КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Натему: «Розрахунок металорізальних інструментів»
1.Розрахунокчерв'ячної фрези для обробки зубчастого колеса
1.1Вихідні дані для проектування черв'ячних фрез
Прирозрахунку модульної черв'ячної фрези вихідними параметрами є:
- модуль колеса, що нарізається, m=4 мм;
- кут нахилу зубців колеса, =0°;
- кут профілю на ділильному діаметрі α=20°;
- число зубців колеса, що нарізається, Zк=35;
- точність оброблюваного колеса, Ст. 8-D;
- матеріал оброблюваної колесачавун НВ180.
Висотуголівки haк і ніжки hfк, зубця колеса, щонарізається, товщину зубця Säк та шаг tdк по ділильномудіаметрі визначаю по формулах теорії зубчастого зачеплення:
haк=1,0∙ m=1,0∙4=4 мм;
hfк=1,25∙m=1,25∙4=5 мм;
Saк=0,5∙πm=0,5∙π∙4=6,283 мм;
tdк=πm=π∙4=12,57 мм
1.2Аналіз і технічне обґрунтування прийнятої конструкції фрези
Черв'ячніфрези застосовують для чорнового, напівчистового і чистового нарізуванняциліндричних прямозубих, косозубих і черв'ячних зубчастих коліс з модулем 0,1…40 мм.У залежності від призначення і розмірів черв'ячні фрези виготовляють класівточності ААА, АА, А, В, С и Д, які рекомендуються відповідно для нарізуваннязубчастих коліс ступеня точності Ст. 5–6, Ст. 7, Ст. 8, Ст. 9і Ст. 11. Фрези класів ААА та АА відносяться до прецизійних, інші – дофрез загального призначення.
Відповіднодо технічних вимог різальна частина фрези повинна виготовлятися зішвидкорізальної сталі зі змістом ванадію не менш 3% і кобальту більш 5% ізтвердістю робочої частини 63…67 HRCЭ, наприклад, зі сталі Р6М3К5,Р3М5К5. Черв’ячні фрези можна виготовлювати цільними або збірними зі вставнимирейками. У цьому випадку корпус фрези виготовлюють із конструкційної легованоїсталі, наприклад, 40Х, а ріжучу частину – із швидкорізальної сталі.
Почислу заходів (витків) фрези бувають однозаходні (для чистової обробки) ібагатозаходні (для чорнової обробки).
Як інструмент черв'ячну фрезуодержують з архімедового, конвалютного або евольвентного черв'яка шляхомпрорізання стружкових канавок і затилування задніх поверхонь. Правильнезачеплення з евольвентним зубчастим колесом забезпечує тільки евольвентнийчерв'як, тому спрофільовані на його основі фрези є найбільш точними унаслідоквідсутності органічних погрішностей. Але вони складні в виготовлені і перевагиточності втрачаються після декількох перезагострювань. Фрези, які спрофільованіна базі архімедового черв'яка, мають найбільше наближення до евольвентного.Вони більш технологічні в виготовленні, тому набули найбільшого розповсюдження.На базі евольвентного черв'яка виготовляють фрези класу точності ААА модулем 1…10 мм.Можуть виготовлятися фрези класу точності АА. Фрези більш низьких класівточності, частіш за все, виготовлюють на базі архімедового черв'яка.
Стружковіканавки можуть бути прямими (рівнобіжними осі фрези) або гвинтовими.
Напідставі аналізу конструкції і ступеня точності колеса, що нарізується, зурахуванням літературних рекомендацій вибираю фрезу цільну однозаходну, клас точностіфрези – В, матеріал фрези – швидкорізальна сталь Р6М3К5.
1.3 Проектний розрахунок фрези
Розрахунокчерв'ячних фрез полягає, головним чином, у визначенні розмірів профілю фрези внормальному і осьовому перетинах.
1.3.1Визначення розмірів фрези в нормальному перетині
1.Модуль, профільний кут, крок зубців по ділильної прямої фрезиприймаються рівними відповідно модулеві, профільному куту, кроку зубцівоброблюваного колеса
mи= mк = 4 мм, aи= aк= 200,tди = tдк = 12,57, мм.
2.Розміри зубця фрези в нормальному перетині.
Длязабезпечення радіального зазору в зубчастій передачі висота зубця фрезиприймається рівною
hи= 2,5m = 2,5∙4 = 10 мм;
haи = hfи = 1,25m = 1,25∙4 = 5 мм.
Висотуніжки зубця черв’ячної фрези приймають на 0,25m більшою висоти головкизуба колеса, що нарізується, для того, щоб під час обробки запобігти контактуповерхні западин фрези з поверхнею виступів колеса.
Длязабезпечення бічного зазору товщина зубця фрези по ділильній прямій приймаєтьсярівною
Sди= 0,5 tди+ DS = 0,5∙12,57 + 0,2=6,48 мм,
де DS = 0,2 мм – гарантованийбічний зазор залежно від модуля фрези [1].
1.3.2 Визначення конструктивних та геометричних параметрів фрези
До основних конструктивних параметрів фрези відносяться зовнішнійдіаметр фрези Da, довжина фрези L, діаметр отвору підоправку d, число і форма зубців, розміри і напрямок стружкових канавок,кути різальної частини. Ці параметри або вибирають по нормалям і стандартам,виходячи з паспортних даних верстата і досвіду експлуатації фрез, аборозраховують.
1 Зовнішній діаметр фрези Daи.
При збільшенні діаметра фрези зменшується шорсткість і хвилястістьоброблюваної поверхні, зростає продуктивність обробки, але при цьомузбільшуються крутний момент, шлях врізання, витрата матеріалу і трудомісткістьвиготовлення фрези. З цих причин для чистових фрез зовнішній діаметр вибираєтьсябільшим, ніж у чорнових фрез, а в прецизійних – більшим, ніж у чистових.
Зіншого боку, зовнішній діаметр, так само як діаметр отвору під оправку і загальнадовжина черв'ячної фрези, повинні бути ув'язані з паспортними данимизубофрезерних верстатів.
