Проектирование цилиндрической протяжки
1. Цель и выполняемые задачи работы
Целью работы является ознакомление с различными формами и видами протяжек, правилами установки, правилами назначения передних и задних углов, алгоритмом проектирования протяжек. Задача работы состоит в проектировании цилиндрической протяжки и выполнении рабочего чертежа протяжки.
2. Исходные данные
Спроектировать цилиндрическую протяжку:
D – 25H9
D0=23,9 мм;
L=50 мм;
Материал: Сталь 40ХН300НВ
Станок: 7А510
3. Определение припуска под протягивание
При проектировании цилиндрических протяжек припуск на диаметр определяется по таблице
Таблица 3.1
Согласно таблице определяем припуск равный 0,8мм
4. Выбор величины подъема на зуб
Величина подъема на зуб выбирается в зависимости от типа протяжки и обрабатываемого материала. Назначая подъем на зуб, необходимо учитывать, что меньшие толщины стружки способствуют снижению шероховатости обработанной поверхности, требуют меньших усилий.
При выборе больших величин Sz протяжки получается более короткими, но требуют больших протяжных усилий и испытывают большие напряжения. Для протяжек, работающих по одинарной схеме резания, следует избегать величин Sz, превышающих 0,15 мм при протягивании, т.к. при этом резко возрастает износ зубьев протяжки и ухудшается качество обработанной поверхности. В то же время очень тонкие стружки, толщиной менее 0,015 мм требуют частой переточки протяжек.
При проектировании круглых, шлицевых, шпоночных и некоторых других видов протяжек, подъем на зуб принимается одинаковым для всех режущих зубьев, за исключением нескольких последних зубьев (от двух до пяти), на которых подача на зуб постепенно уменьшается.
В соответствии со свойствами обрабатываемого материала (Сталь 40ХН σв = 910 МПа>750 МПа) принимаем величину SZ = 0,025мм на сторону.
5. Определение высоты режущих зубьев из условия свободного размещения стружки во впадине
При протягивании стружка не имеет свободного выхода и поэтому она должна свободно размещаться в канавке между зубьями. Исходя из этого условия, высота режущих зубьев определяется по формуле
где Sz = 0,015 - подъем на зуб на сторону в мм;
L = 50 - длина обрабатываемой поверхности детали в мм;
К =3 - коэффициент заполнения впадины зуба стружкой.
Величина коэффициента заполнения выбирается в зависимости от величины подъема на зуб (толщина срезаемого слоя) и обрабатываемого материала.
6. Определение шага режущих зубьев из условия свободного размещения стружки во впадине
Величина шага устанавливается по следующей формуле:
7. Определение максимального числа одновременно работающих зубьев
Максимальное число одновременно работающих зубьев подсчитывается по формуле:
где L=50 мм - длина обрабатываемой поверхности детали.
8. Определение фактического шага режущих зубьев
При определении фактического шага режущих зубьев необходимо учитывать, что действительная длина протягиваемой поверхности всегда отличается от номинального его значения на величину допуска. При положительном допуске может случиться, что в работу вступит еще один зуб сверх расчетных. Это может явиться причиной разрыва протяжки вследствие её перегрузки. Чтобы этого не случилось, при определении фактического шага в качестве расчетной длины протягиваемой поверхности берут не номинальную, а несколько большую величину (обычно на одну десятую шага).
С учетом всего оказанного, фактическая величина шага определяется по формуле:
Полученная величина шага корректируется до ближайшего большего значения из следующего ряда: 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 18; 20; 22; 24; 25; 26; 28; 30.
9. Выбор формы стружечной канавки
Стружечная канавка служит для образования передней поверхности зуба протяжки и для размещения срезаемой стружки.
Для цилиндрических протяжек при обработке стали используют канавку формы 2: рисунок 10.1 – канавка с радиусной спинкой.
Рисунок 9.1 – Канавка с радиусной спинкой.
10. Определение размеров профиля зубьев.
10.1. Фактическая высота режущих зубьев (глубина канавки) определяется по формуле:
11.2. Ширина спинки определяется по формуле:
11.3 Радиус закругления для впадины определяется по формуле:
11.4. Радиус спинки подсчитывается по формуле:
Расчетные значения hP, qP, Rp округляется до 0,5 мм. Значение rp округляется до 0,1мм. В соответствии с нормализованными размерами канавок получаем:
hP = 2,5 мм, qP = 2,0 мм, RP = 4,0 мм, rP = 1,3 мм.
