Проектирование режущего инстремента

Рассчитать размер фасонного профиля и конструктивные размеры резца для обработки детали №79168 в условиях массового производства. Сталь А12, HB 207, проектирование режущего инструмента.

2. Расчет фасонного резца.

Деталь изготавливаем из сортового проката круглого поперечного сечения по ГОСТ 2590-71.

2.1 Расчет диаметра заготовки.

dзаг = dдет max+2zmin ,

где dзаг – диаметр заготовки; dдет max – максимальный диаметр обрабатываемой детали; zmin - минимальный припуск на обработку.

Расчет минимального припуска на обработку.

2Zmin=2[(Rz+h)i-1+Ö D 2å i-1+e 2i],

где Rzi-1 - высота неровностей профиля на предшествующем переходе; Hi-1 - глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе; D å i-1 - суммарные отклонения расположения поверхностей на предшествующем переходе; e i -погрешность установки заготовки на выполненном переходе.

Расчет слагаемых входящих в формулу минимального припуска.

Качество поверхности сортового проката.

Rz = 160 мкм

h = 250 мкм

Суммарное отклонение расположения поверхности:

D å =Ö D 2å к+D 2ц,

где D å к – общее отклонение оси от прямолинейности; D ц – смещение оси заготовки в результате погрешности центрирования (стр.41 таб.12)

D å к= l D к ,

D 2к+0.25

где D к –кривизна профиля сортового проката (1, стр.180, таб.4) D к= 0.5 мкм;

D å к = 60(0.5/0.5) = 60 мкм

D ц = 20 мкм,

D å = 63,2 мкм.

Погрешность установки заготовки (1, стр.42, таб.13):

e =280 мкм;

тогда min припуск на обработку равен:

2zmin = 2[(Rz+h)i-1+Ö D 2å i-1+e 2i] = 2[(160+250)+287.1]= =1394мкм=1.39 мм;

тогда диаметр заготовки равен:

dзаг=40+1.39=41.39 мм.

В качестве заготовки выбираем сортовой прокат диаметром 42мм по (1, стр.69 таб.62) ГОСТ 2590-71.

Обоснование типа фасонного резца.

Выбираю призматический резец с базовой точкой на высоте линии центров, так как на обрабатываемой детали есть протяженная сферическая поверхность.

Призматический радиальный резец с базовой точкой на линии центров имеет меньшую погрешность по сравнению с круглыми резцами.

Обоснование выбора материала режущей части и корпуса фасонного резца (2, стр.115 таб.2).

При обработке сталей экономически выгодно использовать резцы из следующих марок быстрорежущих сталей Р18, Р6М5Ф3, Р6М5, Р9К10, Р10К5Ф5 и т.д. Выбираем марку быстрорежущей стали, Р6М5. Для экономии быстрорежущей стали, резец делаем составным неразъемным, сваренным, с помощью контактной сварки оплавлением. Крепежную часть призматического резца изготавливают из стали - 40Х.

Обоснование выбора геометрических параметров фасонного резца.

Принимаем по таблице для стали - А12 твердостью НВ=207 (4, стр.112,113) a =10° , g =23° т.к. a =8…12о, g =20…25о.

Расчет координат узловых и промежуточных точек фасонного профиля детали.

Определим координаты точки 3. Для этого запишем уравнения окружности (l-28)2+r2=202 и уравнения прямой r=18. Совместное решение этих уравнений даёт координаты точки l3= 9.2822; r3=18.

Определим координаты точки 4. Они получаются из уравнений окружности (l-28)2+r2=202 и уравнения наклонной прямой (r=kl+b) r=-tg165o+27, где b=27 из уравнения для точки 5: 11=60tg165о+b. Совместное решение этих уравнений даёт координаты точки l4= 16.415; r4=39.191.

Возьмём вспомогательную точку на коническом участке детали для этого запишем 2 уравнения прямой: r7= -tg165ol7 +27 и r4=16.415; откуда получим координаты точки 7: r7=16.415, l7=49.879.

