Резание материалов

Контрольная работа

Вариант 21

Задание: обработать плоскость  АхВ заготовки толщиной С. Припуск на обработку h. Сопоставить эффективность обработки при различных процессах формообразования в мелкосерийном производстве: строгание и фрезерование цилиндрической фрезой.

Дано: А = 510 мм, В = 200 мм, С = 70 мм, h = 3,5 мм, шероховатость – Rz20, марка обрабатываемого материала – чугун СЧ15, механические свойства НВ 197.

 

 

 

 

Решение:

1. Кинематическая схема резания.

- строгание:

 

При обработке деталь устанавливается и закрепляется на столе станка. На поперечно-строгальных станках главное движение сообщается режущему инструменту, а детали – движение подачи в поперечном направлении, в мм на двойной ход. На продольно-строгальных станках главное движение совершает стол станка (V), на котором закреплена деталь, а режущий инструмент совершает лишь перемещение в поперечном направлении (S), в мм на двойной ход.

 

 

 

 

 

- фрезерование цилиндрической  фрезой:

При фрезеровании цилиндрической фрезой ось фрезы параллельна  обрабатываемой поверхности; работа производится зубьями, расположенными на цилиндрической поверхности фрезы. Главное движение – движение резания фрезерного станка – это вращение шпинделя с закреплённым инструментом; движение подачи – это  продольное, поперечное и вертикальное (если станок консольный) перемещение  стола с закреплённой на нём заготовкой. По условию задачи принимается попутное фрезерование (зуб фрезы начинает работать со срезания слоя наибольшей толщины), так как оно имеет ряд преимуществ перед встречным (нагрузка на зуб увеличивается постепенно): увеличивается стойкость инструмента, улучшается качество обработанной поверхности.

2. Выбор инструментального материала и геометрии инструмента

Материал режущей части  и геометрия инструмента выбираются в зависимости от свойств обрабатываемого  материала, состояния поверхностного слоя заготовки (наличие твёрдой  литейной корки, окалины и др.), характера процесса резания (непрерывное, прерывистое) и вида обработки (черновая, чистовая).

- Строгание:

* Материал режущей части – ВК3 – для точного непрерывнрого резания.

* Инструмент – строгальный  проходной прямой резец с углом  в плане φ=45° с пластиной  из твёрдого сплава по ГОСТ 18891-73; размер поперечного сечения державки – ВхН=40х60 мм; толщина пластины 10,5 мм.

* Геометрия строгального  резца – γ₂ = -5°, γ = 6°, α = 8°

Строгальные резцы работают в более тяжёлых условиях, чем  токарные, так как врезаясь, в  обрабатываемый материал с полным сечением среза, резец испытывает удар, что  отрицательно сказывается на его  стойкости. Для обеспечения плавного врезания и выхода инструмента целесообразно  применять строгальные резцы  с углом наклона режущей кромки λ, который в зависимости от условий  обработки может колебаться от 10 до 60°.

- Фрезерование цилиндрической  фрезой:

* Материал режущей части – быстрорежущая сталь Р6М5.

* Инструмент – цилиндрическая  фреза с мелким зубом D = 63 мм, z = 14, L = 80 мм.

* Геометрия фрезы - α  = 16°, γ = 10°.

Фрезы с винтовыми  зубьями работают плавно. При работе цилиндрических фрез с винтовыми  зубьями возникают осевые усилия, которые при угле наклона зуба ω = 30…45° достигают значительной величины.

3. Обоснование последовательности назначения параметров режима резания.

Элементами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Совокупность их значений принято называть режимом резания.

При выборе режимов резания  следует придерживаться определенного  порядка:

1. Сначала устанавливают глубину резания t, мм. Это величина снимаемого слоя металла, измеренная по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности или подаче.

Если припуск  может быть снят за один рабочий  ход, то глубина резания равна  припуску на обработку. Глубину резания  могут ограничивать недостаточная  мощность привода станка, нежесткость обрабатываемой заготовки, ненадежное закрепление ее на станке и др. факторы. При этих условиях приходится снимать припуск за несколько рабочих ходов с малой глубиной резания. Глубина резания связана и с видом обработки. Например, при шлифовании припуск всегда снимают за несколько рабочих ходов.

При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обработки: t = (D — d)/2, где D, d — соответственно диаметры заготовки и детали, мм.

2. После того как установлена глубина резания, выбирают подачу s, мм/об.