Діаметротвору під оправку повинний забезпечити необхідну жорсткість кріпильної оправкиі міцність тіла фрези. Доцільно починати розрахунок з визначення d дляфрез нормальної точності по залежності:
d = 20 m0,373=20∙40,373=33,54 мм, приймаюd = 34 мм.
Зовнішній діаметр фрези Dаи визначається за умовою
Dаи ³2H + 2р' + (C1 – d)=2∙16,6+2∙10,06+(3,3+34)=90,62 мм,
де /> -глибинастружкової канавки;
р'≥(0,25…0,3) d=0,3∙34=10,06 мм -товщина тілафрези в небезпечному перетині;
С1=3,3 мм -розміри шпонкового пазаза ДСТУ 9472–90;
rк= 2 мм – радіусокруглення дна канавки;
K, K1 -величинаостаточного і попереднього затилування; для попередніх розрахунків:
K ≈ 0,8π (2m + 1) tg 10°=0,8(2∙4+1) tg10=3,99 мм; приймаю K=4 мм
Κ1 =(1,2…1,4) К=1,3∙4=5,2 мм
Приймаю Dаи=100 мм.
Для остаточного уточнення d і Dаи варто виконати перевірку dвппо западинах стружкових канавок
dвп = Dаи – 2Н ³1,75d
dвп=100 – 2∙16,6 > 1,75∙34
66,8 >58,7
Умова виконується
2. Довжина фрези.
Востанні роки в серійному і масовому виробництві зубчастих коліс широкозастосовуються верстати, що забезпечують осьові пересування черв'ячної фрези.Це дозволяє використовувати всю довжину різальної частини фрези і значнозбільшити час між перезагострюваннями. Для найбільш повного використанняможливості підвищення стійкості черв'ячні фрези виконують зі збільшенимидовжинами різальної частини.
Довжина робочої частини фрези L1 визначається двома умовами:
1) правильністю профілювання зубців колеса, що забезпечуєтьсяумовою
/> мм,
де hк = 9 мм – висота зубця колеса, щонарізається, мм;
Sди = 6,48 мм – товщина зубця фрези поділильній прямій, мм.
2) забезпеченням вирізання металу з западин без перевантаженнякрайніх зубців, у цьому випадку довжина L1 визначається по точках перетинання окружностівиступів колеса, що нарізається, і лінії зовнішнього діаметра черв'ячної фрези Dа в зачепленні
/>/> мм,
де zк = 35 – число зубців колеса, щонарізається.
Перший спосіб можна рекомендувати при чистовій обробці попередньопрорізаного зубчастого колеса.
При роботі фрез з осьовими пересуваннями для рівномірності зносупо всіх зубцях довжина L1 збільшуєтьсяна (1…4) tос, де tос – осьовий шаг зубців.
Загальнадовжина фрези з урахуванням контрольних буртиків:
L = L1 + 2ℓ=79,5 + 10 = 89,5 мм
де ℓ= 5 мм – довжина контрольного буртика.
Діаметр контрольних буртиків вибирається конструктивно в межах
d
де Dвп =Dаи – 2Н= 100 – 2∙16,6 =66,8 мм, діаметр западин фрези, мм.
По контрольних буртиках перевіряється торцеве і радіальне биттяфрези при її установці на верстат.
3.Число зубців фрези
Число зубців фрези zивпливає на якість поверхнізубців колеса, що нарізується. З цього погляду zи вартозбільшувати, однак при збільшенні zизменшуєтьсятовщина зубця, що зменшує його міцність і число перезагострювань.
Для чистових фрез число зубців орієнтовно розраховується поформулі
/>
де
/>.
Длячорнових фрез число зубців можна приймати на 20–30% менше.
Приймаюzи= 10
4.Призначення кутів різальної частини.
Кутирізання повинні мати наступні значення. Передній кут на вершині зубця gв=0°, що полегшуєпрофілювання фрези.
Принульовому значенні переднього кута передня поверхня фрези розташовується внормальному перетині, тому параметри зубця фрези в цьому перетині приймаютьсярівними параметрам зубця вихідної інструментальної рейки.
Заднійкут на вершині зубця aв=10°.
5.Визначення бічного заднього кута.
Заднійкут на бічній різальній кромці у перетині, перпендикулярному до неї, змінюєтьсявздовж бічної різальної кромки і залежить від радіуса, на якому він визначається.Для довільної точки на бічній різальній кромці бічний задній кут визначаєтьсяпо формулі
/>;
де Rх — радіус окружності розташування довільної точки, для якої розглядаєтьсякут aбік, мм.
aвх– задній кут наокружності радіусом Rх.
Бажано,щоб для будь якого радіуса виконувалася умова aбікк≥3°. Тому значеннябічного заднього кута розраховують для внутрішнього діаметра фрези Dfи
Dfи=Ddи– 2hи=100 – 2∙10= 80 мм.
6. Визначення величини падіння затилку.
Длязбереження профілю зубців фрези після перезагострювання задня поверхня фрезиутворюється шляхом затилування. Для фрез класів точності В, С, D затилуваннявиконують різцем без наступного шліфування, для фрез класів точності А, АА, АААвиконується подвійне затилування, спочатку різцем, потім шліфувальним кругом.
Величинападіння першого затилку, виконаного шліфувальним кругом, визначається поформулі
/>мм.
Результатокруглюється до величини, кратної 0,5 мм. />
Другийзатилок К1 обробляють різцем. Шліфована частина зуба С повинна складатибільшеполовини товщини зуба.
Величинадругого затилку К1 у фрез зі шліфованим профілем дорівнює
/>, мм
8.Визначення параметрів стружкової канавки фрези.
Глибинаканавки для фрез з профілем, який не шліфують:
/>, мм.
Кутрозкриття стружкової канавки черв'ячної фрези qк призначається взалежності від zи
zи 10
qк,° 22
Радіусокруглення дна канавки
/>, мм.
9.Розрахунковий діаметр ділильної окружності фрези.
Для збереження точності фрези при перезагострюваннях і збільшеннячисла перезагострювань вводиться розрахунковий перетин, який зміщений від передньоїповерхні на (0,2…0,3) К. У цьому перетині розраховується теоретичний діаметрділильної окружності фрези при m £ 4:
Ddи= Daи– 2haи– 0,3K= 100 – 2∙10-0,3∙4,5 = 78,65 мм.