№точки фас. Профиля детали	ri(y)	li(x)
1	15.0	0
2	18.0	3
3	18.0	19.282
4	16.415	39.191
5	11.0	60
6	20.0	28
7	13.634	49.879

2.2 Расчет координат узловых и промежуточных точек фасонного профиля резца.

g =23° , a =10° .

M5=r5* Sing 5=11sin23° =4.298;

A5=r5* Cosg 5=11cos23° =10.126;

Sing i=M5/ri;

Ei=ri*Cosg i;

Ci=Ei-A5;

sing 1=M5/r1=4.298/15.0=0.287 Þ g 1=16.651° ;

E1=r1* Cosg 1=15.0cos16.651° =14.371;

C1=E1-A5=14.371-10.126=4.245.

	1	2	3	4	5	6	7
Ri	15	18	18	16.415	11	20	13.634
g i	16.651	13.814	13.814	15.178	23	12.409	18.376
Ei	14.371	17.479	17.479	15.842	10.126	19.533	12.939
Ci	4.245	7.353	7.353	5.716	0	9.407	2.813
Hi	3.560	6.167	6.167	4.795	0	7.889	2.359

Значения Hi находим из треугольников

e =90o-(a 6+g 6)=90o-(10° +23° )=57° ;

H1=C1Sine =4.245Sin57° =3.560;

Расчет, назначение конструктивных размеров фасонного резца.

j =10° ¼ 15° принимаем j =15°

h » 2¼ 3 мм принимаем h=3 мм

Размер фасонного резца вдоль оси:

L=L1+L2+L3+L4+L5, где;

L1=3 мм;

L2- ширина отрезного резца;

L2=3¼ 6 мм принимаем L2= 4 мм;

L3- выход инструмента;

L3=1¼ 2 мм принимаем L3=1,5 мм;

L4- длина обрабатываемой поверхности;

L4= 60 мм;

L5- выход инструмента;

L5= 1¼ 2 мм принимаем L5=1,5 мм;

L= 3+4+1,5+60+1,5=70 мм.

Расчёт количества переточек фасонного резца.

h3 = 0,3…0,5 – допустимая величина износа;

a = 0,1…0,3 – величина дефектного слоя после износа;

l = h3+a = 0,4…0,8 – сошлифованная часть.

N - число переточек.

N = (L - l)/l = (80 - 50)/0,8 = 37;

l – величина необходимая для закрепления резца в державке.

10. Расчёт количества фасонных резцов на годовую программу.

Годовая программа 1млн. штук деталей 79168.

Величина допустимого стачивания резца l = 30 мм.

Стачивание за одну переточку: D l = 0,8 мм. (Типовые нормы износа и стойкости фасонных резцов. НИИТ Автопром 1981г.)

Стойкость между двумя переточками – 4 часа. Т = 240 мин.

Суммарная стойкость: ТΕ = Т(n + 1) = 68 часов = 4080 мин.

Режимы резания:

Подача: S0=0.03 мм/об (Режимы резания металлов. Справочник под ред. Ю.В. Барановского изд-во “Машиностроение” 1972 г.)

Скорость резания :V=VтаблК1К2К3

К1–коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К2–коэффициент, зависящий от стойкости инструмента;

К3–коэффициент, зависящий от диаметра обрабатываемого прутка для фасонных резцов;

Vтабл = 73

К1 = 0.75

К2 = 0.75

К3 = 1.0

V = 73*0.75*0.75*1.0=41.1 м/мин.

Частота вращения:

n = 1000V/πd = 278 ξб/мин, по паспорту станка 270 об/мин.

Основное технологическое время tо:

tо = L/nS = 19,44/270·0.03 = 2,4 мин.

l–максимальная глубина профиля, l = 19,44мм.

Количество деталей на один резец:

К1 = ТЕ/to = 4080/2,4 = 1700 детали.

Количество деталей на программу:

Кп = П*Ка/К1 = 1000000 * 1.15/1700 = 676 резца

Ка–коэффициент аварийного запаса, Ка=1,15

2. Технология изготовления детали на шести шпиндельном токарном автомате модели 1265-6.

2. Сверлить отверстие Ж12, обработка черновым фасонным резцом профиля.

рис. 2

3. Зенкеровать отверстие Ж17, 9.

