Министерство ОбразованияРоссийской Федерации
Инженерно-педагогический факультет
Тольяттинский Государственный Университет
Контрольная работа
по дисциплине
Основы технического творчества
на тему: Металлорежущий инструмент: метчик
Тольятти 2002г.
Содержание
1. Исходные данные
2. Описание объекта
2.1 Назначение метчика
2.2 Недостатки метчика
2.3 Цель совершенствования метчика
3. Алгоритм решения инженернойзадачи
3.1 Недостаток №13
3.2 Недостаток №24
3.3 Недостаток №35
3.4 Недостаток №46
4. Предложения посовершенствованию объекта
Список используемой литературы
1. Исходные данные
Впромышленности современного машиностроения, как и во многих других отраслях,имеют широкое распространение резьбовые соединения. Для образования такогосложно-профильного, но очень удобного разъемного (подвижного и неподвижного)соединения, в данный период времени используется различные по способуобразования, качеству и количеству изготовления инструменты. Но до сих пор ниодно производство не может обходиться без такого резьбообразующего инструмента,который известен уже давно – метчик.
2. Описание объекта
2.1 Назначение метчика
Метчикиизготовляются из быстрорежущей (Р18, Р18Ф, Р6М5) стали, и применяются дляобработки деталей из конструкционных сталей, серого и ковкого чугуна,алюминиевых сплавов, бронзы и других материалов. Метчики применяют длянарезания сквозных и глухих резьбовых отверстий и принадлежат к группе сложноговиду инструмента.
/>
Рис.Конструкция метчика
1. lр – Режущаячасть. Обычно составляет 3…6 пера в профиле с канавками для выхода стружки иуглом профиля в плане для обеспечения оптимального процесса резания.
2. lк – Калибрующаячасть. Конструкция аналогична режущей части, только наружный диаметр постоянен(с небольшим задним уклоном). Предназначен для доводки поверхности резьбы до 7класса точности.
3. lш – Шейка.Служит переходом от резьбообразующей части метчика к хвостовику
4. lх – Хвостовик.Выполняется с квадратным профилем для передачи вращательного момента отспециального инструмента (воротка) необходимого усилия резания в местеобразования резьбы.
2.2 Недостатки метчика
Несмотряна незаменимость, метчики имеют ряд недостатков:
/>1. Стружка забивается в канавки и препятствует дальнейшемуобразованию профиля резьбы (особенно в глухих отверстиях).
2. Малый ресурс. Нестабильность.
3. Излом инструмента.
/>4. Низкие производительность и мобильность.
2.3Цель совершенствования метчика
Метчикявляется основным инструментом для образования резьбовых отверстий во всехсферах жизни человека и повышение потребительских, механических итехнологических свойств прямо-пропорционально сказывается на многих факторахвзаимоотношений в обществе.
3.Алгоритм решения инженерной задачи 3.1Недостаток №13
1.1.1. Постановка задачи
1.1.1.1. Описание операции
Стружка забивается вканавки.
1.1.1.2. Формулировкапроблемы
Требуется предотвратитьзабивание стружки в канавки метчика.
1.1.1.3. Административноепротиворечие
Необходимо добиться незабивания стружки в канавки, при этом, что бы ни снизилась производительность иизносостойкость метчика.
1.1.2. Модель задачи
1.1.2.1. Выделениеконфликтующей пары элементов:
Инструмент (метчик) –заготовка
1.1.2.2. Формулировкатехнологического противоречия
При обработке резаниемобъем снимаемой стружки метчиком остается неизменным, а конструктивные итехнологические параметры не позволяют эффективно удалять её из зоны резания.
1.1.2.3. Формулировкамодели задач
Дана заготовка и метчик.Не изменяя заготовку добиться большей производительности путем отвода срезаемойстружки из зоны резания.
1.1.3. Анализ модели задач
Заготовку менять нельзя.Поэтому будем изменять метчик.
1.1.3.1. Дефектная зона.
Глубина и форма канавки непозволяет в неё помещаться всему объёму срезаемой стружки.
1.1.3.2. Физическоепротиворечие
Глубина канавки должнабыть достаточной для размещения в ней срезаемой стружки и не должна ослабитьконструкцию метчика, уменьшая тем самым прочность.
3.2 Недостаток №24
1.2.1. Постановка задачи
1.2.1.1. Описание операции
Малый ресурс.Нестабильность.
1.2.1.2. Формулировка проблемы
Требуется увеличитьизносостойкость и ресурс.
1.2.1.3. Административноепротиворечие
Необходимо увеличитьизносостойкость без значительного увеличения себестоимости изготовленияинструмента.