10. Визначення кута підйому та напрямку витків вихідногочерв’яка фрези.
Кут підйому витка вихідного черв'яка визначається на теоретичномуділильному діаметрі Ddи
/>,
де а = 1 –число заходів вихідного черв'яка.
Значення кута підйому витків розраховують з точністю 1``.
Привиборі напрямку витків фрези бажано дотримувати наступного правила: длянарізання прямозубих коліс напрямок витків правий.
1.3.3 Визначення розмірів фрези в осьовому перетині
1.Визначення напрямку та кута нахилу стружкових канавок.
Черв'ячніфрези з кутом підйому витка t£3 можуть бутивиконані з осьовими стружковими канавками або з гвинтовими. При t>3 стружковіканавки виконуються тільки гвинтовими. Приймаю виконання гвинтових стружковихканавок, тоді їх напрямок протилежний напрямкові витка фрези, а кут нахилудорівнює кутові нахилу витка w= t.
2. Визначення параметрів зубців фрези.
Для можливості контролю правильності виготовлення фрези задаютьсяшаг tос і товщина зуба Sос. в осьовому перетині.
/>, мм,
/>, мм.
3.Визначення шагу стружкових канавок.
Осьовийшаг гвинтовий стружкової канавки підраховується тільки для фрези з гвинтовимиканавками
/> мм.
4.Кут установки фрези на верстаті.
Кутустановки фрези на верстаті />.
5.Визначення конструктивних параметрів зубців фрези.
Радіусиокруглення бокової та вершинної різальних кромок зубця фрези приймається рівнимr1= 0,2m=0,8 мм. Значенняокруглюють до десятих часток мм.
Радіусиокруглення бокової різальної кромки та западини r2= 0,3m=1,2 мм.
1.4Профілювання фрези
Профілювання черв'ячної фрези полягає у визначенні кута профілювихідного черв'яка і корекції цього кута з урахуванням впливу затилування іформи стружкових канавки. При профілюванні черв'ячної фрези необхіднопрагнути до дотримання двох умов:
1. різальні кромки повинні лежати на гвинтовій поверхні вихідногочерв'яка;
2. задні затиловані поверхні повинні бути такими, щоб після перезагострюваннярізальні кромки залишалися на тій же поверхні вихідного черв'яка.
У черв'ячних фрез з радіальним затилуваням зубців після перезагострюваннязменшуються діаметральні розміри. При використанні евольвентного черв'яка длячерв'ячної фрези висока точність профілю може бути забезпечена тільки для новоїфрези. Зі збільшенням числа перезагострювань різко погіршується точність череззменшення діаметральних розмірів і перевага по точності таких фрез губиться. Зберегтиточність профілю евольвентних фрез можна тільки застосуванням осьовогозатилування, однак при перезагострюваннях таких фрез буде губитися точність товщинизубця.
Черв'ячні фрези на базі вихідного архімедового черв'яка (ГОСТ 9324–80)застосовуються найбільше широко через їхню технологічність. Профілювання такихфрез полягає в тім, що профіль теоретичного вихідного евольвентного черв'яка заміняєтьсяеквівалентним йому профілем архімедового черв'яка з прямолінійною утворюючою восьовому перетині і визначається кут його профілю aэкв.
1. Визначення кута профілю вихідного черв'яка.
Кут профілю еквівалентного архімедового черв'яка визначається позалежності
/>,
де – теоретичний кут зачеплення зубчастоїпередачі;
w – кут нахилу стружкової канавки фрези.
2. Визначення кутів профілю зубців фрези.
Кут профілю зубців черв'ячної фрези буде залежати від форми ірозташування передньої поверхні. При прямих стружкових канавках і куті w=0 передня поверхняспівпадає з осьовим перетином вихідного черв'яка, тоді кути правої і лівоїсторін профілю будуть однакові і рівні aправ= aлев= aэкв.
Для фрез із гвинтовим розташуванням стружкових канавок кутипрофілю правої і лівої сторін будуть змінюватись за рахунок затилування. Кути профілюможна розрахувати по залежностях:
а) для правої сторони
/>;
б) для лівої сторони />.
Верхнізнаки відносяться до правозаходних фрез, а нижні – до лівозаходних.
Основнірозміри стандартних черв’ячних фрез за ГОСТ 9324–80 наведені у табл. 2 додатку2. Допуски на виготовлення фрез вибирають по ГОСТ 10331–81 і 9324–80, або подовіднику [6].
2. Розрахунок комбінованої розвертки
2.1Вихідні дані
Розвертка комбінована для обробки отворів d1=20Н7, d2=22Н8,l1=40 мм, l2=60 мм, Rа =1,25 мкм
Залежно від діаметру розвертки бувають цільними і збірними,оскільки діаметри оброблюваних отворів не перевищують 32 мм, то виконуєморозвертку цільною.
Вихідні дані для розрахунку комбінованої розвертки відхилення число квалітет верхнє нижнє Діаметр 1 D1= 20 Н7 0,021 Діаметр 2 D2= 22 Н8 0,033 Довжина 1 L1= 40 мм Довжина 2 L2= 60 мм Шорсткість Ra= 1,25 мкм Оброблюваний матеріал Чавун НВ180
2.2 Граничні діаметри розвертки
/>
/>
/> – мінімальний діаметрвідповідної ступені розвертки;
/> – верхнє граничневідхилення діаметру отвору відповідної ступені;
/> – допуск на розбиванняотвору (приймається в інтервалі 0,01…0,02 мм).
2.3 Геометричні параметри розгортки
Оскільки при обробці отворів одержуємо відповідній 7й і 8йквалітети точності, то робимо висновок, що розгортка призначена для чорновоїобробки. Таким чином вибираємо передній кут г=5°, задній кут б=8°. Накалібруючій частині виконується стрічка f=0,2 мм.
Кут нахилу зубів виконується рівним нулю, що спрощуєтехнологію виготовлення розгортки.
Головний кут в плані на огорожній частині вибираємо залежновід властивостей оброблюваного матеріалу. Оскільки оброблюваний матеріал – ЧавунНВ180, то приймаємо ц=5°.