рис. 3

4. Развёртывание Ж18Н7.

рис. 4

5. Обработка зенковкой фаски, изготовление чистовым фасонным резцом профиля детали.

рис. 5

6. отрезка детали.

рис. 6

4. Установка фасонного резца на станок.

Фасонные резцы для обработки наружных поверхностей с радиальным направлением подачи устанавливают в специальных державках на поперечных суппортах станков.

Конструкция державки должна обеспечивать возможность смены и регулеровки резца и минимально допустимый вылет прутка из зажимной цанги.

На листе 1 данного курсового проекта показана державка призматического резца для позиций 2 и 5 шести шпиндельного автомата 1265 - 6.

Регулировка размера 65+/-0.02 осуществляется при помощи ослабления винтов 15 и регулировки вылета резца винтом 16, а затем затягиванием винтами 15.

Осевая регулировка резца осуществляется следующим образом: отпускаются крепёжные винты 12 и 13, винтом 7 регулируется осевой размер, и затем затягиваются крепёжные винты.

При регулировки резца в радиальном направлении отпускаются крепёжные винты 12, а положение опоры фиксируется винтом 13. Для более точной регулировки предусмотрен винт 6 (см. спецификацию).

Фасонные резцы для обработки наружных поверхностей с радиальным направлением подачи устанавливают в специальных державках на поперечных суппортах станков.

Конструкция державки должна обеспечивать возможность смены и регулировки резца и минимально допустимый вылет прутка из зажимной цанги.

5. Проектирование спирального сверла.

Обоснование использования инструмента.

Спиральное сверло Ж12 предназначенодля сверления глухого отверстия диаметра 12 мм на глубину 65мм в заготовке детали №79168.

Обоснование выбора материала режущей и хвостовой части сверла.

Для экономии быстрорежущей стали все сверла с цилиндрическим хвостовиком диаметром более 8 мм и сверла с коническим хвостовиком более 6 мм изготовляются сварными.

В основном, сверла делают из быстрорежущих сталей. Твердосплавные сверла делают для обработке конструкционных сталей высокой твердости (45...56HRC), обработке чугуна и пластмасс. Исходя из твердости обрабатываемого материала – 207 НВ, принимаем решение об изготовлении сверла из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73. Крепежную часть сверла изготовим из стали 40Х (ГОСТ 454-74).

Обоснование выбора геометрических параметров сверла.

Задний угол a. Величина заднего угла на сверле зависит от положения рассматриваемой точки режущего лезвия. Задний угол имеет наибольшую величину у сердцевины сверла и наименьшую величину - на наружном диаметре. Рекомендуемые величины заднего угла на наружном диаметре приведены в (2, стр.151, табл.44). По этим рекомендациям выбираем: a.= 8°.

Передний угол. Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок w и угла при вершине 2j. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего угла на чертеже не проставляется.

Угол при вершине сверла. Значение углов 2j для свёрл, используемых для различных обрабатываемых материалов приведены в (2, стр.152, табл.46). По этим рекомендациям принимаем: 2j = 118°.

Угол наклона винтовых канавок. Угол наклона винтовых канавок определяет жесткость сверла, величину переднего угла, свободу выхода стружки и др. Он выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и диаметра сверла. По (6,табл.5) назначаем w = 30°.

Угол наклона поперечной кромки. При одном и том же угле j определенному положению задних поверхностей соответствует вполне определенная величина угла y и длина поперечной кромки и поэтому угол y служит до известной степени критерием правильности заточки сверла. По рекомендациям (2, стр152, табл.46) назначаем: y = 45°.

Расчет, назначение конструктивных размеров сверла.

Спиральные сверла одного и того же диаметра в зависимости от серии бывают различной длины. Длина сверла характеризуется его серией. В связи с тем, что длина рабочей части сверла определяет его стойкость, жесткость, прочность и виброустойчивость, желательно во всех случаях выбирать сверло минимальной длины. Серия сверла должна быть выбрана таким образом, чтобы

lо ГОСТ ≥ lо расч.

