Точность обработки изделий в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 Д_Р№2 = 0,07 мм; припуск под предварительное (черновое) развертывание Д_Р№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 JTd_Р№2 и определить ее максимальный диаметр. По табл. 2 находим P_max= 0,008 мм; Р_min = 0,005 мм; JTd_P№2,P№1= 0,006мм.

Исполнительный размер развертки, проставляемый на чертеже, составит:

d_P№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 d_pmin = d_pmax- (JTd_P + 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:

d_Р№1=19,922-_0.006

Определить исполнительный диаметр зенкера для предварительной обработки отверстия. В соответствии с расчетной схемой исполнительный диаметр чернового зенкера составит:

d_З№1=19,922-_0.006

Определить исполнительный диаметр сверла. Для рассматриваемого примера диаметр сверла составит:

D_c=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 Д_Р№2 = 3 мм; припуск под рассверливание Д_Р№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 d_СР =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 М_кр определяют по формулам теории резания металлов [1]:

P₀= 9,81·C₁·d^q·S^y₀·HB^np= 9,81·1,65·15,7·0,3^0.7·163^0,75 = 4990 (Н)

M_kp=9,81·C₃·d^q·S^y₀·HB^np =9,81·0,87·15,7²·0,3^0.8·163^0,7 = 28393 (Нм)

где С₁, С₂, С₃, С₄ - коэффициенты (принимают по данным табл. 6); q, х, у, n_р - показатели степени (принимают по данным табл. 7); (d -диаметр сверл; S - подача; НВ - твердость обрабатываемого материала.

Для 20К7

P₀= 9,81·C₁·d^q·S^y₀·HB^np= 9,81·1,5·20·0,3^0.7·163^0,75 = 5779 (Н)

M_kp=9,81·C₃·d^q·S^y₀·HB^np =9,81·0,8·20·0,3^0.8·163^0,7 = 3082,5(Нм)

11966.73>3*2893.04

Выбираем конус Морзе №3



Для 32B12

P₀= 9,81·C₁·d^q·S^y₀·HB^np= 9,81·1,5·32·0,3^0.7·163^0,75 = 2893.04 (Н)

M_kp=9,81·C₃·d^q·S^y₀·HB^np =9,81·0,8·32·0,3^0.8·163^0,7 = 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:

M_p=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·d^3(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 М_рМ_kp.

104720>28393

Для расчета величины разрушающий осевой силы Р_р используют формулу [4] :

P_p = ·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:

Р_р3Р₀

Для 32:

Разрушающий крутящий момент при сверлении определяют по выражению:

M_p=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·d^3(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 М_рМ_kp.

Для расчета величины разрушающий осевой силы Р_р используют формулу [4] :

P_p = ·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 = tg_i/ 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 = 1,5d_p + 2 = 1.5·17+210

(d_р - диаметр развертки). Число зубьев следует принимать четным, чтобы облегчить измерения диаметра развертки микрометром.

Передний угол для разверток из быстрорежущей стали принимают 0...10⁰, а для твердосплавных разверток = 0...15⁰.

Задний угол принимают небольшим - 6... 12°. Чем пластичнее обрабатываемый материал, тем больше должен быть угол .



6. Комбинированные инструменты

лезвийный инструмент обработка

Комбинированные инструменты предназначены для одновременной обработки нескольких поверхностей двумя или несколькими однотипными или различными инструментами, расположенными на одном корпусе.

Применение комбинированных инструментов позволяет резко повышать производительность обработки деталей на агрегатных и специальных станках, станках-автоматах и на автоматических линиях за счет сокращения машинного и вспомогательного времени на обработку детали. При этом можно уменьшить количество шпинделей для обработки сложных деталей.



7. Технические требования на изготовление инструментов для обработки отверстий

лезвийный инструмент обработка

1) Режущая часть цельных инструментов (хвостовых и насадных) должна изготавливаться из быстрорежущей стали по ГОСТ 19266-78.

Режущая часть инструментов с напайными пластинками должна быть оснащена пластинами марок КК6, ВК8, ВК8М, ВК6М, Т5К10, Т15К6, Т14К8, а форма и размеры пластин приняты по ГОСТ 2209-88 и 17163-71. Обозначения пластин приведены в табл. 19. [1]

Твердость хвостовиков всех инструментов и корпусов с напайными пластинками на длине стружечных канавок должна быть HRC = 30...45.