Довжина калібруючої частини визначаєтьсязалежністю:
/>,
де /> – величина калібруючої частини сточуванняпри одному переточуванні;
n=10 – число переточувань.
Таким чином: />
/>
/>
Довжина огорожної частини ступені:
/>,
де /> – мінімальний діаметр огорожної частини;
t – глибина різання, оскільки розгортка чорнова, приймаємоt=0,2 мм;
m2=2 мм.
Таким чином одержуємо:
/>
/>
/>
/>
Довжина робочої частини ступені:
lф=2 мм – довжина фаскі
lок=5 мм – величина зворотного конуса
/>
/>
Число зубів розвертки:
Оскільки приймаємо, що розгортка є цільною, те число зубіввизначається залежністю:
/>
/>
Приймаю />
Розподіл зубів розгортки:
Для усунення ограновування отворів розподіл зубів розгорткиповинен бути нерівномірним, різниця між сусідніми кутовими кроками визначаєтьсяпо формулі:
/>, тому що />
Значення кутових кроків визначають по формулі:
/>,
де к – порядковий номер зуба.
Таким чином для першої ступені одержуємо:
/>
/>
/>
/>
Приймаю для першої ступені:
/>
Аналогічним чином ведемо розрахунок кутових кроків зубівдругого ступеня і зводимо одержані дані в таблицю: Розрахував Прийняв
Θ1 36,5625° 36,56°
Θ2 42,1875° 42,19°
Θ3 47,8125° 47,81°
Θ4 53,4375° 53,44°
Глибина стружкової канавки.
Глибину стружкової канавки доцільно виконувати змінній, щодозволяє використовувати для всіх стружкових канавок фрезу з постійнимпрофільним кутом. Тоді глибину канавки можна визначити залежністю:
/>,
де /> — кут, відповідний шириніспинки;
ν=90° – кут профілю фрези;
с – ширина спинки зуба.
Таким чином для першої ступені вибираємо с для кожного зубаз табл. 6, МУ №150
с1, мм
с2, мм
с3, мм
с4, мм 1 1,3 1,1 1,2
Розраховуємо кути, відповідні ширині спинки:
/>
/>
/>
/>
Тоді глибини канавок рівні:
/>
/>
/>
/>
Аналогічним чином ведемо розрахунок для другої ступені ізводимо одержані результати в таблицю:
Зуб
Параметр 1 2 3 4
c, мм 1 1,3 1,1 1,2
δ 2,6° 3,4° 2,9° 3,13°
Hк, мм 1,88 2,43 3,2 3,98
3. Розрахуноккомбінованої протяжки
3.1 Вихідні дані дляпроектування комбінованої протяжки
Вихідними даними для розрахунку шліцьовоїпротяжки групового різання є:
- зовнішній діаметр шліців D= 120Н12 мм;
- внутрішній діаметр шліців d = 112Н8 мм;
- число шліців n=10;
- ширина шліців b=18D9 мм;
- спосіб центрування шліцьового з'єднання – по d;
- довжина втулки, що протягається, L=110 мм;
точністьта шорсткість обробки Ra=2,5 мкм;
- матеріал оброблюваної деталі – чавун НВ180.
Розміри шліцьової втулки та вимоги доточності її елементів обговорені в ГОСТ 1139–60. 3.2 Вибір конструкціїта матеріалу протяжки 3.2.1 Аналіз ітехнічне обґрунтування прийнятої конструкції протяжки
Конструктивніособливості, сумарна довжина і технологічність виготовлення шліцьових протяжокбагато в чому залежать від прийнятої послідовності зрізання припуску, тобто відкомбінації зубців, що обробляють ті або інші елементи шліцьової втулки.
Приобробці втулки для шліцьового з'єднання з центруванням по зовнішньому діаметрі(D) або бічним поверхням шліців(b) протяжка має тільки фасочні(Ф) і шліцьові (Ш) групи зубців. При центруванні по внутрішньому діаметрішліців протяжка повинна містити додатково круглі (К) зубці. При цьому взалежності від черговості зрізання елементів припуску можливо наступнерозташування груп зубців на протяжках (типи протяжок):
1 – фасочні, шліцьові, круглі відсутні (ФШ); 2 – круглі, фасочні,шліцьові (КФШ); 3 – фасочні, круглі, шліцьові (ФКШ); 4 – фасочні, шліцьові,круглі (ФШК).
Секція протяжки, що складається з фасочнихзубців, зрізує припуск 2 (рис. 3) для формування фасок f у основішліців. Секцією, що складається з круглих зубців, здійснюють зняття припуску 1у попередньо виготовленому отворі; шліцьовими зубцями виконують обробкупрямокутних шліцьових пазів 3.
Протяжки типу 1 використовують при обробцівтулки для шліцьового з'єднання з центруванням по зовнішньому діаметрі абобічних поверхнях шліців.
/>
Рисунок 3 – Схемазрізання припуску комбінованою протяжкою
При центруванні по внутрішньому діаметріможливе використання протяжок типу 2, 3 або 4. Однак варто мати на увазі, щокомбіновані протяжки, виготовлені по типу 4, коротші за протяжок типів 2 і 3.Крім того, протяжки типу 4 більш технологічні у виготовленні, тому їм вартовіддавати перевагу.
Таким чином обираємо протяжку типу 4.
3.2.2 Вибір матеріалу протяжки
Матеріал різальної частинипротяжки вибирається в залежності від оброблюваного матеріалу, йогофізико-механічних властивостей, типу протяжки, характеру виробництва. Обираюпротяжку виготовлену зі швидкорізальної сталі Р6М3
Протяжки зі швидкорізальної сталі виготовляють звареними зхвостовиком зі сталі 45Х, якщо D>15 мм. Зварювання хвостовика зістрижнем роблять по перехідній шийці на відстані 15 – 25 мм від початкуперехідного конуса зварюванням тертям або электроконтактним зварюванням.3.3 Вибір типу хвостовика ійого розмірів
Тип хвостовика і його розміривибирають у залежності від виду патрона протяжного верстата, перевагу вартовіддавати швидкозмінним патронам.
