,12мм.

Припуск на черновые зубья

A_o=A–(A_п+А_ч),      (11)

где А_п = 0,14 мм – припуск на переходные зубья; А_ч = 0,10 – на чистовые зубья.

А_о=  1,12 –  (0,14  +  0,10)  =  0,88 мм.

14. Число групп черновых зубьев определяем по формуле:

         (12)

i_o = 

 = 4,88; i_o = 4.

Остаточную часть припуска находим по формуле:

А_ост=А_о– 2S_zoi_o.        (13)

А_ост = 0,88 – 2·4·0,09 = 0,16 мм.

Так как половина остаточного  припуска больше подъема зубьев на сторону первой переходной группы, то для срезания его назначают  одну дополнительную группу черновых зубьев.

 

15. Число черновых зубьев:

z_o=i_o z_co,        (14)

 

       где i_о = 5 – принятое окончательно число групп черновых зубьев после распределения остаточного припуска.

 

 

z_o=5·3=15.

 Число переходных зубьев z_п= 4,чистовых зубьев z_ч = 10, калибрующих z_к= 6.

 

Общее число всех зубьев протяжки:

Sz=z₀+z_п +z_ч +z_к        (15)

Σz =15  + 4 + 10 + 6 = 35.

16. Длина режущей части  протяжки:

L_р=l_o+l_п +l_ч +l_к =t_o(z_о+z_п)+St_ч +St_к,  (16)

где Σt_чи Σt_к – суммы переменных шагов соответственно чистовых и калибрующих зубьев.

шаги чистовых и калибрующих  зубьев – переменные, принимаем  из табл. 33 приложения: t₁ = 10 мм, t₂ = 11 мм, t₃ = 12 мм. Размеры профиля h, b, r, R – одинаковые для всех  трех  шагов;  их  берем из  табл.  28  приложения  по  меньшему  шагу.  Для t₁ = 10: h = 4,0 мм, r = 2,0 мм, b = 3,5 мм, R = 6,0 мм.

 

L_р = 14 (15 + 4) + (12 + 11 + 10)3+12 + (12 + 11 + 10)2 = 443 мм.

 

Новые два варианта рассчитываем для z_рII=z_p+1=6и z_рIII=z_p-1=4.

Из формулы (4) находим  шаг черновых зубьев для обоих  вариантов: t_oII = 65/(6– 1)=13 мм: t_оIII=65/(4–1)=21,7 мм.

В третьем варианте значение шага t_оIII округляем до ближайшего меньшего значения, т. е.t_оIII = 21 мм. По табл. 28 приложения определяем соответствующие этим шагам глубины профиля стружечных канавок (из таблицы берем большее значение глубины). Для t_оII=13 ммh_II=5,0 мм, для t_оIII = 21 мм h_III = 9,0 мм. По формуле (17) находим при K = 3:

S_zo=0,785 ,    (17)

S_zоII = 0,785·5,0²/(3·65)≈0,1 мм;

 

S_zоIII=0,785·9,0²/(3·65)=0,33 мм.

 

11 Число зубьев в группе z_c определяем по формуле

z_c= , (8)

гдеD– диаметр отверстия после протягивания, мм; D = 22,02 мм;

q_о – осевая сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки, Н/мм;

q_о2 = 194 Н для S_zо2 = 0,1 мм и γ = 20°, q_о3 = 623 Н для S_zо3 = 0,33 мм и γ = 20°из табл. 29 приложения;

z_р – число зубьев, одновременно участвующих в работе; z_p = 6, 4;

Коэффициенты K_Рм = 1,2; K_Ро = 1; K_Рк = 1,0 ; K_Рр = 1 из табл. 30 приложения:

 

z_{с I I}   =

 

z_{с I I I}   =

 

 

Принимаем z_{c I I} =4, z_{c I I I} =9.