Резание металлов
СОДЕРЖАНИЕ: Аннотация Аносов В. М. Расчёт оптимального режима резания и сконнструированное спиральное сверло: Контрольная работа по предмету «Режущий инструмент». – Челябинск : ЮУрГУ, 2008. – 14., библиография литературы – 7 наименования, иллюстрций – 8, 1 лист чертежей формата А3.Аннотация
Аносов В. М. Расчёт оптимального режима резания и сконнструированное спиральное сверло:
Контрольная работа по предмету «Режущий инструмент». – Челябинск : ЮУрГУ, 2008. – 14., библиография литературы – 7 наименования, иллюстрций – 8, 1 лист чертежей формата А3.
В результате выполнения контрольной работы были произведены расчёты оптимального режима резания спиральным сверлом и произведены расчёты затраченного времени. Для выполнения работы был задан обрабатываемый материал и исполняемую работу. Проведя расчёты по выполнению назначеной работы был выбран инструмент, который в последствии требовалось сконструировать. Выбран материал и геометрические параметры сверла, тип и габаритные размеры. Выполнен рабочий чертёж сверла в формате А3.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Выбор оборудования
1.1 Общие данные станка
1.2 Общие сведения об обработке
2. Порядок выполнения работы
2.1 Выбор инструмента
2.2 Выбор режима резания
2.3 Выбор скорости и числа оборотов
2.4 Проверка режима…
3. Второй этап «Развётывание»
3.1 Выбор подачи
3.2 Выбор скорости резания и числа оборотов
4. Определение основного технологического времени
5. Проектирование спирального сверла
5.1 Обоснование выбора материала
5.2 Обоснование выбора геометрии…
5.3 Расчёт и назначение…
Определение количество переточек
6. Литература
ВВЕДЕНИЕ
Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку с целью придать ей заданную форму и размеры указанной точности.
Одним из таких способов является механическая обработка заготовок резанием. Она осуществляется металлорежущим инструментом и ведётся на металлорежущих станках.
Все способы и виды обработки металлов основаны на срезании припуска и преобразования его в стружку, составляют разновидности, определяемые термином «резание металлов».
Самым выгодным режимом резания называется такой, при котором обеспечиваются наибольшая производительность и наименьшая себестоимость обработки при этом не нарушая качества изделия.
При назначении элементов режима резания необходимо наиболее полно использовать режущие свойства инструмента, а также кинематические и динамические данные станка. При этом должно быть обеспечено заданное качество обработанной детали. Назначение режима резания – это выбор скорости, подачи и глубины резания, обеспечивающий требуемый период стойкости инструмента.
Выбор метода расчёта диктуется конкретными условиями.
В основном это затраченное время и качество обработки. Для этого выпущено достаточное количество литературы, которое с изменением технологии и новыми требованиями всё больше пополняется. Единственно что требуется правильно в них ориентироваться и более точно использовать их по назначению.
ЗАДАНИЕ:
На выполнение контрольной работы
по курсу «Режущий инструмент».
Расчитать и сконструировать спиральное сверло из быстрорежущей стали для сверления отверстия ш40 – глубиной 100 мм. в заготовке, под последующую технологическую операцию, (отверстие развернуть развёрткой ci = 40 мм. ).
Материал заготовки – Сталь 45ХН, НВ 207 .
Форму заточки выбрать самостоятельно.
Диаметр сверла выбрать по справочнику.
1. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Обработку заготовки проведём на вертикально – сверлильном станке 2А135 представленном на Рис. 1.1.
НАЗНАЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНО – СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА :
Вертикально – сверлильные станки (см.рис. 5.3.) предназначены для выполнения следующих работ: сверление, рассверливание, зенкерование и развёртывание отверстий, а также нарезание внутренних резьб машинными мечиками.
Сверлильный станок состоит из: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – коробка скоростей; 4 – рукоятки управления механизма скоростей; 5 – рукоятки управления механизма коробки подач; 6 – коробка подач; 7 – рукоятка включения механи-ческой подачи; 8 – рукоятка пуска, останова и реверса шпинделя; 9 – шпиндель; 10 – стол; 11 – рукоятка подъёма стола
ОБЩИЕ ДАННЫЕ СТАНКА :
Вертикально-сверлильный станок 2Н135
Мощность двигателя Nдв. = 4,5 кВт.