Діаметрхвостовика повинний бути менше діаметра попередньо обробленого отвору D0не менш, ніж на 0,3 мм для вільного входу хвостовика у деталь. Остаточнийдіаметр хвостовика приймається рівним найближчому стандартному розміру.Хвостовик протяжки виконують з допуском по e7 або f7.
Формахвостовика під швидкозмінний патрон для внутрішньої протяжки показана на рис. 4.Основні розміри хвостовика приводжу в табл. 3.1.
Таблиця 3.1 – Основні розміри і припустимізусилля на розрив для хвостовика під швидкозмінні патрони
Dхв
D1
D2
ℓ1
ℓ2
ℓ3
С Припустиме розривне зусилля, Рдоп., Н
для сталі
Р6М5
75 62 74 125 25 38 12 1207200
3.4 Визначення профілю ігеометричних параметрів зубців протяжки
3.4.1 Вибіррозмірів та профілю стружкових канавок
Упротяжок групового різання шаг чорнових і перехідних зубців на всіх частинахпротяжки приймається однаковим і рівним
/>, мм,
де L– довжина оброблюваної втулки.
Отримане значення шагузубців t округляється до найближчого більшого стандартного. Шаг, форму,розміри профілю зубців і активну площу стружкової канавки приводжу в табл. 3.2.Форма профілю показана на рис. 5.
Таблиця 3.2 – Розміри профілів зубцівпротяжки у (мм)
№
проф.
t
b
R
h
r
Fакт,
мм2 12 20 6,0 14,0 9,0 4,5 63,58
Длязабезпечення нормальної роботи протяжки без вібрацій та задовільної якостіобробленої поверхні одночасно в роботі повинно знаходитись чотири-п’ятьзубців. При обробці коротких втулок припустимо, щоб в роботі одночасно знаходилосьне менш двох зубців. Але кількість одночасно працюючих зубців не повиннаперевищувати вісім штук. Тому розраховане значення шагу зубців необхідно перевіритина виконання цієї умови.
Кількістьодночасно працюючих зубців розраховується по формулі
/>.
Цілачастина показує мінімальну кількість одночасно працюючих зубців Zmin, а величина Zmax= Zmin+1 – максимальнукількість одночасно працюючих зубців.
3.4.2Вибір геометричних параметрівпротяжки
Величини передніх кутів зубцівпротяжки залежать від оброблюваного матеріалу. Величина заднього кута начорнових зубцях обмежена тим, що при значних величинах задніх кутів протяжкашвидко втрачає діаметральні розміри після перезагострювань по переднійповерхні.
Передні і задні кути зубцівпротяжки вибирають по табл. 3 у залежності від типу зубців і оброблюваногоматеріалу.
Таблиця3 – Геометричні параметри протяжок групового різанняВид зубців Передні кути g в залежності від оброблюваного матеріалу Задні кути a в залежності від точності обробки
Чавун
св. HB 180 7–9-й квалітети Чорнові, перехідні 5° 3° Чистові 0° 2° Калібруючі 0° 1°
Черезневеликі значення задніх кутів зубців протяжки, допустимі відхилення на нихприймаються рівними ±15`.
Начистових зубцях допускається фаска на задній поверхні не більш 0,05 мм. Накалібруючих зубцях фаска по задній поверхні може досягати 0,2–0,3 мм. 3.4.3 Визначення підйомів на зубець
Чорновізубці протяжки об’єднані у групи по два зубці в кожній. Підйом на чорнову групурозраховується по формулі
Szч= Fакт/(L×Kдоп)=63,58/(110*2,1)=0,275 мм/гр,
де Fакт– активна площа стружкової канавки зубців протяжки (вибирається по табл.2), мм2;
Kдоп – мінімальноприпустимий коефіцієнт заповнення стружкової канавки, який залежить відоброблюваного матеріалу. При обробці чавуна Kдоп=2…2,2.
Приймаю значення Szч =0,28 мм/гр.
Для нормального розміщення в канавцістружка повинна звертатися у спіральний валик. Для кожної глибини стружковоїканавки h(див. табл. 2) існує максимальний підйом назубець, при якому звертання стружки в валик відбувається нормально. Ці значенняпідйомів приведені у таблиці 3.4. Розраховані значення Szч повиннобути меншим, ніж наведені у таблиці.
Таблиця 3.4 – Максимальні значення підйомуна зуб, при яких стружка звертається у валик, мм/зубШирина слою, що зрізається, b, мм
Максимальний підйом на зуб при глибині стружкової канавки h 9 до 1,2Öd 0,32
Післяцього визначають фактичний коефіцієнт заповнення стружкової канавки перевіряютьвиконання умови К³Кдоп. Умова виконується.
/>
Наперехідній частині протяжки зубці також об’єднані у двозубі групи. Підйом наперехідну групу вибирається в залежності від знайденої Szч. потаблиці 3.5.
Таблиця3.5 – Підйом на перехідну групу зубців протяжки
Підйом на чорнових зубцях Szч, мм
Підйом на перехідні зубці Szпер, мм
Припуск на перехідні зубці Апер, мм 0,28 0,15 0,5
Таблиця3.6 – Підйом зубців на чистовій частині, припуск, число чистових і калібруючих зубцівВид зубців Шліцьові Круглі Квалітет точності, шорсткість поверхні 8, Ra=2,5 мкм 8, Ra=2,5 мкм Число чистових зубців Zчт
2 Sz год m = 0,02;
2 Sz год m = 0,01;
2
-
2
1 Припуск на чистові зубці на діаметр 0,08 0,10 Число зубців, що калібрують 3 3 – 4 /> /> /> />
Чистовізубці протяжки виконують несекціонованими з підйомом на кожний зуб. Підйом начистові зубці та загальна кількість чистових та калібруючих зубців залежить відквалітету точності і шорсткості обробленої поверхні. Значення їх приведені утаблиці 3.6.
3.5 Вибір верстата
3.5.1 Розрахуноксил різання при протягуванні
Длявибору верстата необхідно визначити сили різання, що виникають при протягуванніна різних частинах комбінованої протяжки. Максимальні сили різання виникаютьпри роботі чорнових зубців, тому при виборі верстата враховують тільки їх.