Расчетная длина рабочей части сверла lо , равна расстоянию от вершины сверла до конца стружечной канавки, может быть определена по формуле:

lо = lр + lвых + lд + lв + lп + lк + lф,

где

lр - длина режущей части сверла lр = 0.3*dсв = 0.3*12 = 3.6 мм;

lвых - величина выхода сверла из отверстия lвых = 0 (т.к. отверстие глухое);

lд - толщина детали или глубина сверления, если отверстие глухое lд = 65 мм;

lв - толщина кондукторной втулки lв = 0 ;

lп - запас на переточку lп = D l * (i +1), где

D l - величина, срезаемая за одну переточку, измеренная в направлении оси, D l = 1 мм.;

i - число переточек i = 40;

lп = 1*(40+1) = 41 мм;

lк - величина, характеризующая увеличение длины сверла для возможности свободного выхода стружки при полностью сточенном сверле;

lф - величина, характеризующая уменьшение глубины канавки, полученной при работе канавочной фрезы

lк + lф = 1.5*dсв = 1.5*12 = 18 мм,

тогда

l0 = 3.6 + 0 +65 + 0 + 41 + 18 = 127.6 мм.

В соответствии с ГОСТ 12121-77 (" Сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком ") уточняем значения l0 и общей длины L :

l0 ГОСТ = 140 мм; L = 220 мм.

Положение сварного шва на сверле : lс = l0 + (2...3) = 143 мм.

Диаметр сердцевины сверла dс выбирается в зависимости от диаметра сверла и инструментального материала (6, стр.12):

dс = 0.15*dсв = 0.15 * 12 = 1.8 мм.

Ширина ленточки fл = (0.45...0.32)*sqrt(dс) = 0.7 мм.

Высота ленточки hл = (0.05...0.025)*dс = 0.4 мм.

Хвостовик сверла выполняется коническим - конус Морзе №1 АТ8 ГОСТ 2848 - 75 (6, табл.2 и 3).

Центровые отверстия на сверлах изготовляются в соответствии с ГОСТ 14034-74 (6, рис.5).

Определение количества переточек.

Общая длина стачивания:

lо = lk - lвых - Δ - lр, где

lвsх – величина, характеризующая увеличение длины сверла для возможности свободного выхода стружки при полностью сточенном сверле;

lр – длина режущей части сверла lр = 0.3·dсв = 0.3·12 = 3,6 мм;

lк – длина стружечной канавки;

D = 10 мм;

lо = 130-30-10-3,6=86,4 мм.

Число переточек: n = lo/D l = 86,4/0,8 = 108 переточка.

D l – величина стачивания за одну переточку.

6. Проектирования зенкера.

Обоснование использования инструмента.

Зенкер предназначен для обработки отверстия в литых деталях или штампованных деталей, а также предварительно просверленных отверстий с целью повышения точности и увеличения шероховатости поверхности отверстия. В техническом процессе зенкер, как правило, выполняет промежуточную операцию между сверлением и развёртыванием.

Зенкерованием получают отверстие точностью Н11 с шероховатостью до Rz=2,5мкм. Зенкерованием можно исправить искривление оси отверстия.

Обоснование выбора материала режущей части резца.

В металлообработке используется большое количество различных типов зенкеров. Рассмотри зенкер из быстрорежущей стали, с коническим хвостовиком, диаметр D=17.9мм, ГОСТ12489-71, тип зенкера №1 (7, Табл.2).

Выбора материала режущей части и хвостовика зенкера (2, стр.115 таб.2), при обработке сталей, экономически выгодно использовать зенкер из следующих марок быстрорежущих сталей Р18, Р6М5Ф3, Р6М5, Р9К10, Р10К5Ф5 и т.д. Выбираем марку быстрорежущей стали Р6М5, ГОСТ 19256-73. Для экономии быстрорежущей стали, зенкер делаем составным неразъемным, сваренным, с помощью контактной сварки оплавлением. Хвостовик изготавливают из стали 40Х ГОСТ 454-74.

Геометрические параметры режущей части.

Задний угол a переменный, увеличивается с уменьшением радиуса. Вспомогательный задний угол a1 = 8o, что обуславливает неблагоприятные условия резанья для вспомогательной режущей кромки.