КПД станка h = 0,8.
Частота вращения шпинделя , об/мин: 31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000; 1440.
Подачи, мм/об: 0,1; 0,14; 0,2; 0,28; 0,4; 0,56; 0,8; 1,12; 1,6.
Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи станка Рmax =15000 Н.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ
Наиболее распрост-раненный метод получения отверстий резанием – сверление .
Движение резания (главное движение) при сверлении – вращатель-ное движение, движение подачи – поступательное . В качестве инструмента при сверлении приме-няются сверла. Самые распространенные из них – спиральные , предназначены для сверления и рассвер-ливания отверстий, глубина которых не превышает 10 диаметров сверла. Шероховатость поверхности после сверления Ra = 12,5 6,3 мкм ., точность по 11 -14 квалитету. Градация диаметров спиральных сверел должна соответствовать: ГОСТ
885 – 64 .
Для получения более точных отверстий (8 – 9 квалитет) с шероховатостью поверхности Ra = 6,3 3,2 мкм ., применяют зенкерование. Исполнительные диаметры стандартных зенкеров соответствуют ГОСТ 1677 – 75 .
Развертывание обеспечивает изготовление отверстий повышенной точности (5 – 7 квалитет) низкой шероховатости до Ra = 0,4 мкм .
Исполнительные размеры диаметров разверток из инструментальных сталей приведены в ГОСТ 11174 – 65 , с пластинками из твердого сплава в ГОСТ 1173 -65 .
Отличительной особенностью назначения режима резания при сверлении является то, что глубина резания t = D /2 , при рассверливании, зенкеровании и развертывании.
При рассверливании отверстий подача, рекомендуемая для сверления, может быть увеличена в 2 раза.
2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
На вертикально-сверлильном станке 2Н135 обработать сквозное отверстие диаметром 40 Н7 (Ra = 6,3 мкм .), l = 100 мм . Материал заготовки, сталь 45ХН НВ 207 .
| Механические свойства «Сталь 45ХН» (Данные взяты из справочника сталей) |
||||
| Состояние поставки КП 395 |
Сечение 100 – 300 мм. |
0,2 = 395 МПа |
5 = 15 % |
KCU = 54 Дж /м 2 |
| В = 615 МПа |
= 40 % |
НВ = 187 – 229 |
||
Предназначение материала Сталь 40ХН: – коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты и другие ответственные детали.
Необходимо : выбрать режущий инструмент, назначить режим резания по таблицам нормативов, определить основное время.
2.1 Выбор инструмента .
Согласно исходных данных, (заданных по заданию), операция выполняется в два этапа : сверление, и развёртывание.
Для сверления Сталь 45ХН НВ207 согласно [7] выбираем сверло D = 39,5 мм ., из стали Р18 , ГОСТ 10903 – 77 заточенное по методу В.И. Жирова, 2 j = 118 ° ; 2 j 0 = 70 ° ; для развертывания – цельную развертку D = 40 мм, j = 5 ° из стали Р18 .
| |
Рис. 2.2 Геометрические и конструктивные
элементы сверла с коническим хвостовиком:
1 – передняя поверхность лезвия; 2 – главная режущяя кромка;
3 – вспомогательная режущая кромка; 4 – главная задняя
поверхность лезвия; 5 – вспомогательная задняя поверхность
лезвия; 6 – вершина лезвия; 7 – крепёжная часть инструмента.
Первый этап :
2.2 Выбор режима резания .
Расчет режимов резания выполним в традиционной последовательности с использованием данных работы [7].
2.2.1 Выбор подачи . Для сверления заготовки НВ
2.2.2 207 сверлом диаметром 39,5 мм ., выбираем подачу (по таблице 25 стр. 277 [2]),
S = 0,48 0,58 мм. /об .
При сверлении отверстия глубиной l 3 D
поправочный коэффициент К l S = 1 из этого следует:
S = 0,48 0,58 мм. /об .