Подачу определяют исходя из возможностей станка и характера  установки заготовки в станке. В чистовых и отделочных операциях влияние на выбор размера подачи оказывают технологические факторы: точность и шероховатость поверхности. Числовое значение подачи должно быть согласовано с паспортными данными станка. При разных технологических методах обработки подача имеет одну из следующих единиц: мм/об (подача на оборотS0) – при точении, сверлении, фрезеровании; мм/ход (подача на ход); мм/дв.ход (подача на двойной ход S2X) – при строгании, долблении; мм/зуб (подача на зуб Sz) – при фрезеровании. Движение подачи может быть продольным, направленным вдоль оси обрабатываемой заготовки; поперечным — поперек этой оси; наклонным — под углом к оси; круговым — по окружности обрабатываемой заготовки и др.

3. Установив t  и s,  определяем скорость резания V, м/мин. (кроме шлифования и полирования, где ее измеряют в м/с).

Если главное  движение резания является вращательным, то скорость резания определяют по формуле v = = πDn/1000, где D — наибольший диаметр заготовки (точение) или инструмента (шлифование, фрезерование, сверление), мм; п — частота вращения заготовки или инструмента, минֿ¹.

Если главное  движение является возвратно-поступательным, например при строгании, то скорость резания определяют по формуле: V=Ln(K+1)/1000,

где L— длина рабочего хода резца или заготовки, мм; п — число двойных ходов резца или заготовки в минуту; К — коэффициент, характеризующий отношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов (К = Vр..х/Vв.х)

Определив скорость резания, выбранный режим проверяют на соответствие паспортной мощности станка. При выборе режимов следует иметь  в виду, что нормативные материалы предусматривают только средние значения глубин резания, подач и скоростей резания. Поэтому в практике производства средние значения величин могут быть увеличены или уменьшены в зависимости от конкретных условий работы.

4. Назначение режима резания.

- Строгание:

1. Устанавливаем глубину  резания. При снятии припуска  за два прохода t = h/2 = 3,5/2 = 1,75 мм

2. Назначаем подачу. Для  строгания чугуна, сечения резца  40х60 мм, с радиусом при вершине 2 мм и Rz 20 s = 0,5-0,7 мм/дв.ход. Корректируем подачу по станку: s = 0,6 мм/дв.ход.

3. Назначаем период стойкости  резца. При строгании заготовок  из серого чугуна резцами с  пластинами из твёрдого сплава  ВК3 рекомендуется для нормальных  условий период стойкости Т  = 120 мин. Допустимый износ резца  по задней поверхности h₃ = 1 мм.

4. Определяем скорость  резания, допускаемую режущими  свойствами резца. Для НВ 197, t до 20 мм, s =0,6 мм/дв.ход, угле  φ=45° v_табл. = 18,8 м/мин. Поправочные коэффициенты на скорость резания равны 1. Следовательно, v_и = v_табл. =  18,8 м/мин. Найденное значение скорости резанияможет быть установлено на станке, так как скорость движения стола станка 7Е35 регулируется бесступенчато в пределах 6-75 м/мин.

5. Число вдойных ходов  стола в минуту, соответствующее  найденной скорости резания,

К = 1000v_р.х. / (L +Lm),

Где m – отношение скорости рабочего хода стола к скорости его  холостого хода.

Скорость рабочего хода стола v_и = v_табл. =  18,8 м/мин. Скорость холостого хода устанавливают по паспорту в соответствии с возможностями станка; принимаем максимальную скорость v_х.х. =  75 м/мин. Тогда m = 18,8/75 = 0,25.

Длина хода стола L= l+l_пер. Перебег стола в обе стороны при длине строгания до 4000 мм составляет 325 мм. Следовательно L = 510+40 = 550 мм.

К_д = 1000х18,8/ (550+137,5) = 27,3 дв.ход./мин

6. Определяем силу резания. Для твёрдого сплава ВК3, s = 0,6 мм/дв.ход., t = 1,75 мм, Р_z = 2000 кгс = 9,81х2000 = 19620 Н
7. Сравниваем Р_z  с максимально допустимой силой станка Р_мах . В паспорте станка для v_р.х. = 18,8 м/мин находим Р_мах = 9500 кгс, допускаемую приводом и Р_мах = 18 00 кгс, допускаемую наиболее слабым звеном. Обработка возможна. В связи с тем, что в паспорте поперечно-строгального станка 7Е35 имеются данные о допускаемых тяговых силах при различных скоростях рабочего хода стола, позволяющие проверить выполненное условие Р_z ≤ Р_мах , установленный режим резания по мощности станка можно не проверять.
8. Основное время:

Т_о = (В+В₁+В₂)/К_дS

Боковое врезание резца В₁ = t ctgφ = 1,75ctg45° = 1,75 мм.