2) Корпуса инструментов сборной конструкции с напайными пластинками должны изготовляться из стали 40Х по ГОСТ 4543-71.

3) Цельные инструменты должны изготовляться сварными. Сверла и зенкеры с коническим хвостовиком диаметром 6 мм и более; с цилиндрическим хвостовиком с диаметром 8 мм и более, а развертки с диаметром 10 мм и более.

4) Хвостовики сварных инструментов должны быть изготовлены диаметром до 18 мм из стали 46 по ГОСТ 4548-71, диаметром 18 мм и более из стали 46 по ГОСТ 1050-74.

5) Твердость рабочей части цельных инструментов должна быть, HRC = 62...35.

Твердость режущей части инструментов с твердосплавными пластинами по ГОСТ 4872-75.

6) На рабочей части цельных инструментов не должно быть обезуглероженного слоя и мест с пониженной твердостью.

Слой припоя должен быть не более 0,1...0,15 мм. Разрыв слоя припоя не должен превышать 5 % от общей длины.

7) Параметры шероховатости поверхностей инструментов:

а) для сверл и зенкеров:

- задние поверхности, поверхности направляющих ленточек и поверхности хвостиков Rа 0,4 -для сверл точного исполнения;

- Rа 1,25 - для сверл общего исполнения и зенкеров;

- поверхности канавок Rа 2,5;

б) для разверток: параметры шероховатости в зависимости от квалитета обрабатываемого отверстия приведены в табл.20. [1]

8) Радиальное биение отдельных элементов относительно оси хвостовика для цельных инструментов и оси посадочного отверстия для насадных инструментов приведены для сверл в табл.21, для зенкеров в табл. 22 [1] и для разверток в табл. 23 [1].

9) Предельные отклонения углов заточки не должны превышать ±3°.

10) Допуск на длину рабочей части инструмента устанавливают равным удвоенному, а общей длины - утроенному допуску J_s16.

11) Предельные отклонения остальных размеров назначают по h12.

12) Допуски конусов Морзе назначают по ГОСТ 2848-75 и СТ СЭВ 147-75.



8. Расчёт исполнительных размеров комплекта метчиков

Рисунок 12. Конструктивные элементы режущей части и распределение нагрузки между метчиками в комплекте из трех штук

В соответствии с указанными рекомендациями определение кон-структивных элементов режущей части каждого метчика в комплекте производится в следующем порядке:

1. Определяем степень точности метчика в зависимости от степени точности нарезаемой резьбы (ГОСТ 1625-71) [1]:

степень точности резьбы 5Н6H

2. Определяем номинальный внутренний D₁ и средний D₂ диаметры резьбы (расчёты производить с точностью до 0,0001 мм):

D₁=D-1,0825P=4-1,0825=2,928мм;

D₂=D-0,6495P=4-0,6495=3,461мм.

3. Рассчитаем номинальные размеры предварительных метчиков с учётом их количества в комплекте (табл. 25) [1]:

где l_p - длина режущей части метчика.



4. Назначаем предельные отклонения (допуски) на диаметры метчиков

4.1 Определяем предельные отклонения (допуски) на средние диаметры метчиков в комплекте

Для чистовых метчиков степени точности нижнее отклонение d₂ определяется зависимостью:

ТЕ - единица допуска метчика:

Поле допуска для метчиков степени точности 5Н6H равно ТЕ, т. е.

Допуски по среднему диаметру на предварительные метчики на-значаются с учетом величины занижения (разности) среднего диа-метра предварительных метчиков относительно чистового. Если ве-личина занижения не превышает допуска на средний диаметр гайки TD₂, то допуск и нижнее отклонение на средние диаметры предвари-тельных метчиков и нижнее отклонение принимается таким же, как и чистовых. Допуск на средний диаметр гайки выбирается по справоч-нику или рассчитывается по формуле:

TD^C₂=5·TE·1,26^(С-5)=5·0,0218·1,26^(6-5)=0,137 мм,

где С - цифровая величина степени точности резьбы по среднему диаметру. Если величина занижения больше допуска на гайку, то допуск предварительных метчиков увеличивается во столько же раз.



4.2 Определяем предельные отклонения (допуски) на наружные диаметры метчиков в комплекте

лезвийный инструмент обработка

Нижнее и верхнее отклонение метчиков степеней точности 7Нувеличиваются на величину гарантированного зазора д.