По паспорту станка устанавливаем ближайшую подачу к расчетной: –
S = 0,56 мм ./об .
2 .3 Выбор скорости и числа оборотов .
Исходя из диаметра сверла 39,5 мм . (выбранной по таблице 42 стр. 142 [2]) скорость резания для данного случая V = 21 24 м. /мин ., (выбираем по таблице 10 стр. 309 [2] том 1), число оборотов шпинделя вычислим по формуле:
По теоретически найденой частоте вращения шпинделя (принимают ближайшее меньшее значение) подберём число оборотов шпинделя существующие по паспорту станка, оно состовляет n Н = 125 об. /мин .
Учитывая поправочные коэффициенты на заточку сверла по методу В.И. Жирова (ЖДП) Кф v = 1,05 , на длину сверления (l 3 D ), К l v = 1,0 (таблица 31, стр. 280 [2]) и на механические свойства заготовкм НВ 207 Км v = 1,196 (Поправочный коэффициент Км v , вычислим по формуле взятой из таблицы 1 стр. 261 [2] том 2):
получаем расчетное число оборотов в минуту:
n = nн Кфv Кlv Кмv = 125 1,05 1,0 1,196 = 157 об /мин .
Ближайшее число оборотов по паспорту станка n = 125 об/мин. Тогда фактическая скорость резания будет равна
2 .4 Проверка выбранного режима по осевому усилию и мощности.
Для установленных условий сверления D = 39,5 мм , S = 0,56 мм ./об . и
n = 125 об ./мин ., проведём следующие вычисления:
Крутящий момент, Н ·м , и осевую силу, Н , при сверлении расчитаем по формулам:
где коэффициэнты: (из таблицы 32, стр. 281 [2] том 2)
крутящий момент: – СМ = 0,0345 ; q = 2,0 ; у = 0,8
осевой силы: – СР = 68 ; q = 1,0 ; у = 0,7
Вычислим требуемую мощность затрачиваемую на обработку заготовки детали по формуле: (взятой из [2] стр. 280 том 2)
Вычислим мощность на шпинделе N шп. и сопоставим с затрачиваемой мощностью на обработку заготовки, N е.
N шп. = N дв. · h = 4,5 · 0,8 = 3,6 кВт.
Из данного расчёта режима резания, мы видим что станок оказался на пределе мощности, но исходя из запаса прочности станка, данное изделие возможно изготавливать на данном оборудовании, в крайнем случае придётся заменить станок на более мощный.
Второй этап : Развёртывание
3 .1 Выбор подачи .
Для развертывания отверстия в Стали 45ХН НВ 200 машинной разверткой D = 40 мм ., (со вставными ножами из быстрорежущей стали
ГОСТ 883 – 80 с коническим хвостовиком, табл 49 стр. 156 [2] том 2), с чистотой поверхности отверстия Ra = 1,6 мкм . рекомендуется подача S = 1,4 1,5 мм ./об . Ближайшая подача по паспорту станка S = 1,12 мм ./об .
3 .2 Выбор скорости резания и числа оборотов .
Для развертывания отверстия диаметром 40 мм . с подачей S = 1,12 мм ./об . рекомендуется число оборотов n н = 105 об ./мин . С учетом поправочного коэффициента на обрабатываемый материал Сталь 40ХН НВ 200 Км n = 0,88 . Тогда:
Скорость резания V , м./мин ., при развёртывания вычислим по формуле:
где: (из таблицы 29 стр. 279 [2] том 2)
С V = 10,5 ; q = 0,3 ; х = 0,2 y = 0,65 ; m = 0,4 .
где: (из таблицы 30 Стр. 280 [2] том 2)
Т = 80 мин.
Общий поправочный коэффициент KV , влияющий на скорость резания, определим по формуле:
где: (из таблицы 1 – 4, 6 стр. 261 – 263 [2] том 2)
K м V = 1,196 ; K и V = 1,0 ; Kl V = 1,0
Число оборотов определим по формуле:
n = nн Кмn = 105 0,88 = 92 об /мин.
Ближайшее число оборотов по паспорту станка n = 90 об /мин .
Фактическая скорость резания:
4. Определение основного (технологического) времени.