Силарізання, яка виникає під час роботи чорнових зубців протяжки, залежить відпараметрів зрізу та оброблюваного матеріалу
P=npSzчb1Zmax, Н,
де р=455Н/мм – питома сила різання, яка припадає на одиницю довжини різальної кромкизубця;
n – число шлиців;
Szч – підйом начорнові групи зубців, мм/зуб;
Zmax – максимальне числоодночасне працюючих зубів;
b1 – довжина різальної кромкиодного зубця, мм.
Для протяжокгрупового різання кожний зубець групи знімає 1/Z частину загальної ширинизнімаємого шар металу, де Z – кількість зубців в групі. Для фасочної частинипротяжки довжина різальної кромки одного зубця рівна
/>
де b – ширинашліцьового пазу, мм,
f =0,5 мм –величина фаски в основі шліцу,
Zф=2 – кількістьзубців у групі фасочної частини протяжки,
n – кількістьшліців.
Дляшліцьової частини протяжки довжина різальної кромки одного зубця рівна
/> мм,
де Zш=2– кількість зубців у групі шліцьової частини протяжки.
Длякруглої частини протяжки довжина різальної кромки одного зубця рівна
/> мм,
де d – внутрішнійдіаметр оброблюваної втулки, мм,
Zк=2 – кількістьзубців у групі круглої частини протяжки.
Таблиця3.7 – Сила різанняна фасочних, шлицьових та круглих зубцях, Н/> Фасочные Шлицевые Круглые Р= 72618 68796 65684,27177
3.5.2 Вибір моделіверстата
Таблиця8 – Характеристики протяжних верстатівПоказники Показники по моделі верстатів 7Б510
Номінальне тягове зусилля верстата Q, Н
Максимальнадовжина робочого ходу, мм
100000
1250 Межі швидкості робочого ходу протяжки в м/хв 1 – 9
Мінімальний розмір від торця хвостовика протяжки до першого зуба, що ріже lсч = l1+l2+l3+l4 (рис. 1)
190 + L =190 + 110 = 300
L – довжинавтулки, що протягається.
В даний часнайбільш широко використовуються чотири моделі протяжних верстатів, яківідрізняються по тяговому зусиллю і максимальній довжині ходу штока. Характеристикипротяжних верстатів приведені в табл. 8. Для ефективної роботи верстатів необхідноїхнє оптимальне використання по потужності. Найбільш раціональним євикористання потужності верстата на (80–90)%. Верстат вибирають по максимальнійрозрахованій силі різання.
3.5.3 Перевіркапротяжки на міцність
Для того, щоб у процесі роботи невідбулося розриву протяжки, необхідно зробити її перевірку на міцність понебезпечному перетину. Небезпечним перетином протяжки є той, у якому її діаметрмінімальний. У залежності від розмірів оброблюваної втулки небезпечним можебути перетин, що проходить через мінімальний діаметр хвостовика, або перетин,що проходить по западині першого зубця. Необхідно перевірити виконання двохумов:
1) умова відсутності небезпеки розриву протяжки по хвостовику
Рдоп³Qh,
1207200>90000
де Рдоп — припустимерозривне зусилля для хвостовика (див. табл. 1), Н,
Q – тягове зусилляверстата, Н,
h= 0,9 – ККДверстата.
2) умова відсутності небезпеки розриву протяжки по западині першого зубця
/>,
де Dоп = Do – 2h– мінімальний діаметр протяжки в перетині, що проходить по западині першогозуба,
Do – діаметр отворудо протягування, мм,
h – глибинастружкової канавки, мм,
[sр] – припустименапруження матеріалу протяжки на розрив, для швидкорізальної сталі [sр] = 400 МПа
Обидві умови виконуються, томурозрахункові значення залишаємо незмінними. 3.6 Розрахунок круглоїчастини протяжки
3.6.1 Визначення величини припуску на круглізубці
Протяжкаповинна мати круглу частину лише у тому випадку, коли шліцьове з’єднання маєцентрування по внутрішньому діаметру d, Це необхіднодля того, щоб забезпечити необхідну точність з’єднання. У цьому випадкупопередньо виготовлений в заготовці отвір повинний бути менше остаточнообробленого внутрішнього діаметра шліцьової втулки на величину припуску підпротягування круглими зубцями протяжки Акр (припуск 1 на рис. 2).Величина припуску вибирається по табл. 9 у залежності від діаметра і довжиниоброблюваної втулки і способу попередньої обробки отвору.
Діаметр попередньо обробленого отвору дорівнює
D0=dmax– Акр = 112,054 – 1,2 = 110,85 мм,де dmax– максимальнийвнутрішній діаметр втулки, що протягується; зурахуванням допуску, мм,
Акр – припуск накруглі зубці.
Таблиця9 – Припуски під протягування для круглих зубців
Довжина отвору, що протягується,
мм Припуск після свердлення або чорнового розточування отвору Діаметри отворів, що протягуються, мм 80–120 80 – 120 1,2
Весь припуск Акрзнімають чорнові, перехідні та чистові круглі зубці протяжки. Припуск наперехідні групи (Ак пер) та чистові зубці (Ак чист) вибирають зтаблиць 3.5 і 3.6 відповідно.
Припуск на чорнову частину розраховують поформулі
Ак ч = Ак– (Ак пер + Ак чист)= 1,2 – 0,5 – 0,05 = 0,65 мм.
3.6.2 Розрахуноккількості зубців
Кількість чорнових зубців
/> шт., приймаю />
де Szч – підйом на зуб учорнових секціях по п. 4.3.
Одиницядодається через те, що перший зубець протяжки виконується без підйому – йогодіаметр дорівнює діаметру попередньо обробленого отвору. Це робиться для того,щоб уникнути випадкового збільшення навантаження на перший зубець черезнерівномірність припуску, побічних включень у метал та ін.
Якщовиходить дробове число, то його округляють у меншу сторону до найближчогоцілого числа, а не знятий припуск переноситься на перехідні секції.
Кількістьперехідних зубів
/> шт., конструктивноприймаю />
Кількістьчистових (Zкчист) та калібруючих (Zк кал) зубців вибирається потабл 3.6.
