Введение
Способ получения деталей машин посредством резания лезвийным инструментом по сравнению с прочими существующими способами отличается большей универсальностью, точностью обработки, и обеспечивает возможность управления процессом формообразования. Важная роль в эффективности процесса резания принадлежит конструкции режущего инструмента. От геометрических и физических свойств режущей части инструмента зависит надёжность процесса резания.
Способность режущего инструмента сохранять первоначальные параметры в течение длительного промежутка времени способствует увеличению надёжности процесса резания. Это особенно важно для современных или автоматизированных технологий получения детали.
1. Расчет диаметров инструментов для обработки отверстия
лезвийный инструмент обработка
Последовательность построения расчетной схемы и методика определения исполнительных размеров инструментов изложены применительно к обработке отверстия 20K7
1. Для обработки отверстия 20K7 необходимо выполнить следующие операции: сверление, развёртывание предварительное, развёртывание окончательное.
2. Назначить межоперационные припуски. Под окончательное (чистовое) развертывание ДР№2 = 0,07 мм; припуск под предварительное (черновое) развертывание ДР№1= 0,18 мм.
3. Построить поле допуска на диаметр отверстия. Для отверстия 20K7 по СТ СЭВ 144-75 [2]: верхнее отклонение ЕS = +0,005 мм; нижнее отклонение ЕI = -0.01 мм.
4. Построить на расчетной схеме поле допуска на диаметр чистовой развертки JTdР№2 и определить ее максимальный диаметр. По табл. 2 находим Pmax= 0,008 мм; Рmin = 0,005 мм; JTdP№2,P№1= 0,006мм.
Исполнительный размер развертки, проставляемый на чертеже, составит:
dP№2 =19,999-0,006
Для удобства настройки калибров для контроля диаметра развертки при изготовлении на рабочих чертежах следует указывать наибольший размер как номинальный, т. е. 19,999 мм.
Наименьший диаметр развертки с учетом износа определится по выражению dpmin = dpmax- (JTdP + J) = 19,999- (0,006 + 0,005) = 19,988 мм.
5. Определить исполнительные диаметры остальных инструментов.
Для рассматриваемого примера определение размеров инструментов производят в следующем порядке:
Определить исполнительный диаметр развертки для предварительной обработки отверстия. В соответствии с расчетной схемой исполнительный диаметр черновой развертки составит:
dР№1=19,922-0.006
Определить исполнительный диаметр зенкера для предварительной обработки отверстия. В соответствии с расчетной схемой исполнительный диаметр чернового зенкера составит:
dЗ№1=19,922-0.006
Определить исполнительный диаметр сверла. Для рассматриваемого примера диаметр сверла составит:
Dc=19,922-0,006
6. Аналогично построить схемы расположения полей допусков и рассчитать исполнительные диаметры инструментов по остальным участкам ступенчатого отверстия:
Последовательность построения расчетной схемы и методика определения исполнительных размеров инструментов изложены применительно к обработке отверстия 32В12
2. Для обработки отверстия 32В12 необходимо выполнить следующие операции: сверление, рассверливание, зенкерование.
3. Назначить межоперационные припуски. Под зенкерование ДР№2 = 3 мм; припуск под рассверливание ДР№1= 9 мм.
Рисунок 1. Схема расположения допусков отверстия 20К7
Рисунок 2. Схема расположения допусков отверстия 32В12
2. Конструкция хвостовиков инструментов
Хвостовики инструментов для обработки отверстий должны центрировать инструмент, т. е. совмещать оси инструмента и шпинделя станка и передавать крутящий момент от шпинделя станка к инструменту.
Рисунок 3. Размеры конических хвостовиков инструментов
3. Расчет инструментальных конусов Морзе
При проектировании инструментов следует выполнить проверочный расчет хвостовой части по максимальному крутящему моменту с учетом затупления инструмента.
Рисунок 5. Силы, действующие на конусный хвостовик инструмента
Для 20К7:
При проектировании инструментов конструктор должен выполнить проверочный расчет хвостовой части по максимальному крутящему моменту с учетом затупления инструмента.
При расчете принять, что силы трения на поверхности конуса приложены к хвостовику в сечении по среднему диаметру dСР =0,5(d1 + d2), где d1 - больший диаметр конуса; d2 - меньший.