1.2.2. Модель задачи
1.2.2.1. Выделениеконфликтующей пары элементов:
Инструмент (метчик) –заготовка
1.2.2.2. Формулировкатехнологического противоречия
Метчик способенобрабатывать поверхности с высоким классом частоты поверхности, но при этомзатрачивается значительное время на калибровку и извлечение инструмента изготового отверстия.
1.2.2.3. Формулировкамодели задач
Дана заготовка и метчик.Не изменяя заготовку добиться большей производительности путем увеличенияресурса и стабильности режущего инструмента.
1.2.3. Анализ модели задач
Заготовку менять нельзя.Поэтому будем изменять метчик.
1.2.3.1. Дефектная зона.
Калибровочная частьметчика при обратном ходе затирается по задней поверхности режущего пера.
1.2.3.2. Физическоепротиворечие
Чем длиннее калибрующаячасть метчика, тем выше класс частоты обрабатываемого отверстия, но и большемашинное время обработки и, что очень важно, износ рабочей поверхности, а,следовательно, и ресурс инструмента.
3.3 Недостаток №35
1.3.1. Постановка задачи
1.3.1.1. Описание операции
Излом инструмента.
1.3.1.2. Формулировкапроблемы
Требуется увеличитьпрочность.
1.3.1.3. Административноепротиворечие
Необходимо увеличитьпрочность без увеличения остальных недостатков и себестоимости изготовленияинструмента.
1.3.2. Модель задачи
1.3.2.1. Выделениеконфликтующей пары элементов:
Инструмент (метчик) –заготовка
1.3.2.2. Формулировкатехнологического противоречия
Требуется повыситьпрочность метчика без уменьшения производительности и качества изготовления.
1.3.2.3. Формулировкамодели задач
Дана заготовка и метчик.Не изменяя заготовку добиться большей производительности путем увеличенияпрочности режущего инструмента.
1.3.3. Анализ модели задач
Заготовку менять нельзя.Поэтому будем изменять метчик.
1.3.3.1. Дефектная зона.
Режущая и калибровочнаячасти метчики не обладают достаточной конструктивной надежностью и ведут кизломам (в основном в калибрующей).
1.3.3.2. Физическоепротиворечие
Прочность метчика должнабыть большой, но в конструкции необходимо достаточно пространство дляразмещения там срезаемой стружки, которое конструкцию ослабевает.
3.4 Недостаток №46
1.4.1. Постановка задачи
1.4.1.1. Описание операции
Низкие производительностьи мобильность.
1.4.1.2. Формулировкапроблемы
Требуется увеличитьпроизводительность и мобильность.
1.4.1.3. Административноепротиворечие
Необходимо увеличитьпроизводительность и мобильность без увеличения остальных недостатков исебестоимости изготовления инструмента.
1.4.2. Модель задачи
1.4.2.1. Выделениеконфликтующей пары элементов:
Инструмент (метчик) –приспособление, Инструмент – заготовка
1.4.2.2. Формулировкатехнологического противоречия
Требуется повыситьпроизводительность и мобильность метчика без снижения качества изготовления.
1.4.2.3. Формулировкамодели задач
Дана заготовка и метчик.Не изменяя заготовку добиться большей производительности путем увеличениятехнологических свойств эксплуатации режущего инструмента.
1.4.3. Анализ модели задач
Заготовку менять нельзя.Поэтому будем изменять метчик.
1.4.3.1. Дефектная зона.
Режущая и калибровочнаячасти метчика не обладают достаточной износостойкостью. Хвостовик неприспособлен для быстрой замены и при этом достаточной точности центрированияпо оси отверстия.
1.4.3.2. Физическоепротиворечие
Производительностьдолжна быть высокой, но и качество необходимо оставить на таком же уровне.2. Предложения по совершенствованию объекта.
Далеебудут представлены некоторые методы устранения выше описанных недостатков, атак же их влияние на другие факторы:
1. Использованиесмазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Помимо основной задачи – охлаждать –правильно подобранный состав СОЖ увеличивает производительность,износостойкость и способствует удалению срезаемой стружки из зоны резания.Уменьшает все недостатки описанные выше и рекомендуется использовать во всех случаях,где это возможно.
1.1. Использование сжатоговоздуха, особенно там, где затрудненно использование СОЖ, или для хрупкихматериалов.
2. Уменьшить диаметр (d1) сердцевины на сколько возможно, что позволит увеличитьглубину канавок метчика. При обработке пластичных материалов сопротивлениеобрабатываемого материала мало, а объём срезаемой стружки большой. Хотьпрочность метчика падает, но её достаточно для процесса резания в такихматериалах, как алюминий, алюминиевые сплавы, медь и др. Уменьшает недостатки 1,4, но есть вероятность увеличение недостатка 3
2.1. Увеличение диаметра (d1) сердцевины повышает прочность метчика и оправдано принарезании резьбы в хрупких материалах, например, в чугунах. Это предложениеобратное описанному выше и действует наоборот.
