Материал: Разработка и анализ конструкции инструмента для кольцевого сверления

P_x=C_px∙t^x2∙S^y2∙HBⁿ²∙K_p, H (6.7)

P_y=C_pz∙t^x3∙S^y3∙HBⁿ³∙K_p, H (6.6)

где C_pz, C_px, C_py- коэффициенты, зависящие от свойств обрабатываемого материала;

t - глубина резания, мм;

S- подача, мм/об;

x_n,y_n,- показатели степени;

HB- твердость по Бриннелю, кгс/мм²,

K_р- поправочные коэффициенты, находятся по формуле:

K_р =K₁∙K₂∙K₃ (6.7)

где K₁ - коэф., учитывающий свойства обрабатываемого материала;

K₂ - коэф., учитывающий влияние переднего угла;

K₃- коэф., учитывающий влияние допустимого износа.

Расчет главной силы резания P_zна один зуб произведем по формуле (6.6).

P_z=34,42∙4¹∙280^0,35∙0,4∙0,925∙0,96=351,44 Н

Коэффициенты для расчета берем из справочных данных.

Крутящий момент находится как сумма моментов на каждой режущее сверло от действия тангенциальной составляющей силы резания на плече. Плечо равно радиусу, определяется по формуле (6.8).

М_кр=Р_z∙D/2, Н∙м (6.8)

М_кр=351,44∙2∙80/2=28115,2 Н∙м

Определим расчет суммарной радиальной силы резания P_yΣ по формуле (6.9).

P_yΣ=4∙C_pz∙t^x∙S^y∙HBⁿ∙K_p, H (6.9)

P_yΣ=4∙0,0031∙4^1,2∙0,1^0,75∙280²∙0,4∙0,925∙0,96=2324,10H

Определяем суммарную осевую силуP_хΣ рассчитаем по формуле (6.10).

P_хΣ=4∙C_pz∙t^x3∙S^y3∙HBⁿ³∙K_p, H (6.10)

P_хΣ=4∙0,0021∙4^1,2∙0,1^0,65∙280^1,5∙0,4∙0,925∙0,96=875,29 H

Определяем силу резания R, найдем по формуле (6.11).

R=√P_x²+ P_y²+ P_z², H (6.11)

R=√875.29²+ 2324.10²+ 702,88²=2581.01 H

Рассчитав силы резания, выполним расчёт исследование напряженно-деформированного состояния на модели инструмента инструментальной многофункциональной системы. Первоначально мы разработали модель в Компасе 3D,поэтому воспользуемся дополнительной опцией: система прочностного анализа APMFEM.

Исследование напряженно-деформированного состояния выполняется на моделях деталей и проводится для получения информации о напряжениях и деформациях, возникающих в деталях в процессе работы сверла, позволяющей установить работоспособность сверла.

Методика автоматизированного исследования заключается:

.         Построение модели непосредственно в графическом редакторе «Компас 3D» или импортирование в него модели из другого графического редактора (рисунок 6.1); производим выбор и запуск исследования.

.         Приложения усилий и нанесение сетки.

Для нанесения сетки используем силы резания рассчитанные выше. Так же при проектирование модели была определена масса m=1.66 кг, объём v=2,23e^-005 m³, плотность р=7150kg/m³. Расчет анализа зададим, статический и динамический, закрепляем за хвостовик, задаем силы резания, тип сетки выбираем автоматически. На рисунке 6.2 показана сетка и на рисунке 6.3 - параметры и результаты разбиения сетки.

Запускаем расчеты, мы получаем готовые расчеты, которые сохраняем в формате XPS.

Рисунок 6.1. Импортирование модели из компаса

Рисунок 6.2. Конечно-элементная сетка

Рисунок 6.3. Параметры и результаты разбиения

На рисунке 6.4, 6.5, 6.6 представлены расчеты на деформации, напряжения и перемещения.

Рисунок 6.4. Результаты расчета напряжений

Рисунок 6.5. Результаты расчета на текучесть

Рисунок 6.6. Результаты расчета на прочность

Из представленных итогов расчета, предельные напряжения, предел текучести допустимы для выбранного материала. Отсюда следует, что они не превышают предела для данного материала и указывают на малую вероятность выхода из строя инструмента. Также видно, что наибольшие напряжения возникают в центральной части корпуса. Это означает, что в данных местах будет происходить наибольший износ материала.

7. Технология изготовления инструмента инструментальной многофункциональной системы

Технологический процесс изготовления изделия обеспечивает все действия по изменению формы, размеров, внешнего вида и других характеристик заготовки.

Проектирование технологических процессов является одним из основных этапов производства изделий.

Разработаем технологический процесс по изготовлению корпуса.

Заготовку возьмем пруток диаметром 50мм длиной 300мм Сталь 40.

Исходные данные необходимые для выбора вида заготовки и способа ее получения:

·        материал заготовки - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71;

·        плотность материала - 7820 кг/м³.

Процесс изготовления основного корпуса состоит из следующих операций:

.         Заготовительная - отрезать заготовку Ф 45, материал Сталь40х; Выполняется на станке модели 8Б72.

.         Токарная - точить наружный Ф45; сверлить внутреннее отверстие Ф11,5; точим фаску 6х10° ; развернуть отверстие на 12; точим канавку на глубине 5мм, Ф20мм; бесцентровая шлифовка Ф44.

.         Фрезерная - фрезеровать две лыски , фрезеровать углубление R10 на l=50мм; переустановить деталь фрезеровать углубление R10 на l=50мм, фрезеровать лапку. Выполняются на токарно-фрезерном обрабатывающем центре 1728С.

.         Шливование :

.1       Бесцентровая шлифовка конуса Морзе №3.