Передний угол g. Передний угол на рабочих чертежах зенкеров обычно не указывается, поскольку он определяется конструктивной формой режущей части (w, j, l).

Главный угол в плане f=60o.

Угол наклона канавок w . Рекомендуемый угол наклона стружечной канавки у цельного хвостового быстрорежущего зенкера w = 20o

Угол наклона главной режущей кромки l обычно задается на рабочих чертежах на торцевом виде. Для быстрорежущих хвостовых зенкеров угол l =10...12°. Назначаем угол l =10°.

Расчет, назначение конструктивных размеров зенкера.

Конструкция зенкера имеет много общего с конструкцией сверла, особенно это, относится к зенкерам типа 1, 3. Более высокая жёсткость конструкции, увеличение по сравнению со сверлом числа зубьев и соответственно центрующих ленточек обеспечивают лучшее направление зенкера в процессе работы и более высокое качество обработанной поверхности.

Количество зубьев зенкера Z зависит от типа зенкера и его диаметра, в данном случае Z=3 (7, Табл. 3).

Хвостовые зенкеры изготавливаются сварными, положение сварного шва задаётся размером lc=60мм. Хвостовик для зенкеров типа 1, 3 и 6 состоит из конической базовой поверхности, служащей для центрирования зенкера и передачи крутящего момента, и лапки. Лапка предохраняет хвостовик зенкера от проворачивания в шпинделе станка в случае, когда момент сил трения на конической поверхности оказываются меньше сил резанья. Такая ситуация возникает при врезание зенкера в заготовку.

Хвостовик выполнен в форме конуса Морзе №2 (7, Табл.5), его размер выбирается по АТ8 ГОСТ 2848-75.

Для изготовления последующих переточек хвостовой зенкер снабжён центровым отверстием формы В по ГОСТ 14034-75.

Допуск на изготовление конических базовых поверхностей зенкера выбираются по ГОСТ 2848-75.

Исполнительный размер диаметра зенкера D устанавливается с ГОСТ 12509-75. Предельные отклонения для D=17,9мм: верхнее – -0,210, нижнее - -0,237 (7, Табл.6).

Допуск на диаметр зенкера рассчитывается из условия обработки отверстия по одиннадцатому квалитету.

 

D=d0+T0-P, где

D – диаметр зенкера;

d0 – номинальный диаметр отверстия;

T0 – допуск изготовление отверстия;

Р – разбивка отверстия;

Tз – допуск на изготовление зенкера.

Длина стружечной канавки:

lк = l1 + l2 + l3 + l4 + l5, где

l1- допустимое стачивание l1 = Dl * n;

где Dl - стачивание за одну переточку Dl = 1.3 (7,табл.4); n - количество переточек n = 45 (7,табл.4), тогда l1 = 1.3 * 45 = 58.5 мм;

l2 - выход зенкера из обрабатываемого отверстия l2 = 3 мм (7,стр.8);

l3 - длина отверстия l3 = 40 мм;

l4 - длина кондукторной втулки l4 = 0;

l5 - минимально допустимая длина канавки для свободного выхода стружки (7,стр.8)

l5 = 1.5 * d = 1.5 * 20 = 30 мм;

lк = 58.5 + 3 + 40 + 30 = 131.5 мм.

Уточняем lк по ГОСТ 12489-71: lк = lк ГОСТ = 80 мм, а общая длина сверла L = 174мм.

Положение места сварки lс = 60мм.

Профиль стружечных канавок. Форма и размеры стружечных канавок зенкеров должны, с одной стороны, обеспечивать размещение и свободный отвод стружки, а с другой, - достаточную жесткость зенкеров. Кроме того, форма и расположение стружечной канавки, определяют форму передней поверхности и значение переднего угла. При выборе стружечной канавки необходимо учитывать ее технологичность.

По рекомендациям (7, стр.24-25) выбираем трех радиусную форму канавки. Этот профиль обеспечивает благоприятные условия для образования и завивания стружки, он также достаточно технологичен.

7. Проектирование зенковки.

Одной из разновидностей операции зенкерования является операция образования цилиндрических ступенчатых, конических и торцевых поверхностей, выполняемых специальным осевым инструментом – зенковками.