3.6.3 Визначення параметрів викружок
Круглі чорнові і перехідні зубигрупуються в секції по два зубці в кожній. Викружки для розподілу стружкироблять тільки на першому зубці секції, другий зуб роблять циліндричним безвикружок (рис. 6) заниженним по діаметрі на 0,02 – 0,04 мм длякомпенсації пружної деформації металу втулки.
Ширина ріжучих виступів міжвикружками рівна
/>мм, конструктивно приймаю />мм
де d – внутрішній діаметроброблюваної втулки, мм.
Значення bв округляєтьсядо значення, кратного 0,5.
Кількість викружек дорівнює
/>
де d – внутрішній діаметр оброблюваної втулки.
Таблиця 3.11 – Радіуси викружок Rв2і діаметри шліфувальних кругів Dкр, мм
Ширина викружок
bв, мм Діаметр протяжки, мм 80 – 120
Dкр
Rв 15 – 20 80 54
Кількість викружок округляється донайближчого більшого цілого числа.
Радіусивикружок Rв2 і діаметри шліфувального круга приймаються потабл. 3.11.
Чистовізуби виконують не секціонированними з підйомом на кожен зуб. Викружок начистових і калібруючих зубцях немає.
3.6.4 Розрахунокдовжини круглої частини протяжки
Дляпідвищення точності обробленої поверхні шаг чистових та калібруючих зубцівприймають меншим, ніж шаг чорнових зубців tчист = (0,7 – 0,8) t =0,75*20=15, мм.
Загальнадовжина круглої частини протяжки визначається по формулі
Lк= (Zк черн+ Zк пер)*t +(Zк чист + Zк кал)*tчист=(4+2)*20+(3+3)*15=230 мм.
3.7 Розрахунок фасочної частини протяжки
Фасочна частина протяжки призначена дляформування фаски в основі шліцу. Вона знімає припуск 2 (див. рис. 3). Цячастина протяжки має лише чорнові зубці.
3.7.1 Визначення припускуна фасочні зубці
Величина припуску, який знімають фасочнізубці протяжки залежить від її типу (див. п. 3.1). Для протяжки типу 4 припускпід фасочні зубці дорівнює
Аф = dфп — D0=113,3 – 110,85 =2,45, мм
де dф.п = d + 2¦+ (0,3…0,4)=112+2*0,5*0,3=113,3 мм– діаметростаннього фасочного зубця, мм;
¦– величина фаски в основі шліца, мм;
d –внутрішній діаметр шліцьової втулки, мм.
D0 – діаметрпопередньо обробленого отвору, мм.
Діаметр останнього фасочного зуба приймається на 0,3…0,4 ммбільше діаметра фаски для того, щоб забезпечити запас на переточуванняпротяжки.
3.7.2 Розрахуноккількості зубців
Для усіх типів протяжок, коли фасочнізубці розташовані першими, кількість зубців визначається по формулі
/> шт., приймаю />
де Szч – підйом на зуб учорнових секціях по п. 7.
Одиницядодається через те, що перший зубець протяжки виконується без підйому – йогодіаметр дорівнює діаметру попередньо обробленого отвору. Це робиться для того,щоб уникнути випадкового збільшення навантаження на перший зубець черезнерівномірність припуску, побічних включень у метал та ін.
Колифасочні зубці розташовані після круглих під час розрахунку кількості зубціводиниця не додається і усі зубці об’єднані у двохзубі секції.
Отримане значення округляють у більшусторону до цілого числа. При цьому підйом на останню секцію може вийти меншерозрахункового, але діаметр останнього фасочного зубця повинний бути дорівнюєрозрахованому в п. 7.1.
3.7.3 Визначення параметріввикружок
Фасонні зуби групуються в двозубі секції, причомуперші зубці в кожній секції мають на бічних сторонах викружки для розподілустружки по ширині, а другі виконуються без викружок, занижені по діаметрі на0,02 – 0,04 мм для компенсації пружної деформації металу втулки. Радіусвикружки вибирається графічно так, щоб ширина першого зубця секції булаприблизно на половину менше ширини другого зуба (рис. 7). Глибина викружкиповинна бути не менше 3Sz. Бічні сторони зубців виконують підкутом фаски.
3.7.4 Розрахунокдовжини фасочної частини протяжки
Загальнадовжина фасочної частини протяжки визначається по формулі
Lф= Zф*t =11*20=220 мм.
де t– крок чорнових зубів протяжки по п. 4.1.
3.8 Розрахунок шліцьової частин протяжки
3.8.1 Припуск нашліцьові зубці
Шліцьовізубці протяжки, незалежно від її типу, знімають припуск 3 (див. мал. 2),величина якого розраховується по формулі
Аш= Dmax-dф. – d=120,6–113,3–0,05=6,65,мм,де Dmax–максимальний зовнішній діаметр втулки, що протягується, з урахуванням допуску,мм,dф.– діаметр фаски в основі шліцу,d=0,02 – 0,05 мм– допуск на розбивання отвору.
Весь припуск Ашзнімаютьчорнові, перехідні та чистові зубці протяжки. Припуск на перехідні групи (Ашпер) та чистові зубці (Аш чист) вибирають зтаблиць 5 і 6 відповідно.
Припуск на чорнову частину розраховують поформулі
Ашчерн = Аш– (Аш пер + Аш чист)=6,65 – 0,5 – 0,04=6,11 мм.
3.8.2 Розрахуноккількості зубців
Кількість чорнових зубців
/> шт., приймаю />
де Szч – підйом на зуб учорнових секціях по п. 4.3.
Якщовиходить дробове число, то його округляють у меншу сторону до найближчогоцілого числа, а не знятий припуск переноситься на перехідні секції.
Кількістьперехідних зубів
/> шт., конструктивноприймаю />
Кількістьчистових (Zшчист) та калібруючих (Zшкал) зубців вибирається по табл.3.6.
3.8.3Параметри викружок
Шліцьовічорнові і перехідні зуби групуються в секції, причому перші зуби в кожнійсекції мають на бічних сторонах викружки для розподілу стружки по ширині, адругі виконуються без викружок, занижені по діаметрі на 0,02 – 0,04 мм длякомпенсації пружної деформації металу втулки. Радіус викружки вибирається графічнотак, щоб ширина першого зуба секції була приблизно на половину менше ширинидругого зуба. Глибина викружки повинна бути не менше 3Sz. Назубах, діаметр яких більше dф+2,5 мм, роблять бічніпіднутрення (кут j1) для зменшення тертя міжбічною поверхнею зуба й обробленою поверхнею (мал. 8).