.2       Шлифование - внутришлифовальная, Ф20.

.         Выполняется на внутришлифовальные станки с горизонтальным шпинделем 3К227В.

Проверить размеры корпуса согласно чертежу (приложение№1).

7.1 Разработка маршрута обработки изготовления детали

Выполним нормирование операций, пользуясь приближенными формулами (таблица 7.1).

Таблица 7.1. Маршрут обработки

7.2 Определение штучно-калькуляционного времени

Определяем штучно-калькуляционное время по формуле:

Т_ш-к. = φ_к×Т_о (7.1)

где φ_к - коэффициент;

φ_к = 1,36 - токарная;

φ_к = 1,51 - фрезерная;

φ_к = 1,55 -шлифовальная.

Получаем следующие величины

Т^ток_шт.к.= 3,99×1,36 = 6,384мин;

Т^фрез_шт.к.= 0,08×1,51 = 0,1208мин;

Т^шлиф_шт.к.= 0,73×1,55= 1,1315 мин;

Т^шлиф_шт.к.= 1,59×1,55= 2,4645мин.

Расчетные данные заносим в таблицу 7.2.

Порядок расчета на примере токарной операции:

m_p^I=  (7.2)

m_p^I=

принимаем р^I= 1 станок, η_з.ф.= 3,53:

О =

Таблица 7.2. Выбор оборудования

Так как коэффициент закрепления операций больше 1,тип производства - крупносерийное.

7.3 Описание оборудования для изготовления корпуса

- Пила механическая 8Б72: станки модели 8Б72 предназначены для холодной резки металла диаметром до 250 мм под углом 90 градусов.

Класс точности Н; наибольший размер устанавливаемой заготовки равна 250мм; наибольшая длина разрезаемого материала по упору равна 350мм. Размеры применяемого ножовочного полотна: длина (межцентровое расстояние) 500мм, ширина 40мм, диаметр отверстий 8.Наибольшая ширина пропила, мм 3,8 и длина ода пильной рамы 140 и 180мм.

- Токарно-фрезерный обрабатывающий центр 1728C

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр модели 1728С предназначен для комплексной обработки деталей типа тел вращения в патроне и центрах.

Точность обработки обеспечивается конструкцией станка (высокоточные подшипники, линейные направляющие, активные измерительные системы контроля инструмента, жесткость и виброустойчивость базовых корпусных деталей, термосимметричные конструкции, исключающие влияние температурных деформаций и др.).

Полная обработка детали за один установ исключает погрешности базирования, имеющие место при традиционной технологии.

Концентрация операций на одном станке позволяет достичь ощутимой экономии за счет отказа от изготовления специальной оснастки для базирования заготовок на смежных операциях.

Характеристики для стандартного исполнения обрабатывающего центра и могут быть изменены по желанию заказчика.[13]

3-Бесцентровые круглошлифовальные станкиЗМ184. Техническая характеристика: диаметр шлифования 3...80 мм; наибольшая длина шлифования(при врезном шлифовании 145 мм и при сквозном шлифовании165мм). Скорость подвода при врезном шлифовании равна 1,48м/мин. Мощность электродвигателя, кВт: шлифовального круга 13; ведущего круга 0,76.

Внутришлифовальные станки с горизонтальным шпинделем 3К227В: наибольший диаметр изделия - 200мм, размеры шлифуемого отверстия (диаметр20…100мм и наибольшая длина 125 мм), наибольший угол поворота бабки изделия 30град; наибольшее поперечное перемещение бабки изделия 450 мм.[14]

Разработанный технологический процесс для корпуса готов. Для остальных элементов разработаем технологические процессы с помощью программы САПР «Вертикаль».

На рисунке 7.1 показано формирование технологической карты.

Рисунок 7.1. Формирование карты технологического процесса

На рисунке 7.2 показана сформированная карта технологического процесса.

Рисунок 7.2. Операционная карта технологического процесса

Заключение

В выпускной квалификационной работе была проведена конструкторско-технологическая разработка инструментов для кольцевого резания, предназначенного для сверления отверстий в сплошном материале, для обработки отверстия, наружной поверхности, обработки канавок или других поверхностей, вырезания дисков необходимого диаметра.

В информационном обзоре рассмотрено кольцевое сверление как вид обработки, показаны возможные результаты кольцевой обработки и проведён анализ литературных источников, с целью изучения и анализа имеющихся инструментов.

В разделе «Анализ состояния вопроса» рассмотрены вид обработки на станках, проблемы, связанные с разработкой конструкций инструментов для кольцевой обработки. Приведен прототип инструмента, его недостатки и принципиальные решения в новой конструкции.

В третьем разделе изложен анализ конструкции регулируемого двухрезцового инструмента для кольцевого резания, в котором идет описание принципиальных решений. С ожидаемым повышением качества обработки поверхности и повышением производительности, так как каждый элемент конструкции по-своему уникальный.

В четвертом разделе описаны марки материала и выбраны для каждой детали разработанной конструкции инструмента.

В пятом разделе выполнена проектировка основных частей. Представлены чертежи в 2Dи 3D и произведен расчет масс. Так же приведена конструкция инструментальной многофункциональной системы в трех видах.

В шестом разделе произведен расчет сил резания, действующие на разработанную конструкцию. Выполнен расчет исследование напряженно-деформированного состояния модели с помощью программы Компасе 3D APM FEM. Получили информацию о напряжениях и деформациях, возникающих в деталях в процессе работы.

В седьмом разделе разработана технология изготовления режущей части, показана реальность ее изготовления для действующих производств.

Достоинство разработанного инструмента:

1.   Большой диапазон диаметров кольцевого резания;

2.       Регулирования вылета режущих резцов;

.         Различная форма режущей части резцов;