Боковой сход резца В₂ = 2…3 мм, принимаем В₂ = 1,75 мм.

Т = (200+1,75+1,75)/(27,3х0,6) = 12,4 мин

 

- Фрезерование:

1. Глубина резания t, мм

t = h/2 = 3,5/2 = 1,75 мм.                 

2. Подача Sо, мм/об

S_о=1,0-2,3 мм/об;      

3. Подачу на зуб Sz, мм/зуб, вычисляют по формуле

_Sz=so/t,

_{sz = 1,5/1,75 = 0,86}

4. Период стойкости инструмента Т, мин

Т=120 мин.            

5. Скорость резания V, м/мин, вычисляют по формуле

_{V= Cv×D^q×Kv/(T^m×t^x×sz^y×B^u×z^p)},    

где C_v – поправочный коэффициент;

q, x, y, u, p, m – показатели степени;

Т – период стойкости инструмента;

t – глубина резания;

S_z – подача на зуб;

В – ширина фрезерования;

D – диаметр фрезы;

z – число зубьев;

К_v- коэффициент.

C_v = 588

q = 0,37

x = 0,13

y = 0,47       

u = 0,23

p = 0,14

m = 0,42

_{6. Коэффициент  Кv вычисляют по формуле}

_{Kv = Kmv × Knv × Kuv,}

_{где Кmv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств чугуна на скорость резания.}

Кnv – поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания.

_{Кuv – поправочный коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.}

Кmv = 0,96               

Кnv = 0,85              

Кuv = 1,15               

Kv = 0,96 × 0,85 × 1,15 = 0,94

 

Скорость резания находится  по формуле 

V= 588×63^0,37×0,94/(120^0,42×1,75^0,13×0,86^0,47×200^0,23×14^0,14) = 71 м/мин

 

7. Число оборотов фрезы n, об/мин, вычисляют по формуле

_{n=1000×v/(π×D),}

где V – скорость резания;

D – диаметр фрезы.

n= 1000×71/(3,14×63) = 359 об/мин

Корректируем полученное значение по паспорту станка:

n_д = 400 об/мин

_{8. Действительную скорость Vд, м/мин, вычисляют по формуле}

Vд = π×D×n/1000,

где D – диаметр фрезы;

n_д – число оборотов фрезы.

Vд = 3,14×63×400/1000 = 79 м/мин

9. Скорость подачи Vs, мм/мин, вычисляют по формуле

Vs= Sz × z × n_д ,

где Sz – подача на зуб;

z – число зубьев фрезы.

Vs= 0,86 × 14 × 400=4816 мм/мин

10. Мощность резания N, кВт вычисляют по формуле

_{N= Pz×vд/(60×102),}

_{где Pz – сила резания;}

_{Vд – скорость подачи.}

_{11. Сила резания Pz, Н, вычисляется по формуле}

_{Pz = 9,81×Cp×t^x×s^y×Kp/(D^q×n^ω),}

_{где Ср – коэффициент уточнения;}

_{x, y, u, q, w – показатели степени;}

_{t – глубина резания;}

Sz – подача на зуб;

D – диаметр фрезы;

_{n – число оборотов фрезы;}

_{Kmp – поправочный коэффициент.}

_{Ср = 101}

_{x = 0,88}

_{y = 0,75}             

_{u = 1}

_{q = 0,87}

_{w = 0}

_{Kmр = 0,96}            

_{Pz = 9,81×101×1,75^0,88×0,86^0,75×0,96/(63^0,87×400⁰) = 38,2Н}

_{Мощность резания  находится по формуле} 

_{N = 38,2×79/(60×1020) = 0,05кВт}

12. Проверочный расчет осуществляют по формуле

N≤N_шп,

где N – мощность потребная на резание;

Nшп – мощность шпинделя.

Мощность шпинделя вычисляют по формуле

N_шп = N_эд × η,

где N_эд – мощность электродвигателя станка модели 6Р82Г;

η – КПД станка.

N_шп =7,5 × 0,8 = 6 кВт

0,05<6