Нижнее отклонение d у чистовых метчиков зависит от диаметра и степени точности нарезаемой резьбы и определяется по формуле:

eid=К·ТD₂+д=0,4·0,137+0,037=0,091 мм,

где К - коэффициент, учитывающий диаметр резьбы (К=0,4 для резьб М12…М50).

Допуск на наружный диаметр чистовых метчиков находится как:

T_d=0,2·TD₂=0,2·0,137=0,027мм.

Верхние отклонения наружных диаметров предварительных метчиков определяются как:

4.3 Определяем предельные отклонения (допуски) на внутренние диаметры метчиков в комплекте

Внутренние диаметры всех метчиков в комплекте одинаковы. Верхнее отклонение определяется для резьб с зазорами:

esd₁= -32 = -32·= -32мм.



Нижнее отклонение внутренних диаметров метчиков не назначается.

4.4 Изобразим схему расположения допусков на средние и наружные диаметры всех метчиков комплекта

5. Назначим допуск на половину угла профиля резьбы б/2 и допуск на шаг резьбы Р. Допуск на половину угла профиля резьбы метчиков степеней точности определяется соотношением:

при Р?1 мм - Т б/2= ±2(6+8/Р)= ±2(6+8/2)= ±20мин.

Допуск на шаг резьбы на длине до 25 мм для метчиков степеней точности 5Н6Н принимают:

ТР= ±0,012 мм, при Р?0,5 мм

6. Рассчитаем диаметр метчиков по переднему торцу (он будет одинаков для всех метчиков в комплекте):

d_{т чист}=d-1,28P=12-1.28=10.72 мм.

7. Определяем величину углов ц режущей части всех метчиков в комплекте:

tgц_{m чeрн}=( d_m -d_т )/2·l_pm=0,1066 (при ц_{m чeрн}=2,98є);

tgц_{m чист}=( d_m -d_т )/2·l_pm= 0,64 (при ц_{m чист}=1,51).

8. Определяем число зубьев метчика: Z=6.

9. Выбираем значение переднего г и заднего б углов резания метчика в зависимости от марки обрабатываемого материала и числа зубьев метчика (табл. 26) [1]. Для стали (Ст40ХГ) и числа зубьев метчика Z=6 принимаем г = 9є, б = 5є.

10. Рассчитаем величину затылования по вершинам режущей части:

К_чeрн=рdtg(б/z)=0,18 мм;

К_чист=рdtg(б/z)= 0,182 мм.

Полученное значение К округляем до величины кратной 0,2 при К‹2 мм:

К_чкрн=0,18 мм;

К_чист=0,18 мм.

11. Определяем ширину зуба b и диаметр сердцевины d_с метчиков, исходя из соотношения b/d (табл. 27) [1]:

d_{с чист}=0,55d=2,2мм.

12. Определяем длину калибрующей l_к и рабочей l_раб частей метчиков и общую длину l метчиков:

l_к =(12,5-0,13d)P=11,98 мм;

l_{раб 2}= l_к +l_р = 11,98+2 = 13.98 мм;

l₃ =15,98 мм;

l =48,87 мм.

Принимаем l_{раб 1}=12мм;

Принимаем l_{раб 2}=14 мм;

Принимаем l_{раб 3}=16;



Заключение

В данной работе мы спроектировали инструмент для обработки ступенчатого отверстия на металлорежущих станках. Рассчитали конструктивные параметры и провели проверочный расчёт соединительной и рабочей частей инструмента. Назначили материал режущей части и её геометрические параметры. Показали особенности проектирования спирального сверла, развёртки, комбинированного инструмента.



Список использованной литературы

лезвийный инструмент обработка

1.Денисов В.Н., Эрленеков С.В. Методические указания «Инструменты для обработки отверстий». - ПГУ:2002, 62 стр.

2.Стандарт СЭВ. СТ СЭВ 144-75. Единая система допусков и посадок СЭВ. Поля допусков и рекомендуемые посадки. - М.: Изд-во стандартов, 1977 - 52с.

3.Алексеев Г.А. Конструирование инструмента. - М.: Машиностроение, 1979. - 384с.

4.Справочник инструментальщика/И.А. Ординарцев, Г. В. Филиппов, А. Н. Шевченко и др.; под общ. ред. И. А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 846 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...