Величина врезания и перебега инструментов l 1 при работе на проход для сверла с двойной заточкой равна 21 мм .; для развертки 30 мм .
При длине отверстия l = 100 мм ., основное (технологическое) время каждого перехода равно:
Основное время операции:
T0 = t01 + t02 = 1,73 + 1,29 = 3,02 мин .
5. Проектирование спирального сверла .
Обоснование использования инструмента.
Спиральное сверло 39,5 предназначено для сверления сквозного отверстия диаметра 39,5 + мм . на глубину 100 мм . в заготовке детали.
5.1 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 обработки конструкционных сталей высокой твердости (45 ...56 HRC ). Исходя из твердости обрабатываемого материала – 207 НВ , принимаем решение об изготовлении сверла из быстрорежущей стали Р18 ГОСТ 10903 – 77 . Крепежную часть сверла изготовим из стали 40Х (ГОСТ
454 – 74 ).
5.2 Обоснование выбора геометрических параметров сверла .
Задний угол . 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: . = 8°.
Рис. 5.1 Углы спирального сверла в системе координат
а) – статической; б) – кинематической.
Передний угол . Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок и угла при вершине 2. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего угла на чертеже не проставляется.
Угол при вершине сверла . Значение углов 2для свёрл, используемых для различных обрабатываемых материалов приведены в (2, стр.152, табл.46). По этим рекомендациям принимаем: 2118°.
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 = 30°.
Угол наклона поперечной кромки . При одном и том же угле определенному положению задних поверхностей соответствует вполне определенная величина угла и длина поперечной кромки и поэтому угол служит до известной степени критерием правильности заточки сверла. По рекомендациям (2, стр152, табл.46) назначаем: = 45°.
5.3 Расчет и 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 · 39,5 = 11.85 мм .;
lвых – величина выхода сверла из отверстия lвых = 3 мм .;
lд – толщина детали или глубина сверления, если отверстие сквозное
l д = 100 мм .;
lв – толщина кондукторной в тулки lв = 0 ;
lп – запас на переточку lп = l · (i +1), где
l – величина, срезаемая за одну переточку, измеренная в направлении оси, 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 = 1,2 · dсв = 1,2 · 39,5 = 47,4 мм .,
тогда:
l0 = 11,85 + 3 + 100 + 0 + 41 + 47,4 = 203,25 мм .
В соответствии с ГОСТ 10903 – 77 (Сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком) уточняем значения l0 и общей длины L :
l0 ГОСТ = 200 мм ; L = 349 мм .
Положение сварного шва на сверле : lс = l0 + (2 ...3 ) = 203 мм .
Диаметр сердцевины сверла dс выбирается в зависимости от диаметра сверла и инструментального материала (6, стр.12):
dс = 0,15 · dсв = 0,15 · 39,5 6 мм .
Ширина ленточки fл = (0,45 ...0,32 ) · sqrt(dс ) = (0,45 …0,32 ) · 6 = 2,7 мм .
Высота ленточки hл = (0,05 ...0,025 ) · dс = (0,05 …0,025 · 6 = 0,3 мм .
Хвостовик сверла выполняется коническим – конус Морзе № 4 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 = lк – lвых – – lр ,
где:
lвых – 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 · 39,5 = 11,85 мм .;
lк – длина стружечной канавки;
D = 17 мм ;
lо = 200 – 3 – 17 – 11,85 = 168,15 мм .
Число переточек: n = lo /D l = 168,15 /0,8 = 210 переточек.
D l – величина стачивания за одну переточку.
6.0 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. – М.: Машиностроение, 1976.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах. Т.2. Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1985.
3. Справочник технолога-машиностроителя. В двух томах. Т.2. Под ред. А.А. Малова . – М.: Машиностроение, 1972.
4. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. – М.: Машиностроение, 1967.
5. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 2. – М.: Машиностроение, 1967.
6. Справочник по обработке металлов резанием. Абрамов Ф.Н. и др. – К.: Техника, 1983.
7. Справочник нормировщика-машиностроителя: в 2 т./Под ред. Е.М. Стружестраха. – М.: ГОСИздат, 1961. – Т,2. – 892 с.