Чистовізубці виконують не секціонированими з підйомом на кожен зубець. Викружок начистових і калібруючих зубцях немає.
3.8.4Розрахунок довжини шліцьової частини протяжки
Дляпідвищення точності обробленої поверхні шаг чистових та калібруючих зубцівприймають меншим, ніж шаг чорнових зубців tчист = (0,7 – 0,8) t=15 мм.
ℓш= (Zш черн + Zш пер)*t +(Zш чистий + Zшкал)* tчист = (22+6)*20+(2+3)*15=635 мм. 3.9 Визначенняконструктивних розмірів протяжки
3.9.1 Визначеннядіаметрів зубців
Усічорнові та перехідні зубці у фасочній, круглій та шліцьовій частинах протяжкиоб’єднані у групи. У межах кожної групи зубці відрізняються між собою шириною,між групами – діаметром.
Діаметриперших зубців грип визначають шляхом додатка подвійного підйому на зубець додіаметра першого зубця попередньої групи
di+1 = di+ 2Szч,мм.
Діаметр другого зубця групивиконуються меншим по діаметрі на 0,02–0,04 мм для компенсації пружної деформаціїоброблюваного металу.
Зубціу чистових частинах протяжки виконують несекціонованими, тобто діаметр кожногонаступного зубця розраховується по формулі:
di+1 = di+ 2Sz истч,мм.
Діаметриостаннього чистового зубця і всіх калібруючих однакові і рівні максимальномудіаметру оброблюваної втулки з урахуванням допуску на розбиття:
длякруглої частини протяжки dmax – d= 112,054 – 0,03= 112,024 мм,
дляшліцьової частини Dmax – d= 120,6 – 0,05 =120,55 мм,
де d=0,02 – 0,05 мм – допуск нарозбиття отвору.
3.9.2 Переднянаправляюча
Передня направляюча призначена длявстановлення оброблюваної втулки співвісною з протяжкою, завдяки чомузнімається рівномірний припуск по всьому периметру отвору.
За довжину передньої направляючоїприймається відстань від кінця перехідного конусу до першого ріжучого зубця,включаючи ширину першої западини між зубцями.
Довжина передньої направляючоївибирається в залежності від відношення довжини втулки, що протягається L,до її діаметраD при L/D£1,5 lпн = L = 110 мм;
Форма та діаметр передньоїнаправляючої приймається рівним діаметру отвору до протягування Dпн= D0 з допуском по ¦7.
3.9.3 Шийка таперехідний конус
Ціелементи призначені для з’єднання хвостовика протяжки з її робочою частиною.Довжина перехідної шийки повинна забезпечити можливість приєднання протяжки допатрону протяжного верстата.
Перехідний конус виконується длязабезпечення легкого вводу направляючої протяжки в оброблювану втулку. Довжинаперехідного конуса l3= 10 – 20 мм, в залежності від діаметра
Мінімальнадовжина шийки визначається в залежності від типу верстата та довжиниоброблюваної деталі.
lш= lст– lпк– lпн=190+110–20–110=170 мм,
де Lст – мінімальнийрозмір від торця хвостовика протяжки до першого ріжучого зубця (див. табл. 3.8),
l3 = 20 мм –довжина перехідного конусу, мм,
l4 = 110 мм –довжина передньої направляючої, мм.
Розраховану довжину збільшують на5–30 мм для більш вільного оперування з хвостовиком.
Діаметр перехідної шийкиприймається меншим ніж діаметр хвостовика на 0,3–1 мм з допуском по h14. Шийка оброблюється з чистотою поверхні Ra3,2 і використовується для маркуванняпротяжки та зварювання.
3.9.4 Заднянаправляюча
Задня направляюча (l7 рис. 1) призначена для того, щобвиключити можливість перекосу обробленої деталі в момент виходу з неїостаннього зубця протяжки і пошкодження обробленої поверхні.
Форма та діаметр задньоїнаправляючої Dзн приймається рівним номінальному діаметровіоброблюваного отвору з допуском по ¦7.
Довжина задньої направляючоїзалежить від довжини оброблюваної втулки і вибирається з табл. 10.
Таблиця 10 – Довжина задньоїнаправляючої, ммДовжина оброблюваної втулки, L св. 100
Довжина задньої направляючої, lзн 70
3.9.5 Загальна довжина протяжки
Загальна довжина протяжки розраховуєтьсяяк сума довжин усі складових частин протяжки
L= l1+ l2+ l3+ l4+ lф+lш+lкр+ lзн= =125+170+20+110+220+635+230+70=1580 мм.
Довжина протяжки не перевищуєвеличини, що допускається технологічними можливостями її виготовлення (див.табл. 3.11), і параметрами верстата (див. табл. 3.8).
Таблиця 3.11 – Граничні довжинипротяжок, оброблюваних у центрах, ммДіаметр протяжки більш 70 Припустима довжина протяжки 2000
Список использованной литературы
1. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Різальнийінструмент». Розрахунок інструментів для обробки зубчастих коліс та шліцьовихвалів./Укл.: Малишко І.О., Кисельова І.В. – Донецьк: ДонНТУ, 2007. – 48 с.
2. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочниктехнолога – машиностроителя. В 2-х т. – М.: Машиностроение, 1985. – Т.2 – 496стр.
3. Методические указания квыполнению контрольных работ по курсу «Проектирование и производствометаллорежущих инструментов»/Сост.: И.А. Малышко, С.Л. Толстов. –Донецк: ДПИ, 1991. – 39 с.
4. Справочник инструментальщика/И.А. Ординарцев и др. – Л.: Машиностроение, 1987. – 846 с.
5. Методичні вказівкидовиконання курсового проекту з дисципліни «Різальний інструмент». Розрахуноккомбінованої протяжки для обробки шліцьової втулки, / Укл.: Кисельова І.В. – Донецьк:ДонНТУ, 2007. – 22 с.