Рассчитываем величину момента трения:
При наличии погрешности изготовления конусных поверхностей хвостовика инструмента и гнезда в шпинделе станка в формулу для определения крутящего момента вводят поправку:
Н*м
где - коэффициент трения; - сумма отклонений углов конусности хвостовика и гнезда от теоретического угла (в угловых минутах).
Для практических расчетов принять = 10'; = 0,1; = 1°26'. Осевую силу резания Р0 и крутящий момент Мкр определяют по формулам теории резания металлов [1]:
P0= 9,81·C1·dq·Sy0·HBnp= 9,81·1,65·15,7·0,30.7·1630,75 = 4990 (Н)
Mkp=9,81·C3·dq·Sy0·HBnp =9,81·0,87·15,72·0,30.8·1630,7 = 28393 (Нм)
где С1, С2, С3, С4 - коэффициенты (принимают по данным табл. 6); q, х, у, nр - показатели степени (принимают по данным табл. 7); (d -диаметр сверл; S - подача; НВ - твердость обрабатываемого материала.
Для 20К7
P0= 9,81·C1·dq·Sy0·HBnp= 9,81·1,5·20·0,30.7·1630,75 = 5779 (Н)
Mkp=9,81·C3·dq·Sy0·HBnp =9,81·0,8·20·0,30.8·1630,7 = 3082,5(Нм)
11966.73>3*2893.04
Выбираем конус Морзе №3
Для 32B12
P0= 9,81·C1·dq·Sy0·HBnp= 9,81·1,5·32·0,30.7·1630,75 = 2893.04 (Н)
Mkp=9,81·C3·dq·Sy0·HBnp =9,81·0,8·32·0,30.8·1630,7 = 11966.73(Нм)
Выбираем конус Морзе №5
4. Расчет спиральных сверл на прочность и жесткость
На сверло в процессе резания действуют осевая сила резания Р0 и крутящий момент М0, который воспринимаются равными по величине и обратным по направлению реактивным осевым усилием и крутящим моментом хвостовика. Поэтому рабочая часть и шейка сверла испытывают одновременно касательные напряжения ф от крутящего момента и нормальные напряжения у от осевого усилия. Чтобы сверло надежно противостояло силам резания, оно должно иметь запас прочности, в три раза превышающий действующие нагрузки.
Рисунок 5. Схема сил, действующих на сверло при обработке.
Для 20:
Разрушающий крутящий момент при сверлении определяют по выражению:
Mp=W0·k = 61.6·1700=104720Н*м
где - W0полярный момент сопротивления поперечного сечения рабочей части сверла кручению; k- предел прочности материала сверла при кручении. По данным [4] определяютW0 по формуле:
W0= 0,003·d3(1-1/mo)·10n= 42.96
где d - диаметр сверла; m0 - коэффициент однородности материала; n - показатель степени:
n= 1.4 d0/d + B/d·cos = 1.02
где d0 - диаметр сердцевины в опасном сечении; В - ширина пера сверла; - угол подъема винтовой канавки сверла. Для стандартных сверл из быстрорежущей стали следует принимать:
k = 1600…1800 МПа, m0 = 15…20, d0/d = 0.15, B/d = 0.65.
Для надежной работы сверла должно выполняться условие МрМkp.
104720>28393
Для расчета величины разрушающий осевой силы Рр используют формулу [4] :
Pp = ·F·t = 5250.29
где - коэффициент, учитывающий завитость сверла ( = 0.22..0.25); F - площадь поперечного сечения рабочей части сверла (F= 0,314d2, где d - в мм.); t- предел текучести при сжатии материала сверла (t=3000...3200 МПа).
При расчете должно выполняться условие:
Рр3Р0
Для 32:
Разрушающий крутящий момент при сверлении определяют по выражению:
Mp=W0·k = 170·1700=289000Н*м
где - W0полярный момент сопротивления поперечного сечения рабочей части сверла кручению; k- предел прочности материала сверла при кручении. По данным [4] определяютW0 по формуле:
W0= 0,003·d3(1-1/mo)·10n= 51.91
где d - диаметр сверла; m0 - коэффициент однородности материала; n - показатель степени:
n= 1.4 d0/d + B/d·cos =
где d0 - диаметр сердцевины в опасном сечении; В - ширина пера сверла; - угол подъема винтовой канавки сверла. Для стандартных сверл из быстрорежущей стали следует принимать:
k = 1600…1800 МПа, m0 = 15…20, d0/d = 0.15, B/d = 0.65.