Зенковка коническая предназначена для изготовления фаски 2х45° в отверстии Ж18.

Обоснование выбора геометрических параметров зенковки.

Геометрические параметры режущей части заданы в сечении перпендикулярном режущей кромке величиною заднего угла a, шириной фаски f и углом заострения зуба h. По рекомендациям (7, стр.30) выбираем:

a = 12°; f = 1.2; h = 40°.

Исходя из назначения зенковки, угол при вершине 2j = 90°.

Число зубьев зенковки (7, стр.22) z = 8.

Берём зенковку типа № 9, ГОСТ 14253-80 с углом при вершине 90о, с коническим хвостовиком в форме конуса Морзе № 3 (7, Табл.5), его размер выбирается по АТ8 ГОСТ 2848 - 75.

Обоснование выбора материала режущей и крепежной части.

Выбора материала режущей части и хвостовика зенковки (2, стр.115 таб.2), при обработке сталей, экономически выгодно использовать зенковки из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19256-73. Для экономии быстрорежущей стали, зенковки делают составным неразъемным, сваренным, с помощью контактной сварки оплавлением. Хвостовик изготавливают из стали 40Х ГОСТ454-74.

Хвостовик выполнен в форме конуса Морзе №2 (7, Табл.5), его размер выбирается по АТ8 ГОСТ 2848-75. Для изготовления последующих переточек хвостовой зенкер снабжён центровым отверстием формы В по ГОСТ 14034-75. Допуск на изготовление конических базовых поверхностей зенкера выбираются по ГОСТ 2848-75.

8. Проектирования развёртки.

Обоснование использования инструмента.

Развертка Ж18 предназначена для обработки отверстия Ж18 с целью повышения его точности до 7 квалитета и уменьшения шероховатости до Ra = 2.5.

Обоснование выбора материала режущей и крепежной части.

Исходя из твердости обрабатываемого материала - 207НВ, принимаем решение об изготовлении развертки из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73.

Крепежную часть развертки изготовим из стали 40х ГОСТ 454-74.

Обоснование выбора геометрических параметров развертки.

Передний угол g. Передний угол для подавляющего большинства разверток g = 0°. Это способствует укреплению режущего лезвия, уменьшает радиус округления режущего и увеличивает стойкость разверток.

Задний угол a. Задний угол измеряется в плоскости перпендикулярной режущему лезвию. Величина заднего угла a = 6...10°. Учитывая, что меньшие значения соответствуют окончательному развертыванию, принимаем a = 10°.

Главный угол в плане j. По рекомендациям (8, стр.9) выбираем j = 15°.

Угол наклона канавок. Большинство типов разверток изготовляются прямозубыми с w = 0° (8, стр.9).

Расчет и назначение конструктивных размеров развертки.

Количество зубьев развертки принимается обычно четным. Количество зубьев можно определить по формуле:

z = 1.5*sqrt(d) + (2...4) = 1.5*sqrt(24) + (2...4) = 8.

Для получения высокого класса шероховатости обработанной поверхности рекомендуется угловой шаг делать неравномерным (6,стр.4).

Исполнительный размер диаметра развертки. Исполнительный размер диаметра развертки устанавливается в зависимости от допуска на развертываемое отверстие. Установление допуска на развертку производится в соответствии со схемой на рис.11.

Наибольший диаметр развертки dmax определяется по формуле:

dmax = domin + d0 - а, где

domin - наименьший диаметр отверстия;

dр - допуск на изготовление отверстия;

а - максимальная величина разбивки;

а1 - минимальная величина разбивки;

D - допуск на износ и перешлифовку развертки;

d0 - допуск на изготовление развертки.

Ж18 +0,008

Профиль стружечных канавок. Форма и размеры стружечных канавок не играют особенно большой роли, поскольку объем снимаемого металла незначителен. Форму заточки и профиль стружечных канавок принимаем в соответствии с (8, стр.10).

Хвостовик развертки выполняется коническим - конус Морзе №3 АТ8 ГОСТ 2848 - 75. (8, табл.2 и 3).

Центровые отверстия в развертке изготовляются в соответствии с ГОСТ 14034-74 (8, рис.4).