/>
Рис.
3. Подточка на заборнойчасти на угол наклона главной режущей кромки l = 5°…15° (в зависимости от материала обрабатываемой детали). Это позволяетизменить направление выхода стружки. Рекомендуется применять в сквозныхотверстиях. Уменьшает недостаток 1.
/>
Рис.
4. Использование винтовыхканавок с левым направлением угла w. Назначение:для обработки резьбовых отверстий в пластичных материалах. Способствует выходустружки перед метчиком. Не рекомендуется использование такого вида метчиков дляобработки глухих отверстий. Уменьшает недостаток 1.
/>
Рис.
5. Изготовление метчиков свинтовыми канавками (правое направление винтовой канавки) с углом наклонаспирали от 10° (сталь) до 40° (алюминиевые сплавы). Данное решение способствуетизвлечению срезаемой стружки из зоны резания в направлении, обратном подаче.Рекомендации: для нарезания резьбы в глухих отверстиях. Уменьшает недостаток 1.
/>
Рис.
6. Модернизацияхвостовика:
/>
Рис.
6.1. Заменить квадратныйпрофиль на стандартизированный конусный хвостовик. Это позволит уменьшитьзатраты на замену, переналадку, настройку нового инструмента. Ещё такоеусовершенствование повышает качество нарезаемой резьбы, так как осевоеотклонение метчика и заготовки сводится к минимуму из-за свойства конусасамоцентрироваться. Уменьшает недостатки 3, 4.
6.2. Применение метчика сизогнутым хвостовиком позволяет сделать процесс нарезания непрерывным. Крутящиймомент передаётся этим же хвостовиком, позволяющий непрерывно сниматьнарезанные гайки. Уменьшает недостатки 3, 4.
Рис./>
6.3. Выполнить нахвостовике радиусные канавки, для фиксирования в механизированномприспособлении. Обеспечивает центрирование и ориентацию относительно заготовкибез дополнительных затрат. Уменьшает недостатки 3, 4.
/>
Рис.
7. Изготавливать метчики сдлинной заборной частью и длинными шейкой и хвостовиком. Что позволяет деталитипа гайки обрабатывать одним метчиком и накапливать их, например, околодесятка на хвостовой части с последующим извлечением при снятии режущегоинструмента из приспособления. Недостатком можно отметить необходимостьнарезания резьбы одним метчиком, что ведет к снижению качества обрабатываемогоизделия. Рекомендуется использование данного метода на деталях с невысокими требованиямик резьбовой поверхности для увеличения производительности. Необходимо отметитьувеличение ресурса инструмента по причине отсутствия обратного хода.Калибрующая часть работает только в одном направлении. Уменьшает недостатки 3, 4.
8. Изготавливать метчики вбесканавочном варианте. Позволяет снизить материальные затраты на изготовлениедеталей и повысить прочность резьбы (процесс накатывания). Очень перспективноенаправление. За счет упрочнения наружного слоя увеличивается прочностьрезьбового соединения. К недостаткам можно отнести высокое требование к обрабатываемуюотверстию, что несет дополнительные расходы.
9. Использование покрытия.Применение любого покрытия (для каждого конкретного случая – определённое)всегда ведет за собой увеличение всех технологических свойств метчика.Повышается, в первую очередь, износостойкость и прочность, и твердость,красностойкость, качество, режимы резания и др. Уменьшает недостатки 2, 3, 4.
10. Для изготовлениярезьбы с повышенными требованиями точности соосности перед заборной частьюметчика выполняется направляющая заходная часть длиной 2…3 шага.
/>
Рис.
11. Изготовление метчиковс шахматным расположением ниток резьбы. Является целесообразным при трудныхусловиях нарезания резьбы в мягких материалах, например, алюминии, алюминиевыхсплавах, меди с длинным отверстием под резьбу. Снижает силе резания.Предотвращает появлению такого явления, как образования нароста по переднейповерхности. Уменьшает недостаток 1.
метчик резьбообразующий сталь инженерный
/>Список используемойлитературы
1. Обработка металлов резанием,металлорежущий инструмент и станки. Учебное пособие для студентовмашиностроительных специальных вузов. – М.: Машиностроение, 1981. 287 с., ил.
2. Высокопроизводительныйрезьбообразующий инструмент. / Ю.Л. Фрумин. Изд. 2-е перераб. и доп. – М.: Машиностроение,1977 – 183 с.