Для надежной работы сверла должно выполняться условие МрМkp.
Для расчета величины разрушающий осевой силы Рр используют формулу [4] :
Pp = ·F·t =
где - коэффициент, учитывающий завитость сверла ( = 0.22..0.25); F - площадь поперечного сечения рабочей части сверла (F= 0,314d2, где d - в мм.); t- предел текучести при сжатии материала сверла (t=3000...3200 МПа).
5. Части и конструктивные элементы инструментов для обработки отверстий
лезвийный инструмент обработка
5.1 Спиральные сверла
Рисунок 6. Схема определения длины рабочей части сверла
Выбираем геометрические параметры:
Таблица 1. Основные геометрические параметры инструментов.
Для централизованно выпускаемых сверл угол принимают равным 25...280 (для сверл диаметром до. 10 мм) и 30...350 (для сверл больших размеров). На чертежах часто кроме угла задают шаг Н винтовой канавки, который равен:
H = ·d/tg = 3,14·15.7/tg32°=79мм;
где d- диаметр сверла.
Главные режущие кромки наклонены к оси сверла под углом в плане . На чертежах указывают удвоенное значение угла - 2. Для стандартных быстрорежущих сверл принимают 2 = 1 18.. .120°, а для твердосплавных сверл 2 = 130.. .140°. Передний угол сверла в нормальном к режущей кромке сечении рассчитывают по формуле:
tg = tgi/ sin = 0,7265;
= 36
где i - рассматриваемая точка режущей кромки.
Величина заднего угла определяется способом заточки главных задних поверхностей сверла. Для стандартных быстрорежущих сверл задний угол на периферии сверла принимают равным 14°. При этом величина угла составляет 55°.
Хвостовик сверла при диаметре свыше 10 мм принимают преимущественно конической формы. Для сверл диаметром свыше 8 мм с целью экономии быстрорежущей стали хвостовики делают из стали 45 или 40Х и приваривают их к рабочей части.
Рисунок 7. Конструктивные и геометрические параметры рабочей части геометрического сверла
5.2 Зенкеры
Зенкеры в отличие от сверл имеют большое количество режущих зубьев и направляющих ленточек (обычно 3-4), обладают большей жесткостью и не имеют перемычки, что позволяет уменьшить разбивку обработанного отверстия и увод оси.
Рисунок 8 .зенкер цельный с коническим хвостовиком
Различают следующие типы зенкеров: хвостовые, насадные цельные и насадные сборные.
Хвостовые зенкеры изготовляют диаметром 14...50 мм с числом зубьев 3...4. Главный угол в плане для зенкеров из быстрорежущей стали назначают: при обработке стали - 60°.
Величину переднего угла в зависимости от обрабатываемого материала и материала режущей части зенкера назначаем 10°. Задний угол у зенкеров принимаем 80 на режущей части и 50 на калибрующей.
Угол наклона винтовой канавки принимаем равным 100. Угол наклона главного режущего лезвия , принимаем равным15°. Ширину цилиндрических ленточек принимаем равной 2,0 мм.
При обработке вязких материалов следует изготовлять развертки с наклонными или винтовыми зубьями. Развертка с наклонными зубьями позволяет более эффективно уменьшать шероховатость поверхности. Угол наклона зубьев принимают 10...45°. Чем вязче материал, тем больше следует задавать угол наклона.
Рисунок 9. Зенкер насадной
Рисунок 10. Геометрические параметры зенкеров из быстрорежущей стали
5.3 Развертки
Цилиндрические развертки для проектирования следует выбирать хвостовые, насадные цельные и насадные сборные. По способу применения развертки подразделяют на машинные и ручные, а по принципу регулирования размера постоянные и регулируемые.
Рисунок 11. Развертки
Рисунок 12. Конструктивные и геометрические параметры рабочей части разверток
Число зубьев 2 развертки для вязких металлов определяют по формуле:
Z = 1,5dp + 2 = 1.5·17+210