11. Определение наибольшей силы протягивания
Силу резания при протягивании рекомендуется определять по следующей зависимости:
Наибольшее осевое усилие, возникающее при работе протяжки или
прошивки, не должно превышать номинальной силы станка:
Усилия протягивания рассчитывают по следующей формуле:
где
— постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и формы протяжки (табл. 11.1);
— толщина стружки или подъем зубьев на сторону;
х—показатель степени при Sz (табл. 11.1);
D—диаметр протягиваемого
— наибольшее число одновременно работающих зубьев;
— коэффициент, определяющий влияние переднего угла на усилие протягивания (табл. 11.2);
— коэффициент, учитывающий влияние смазочно-охлаждающей жидкости на усилие протягивания (табл. 11.2);
— коэффициент, учитывающий влияние износа зубьев протяжки
на усилие протягивания (табл. 11.2);
Таблица 11.1-Значения постоянной и показателя степени
Таблица 11.2- Значения коэффициентов
Значения приведены в таблице 11.3
Таблица 11.3-Значения
Согласно табличным данным, получим:
12. Выбор формы и размеров хвостовика
Форма хвостовика выбирается в зависимости от типа протяжки и способа её крепления в тяговом патроне протяжного станка.
У круглых протяжек хвостовик выполняется цилиндрическим, форму его рекомендуется принимать под быстродействующие патроны согласно рис. 12.1.
Для протяжек диаметром свыше 10 мм применяется тип Б.
Рисунок 12.1 – Хвостовик цилиндрический. Тип 3.
Диаметр хвостовика:
D = dmin – 0,5 = 23,9 – 0,5 = 23,4 (мм)
Из размеров стандартных хвостовиков выбираем:
Таблица 12.1
Тип хвостовика |
Размеры хвостовика, мм |
Площадь опасного сечения Fx,мм2 | ||||
D |
D1 |
l |
l1 |
l2 |
227 | |
3 |
22 |
17 |
16 |
21 |
25 | |
13. Выбор формы и определение размеров передней направляющей
Форма передней направляющей части протяжки в поперечном сечении устанавливается в зависимости от формы отверстия под протягивание. Для цилиндрических протяжек принимается круглая форма передней направляющей.
Диаметр передней направляющей должен быть таким, чтобы обрабатываемая деталь свободно насаживалась на оправку и в то же время исключалась возможность пропуска деталей с диаметром отверстия меньше допустимого, так как это может привести к перегрузке первого зуба, а иногда к поломке протяжки. По этим причинам диаметр передней направляющей части протяжки принимается равным наименьшему диаметру предварительно обработанного отверстия:
DПН = dmin = 23,9 мм;
Длина передней направляющей принимается равной длине протягиваемого отверстия:
lПН = L = 50 мм.
14. Назначение размеров переходного конуса
Длина переходного конуса назначается равной диаметру шейки D1 т.к. диаметр обрабатываемого отверстия меньше табличных данных, таким образом
lПК = 21,5 мм
15. Определение расстояния до первого режущего зуба
Для того чтобы вставленная в деталь протяжка могла быть легко присоединена к тяговому патрону, когда он находится в исходном положении, то есть в наибольшей близости к столу станка, необходимо правильно рассчитать длину протяжки до первого зуба – рисунок 15.1.
Рисунок 15.1 – Исходное положение протяжки.
Длина протяжки до первого режущего зуба рассчитывается по формуле
l = lX + lЗ + lC + lП + L + l’З
где lX - длина входа хвостовика в патрон, мм;
lЗ - зазор между патроном и стенкой стола протяжного станка, равный 5-10 мм;
lC - толщина стола протяжного станка;
lП - высота выступающей части планшайбы или опорного кольца;
L - длина протягиваемой детали;
l’З - зазор между торцом детали и первым зубом, равный 5-10 мм.
Если сумму слагаемых, зависящих от модели станка, и сумму зазоров обозначить l’ то есть:
l’ = lX + lЗ + lC + lП + l’З
то тогда расстояние до первого зуба выразится следующим образом:
l = l’+ L = 190 + 50 = 240 (мм)
Размер l’ = 190 дан для станка модели 7А510.
16. Определение размеров шейки
Форма поперечного сечения шейки, такая же как у хвостовиков (круг). Диаметр шейки обычно берется на 0,3 - 1 мм меньше диаметра хвостовика в зависимости от его величины, то есть
DШ = D – 0,5 = 22 – 0.5 = 21,5 (мм)
Длина шейки определяется по следующей формуле:
lШ =l – lХ – lПН - lПК = 240-100-50-21,5 = 68,5 (мм)
где l - длина протяжки до первого режущего зуба;
lХ - длина хвостовика;
lПК - длина переходного конуса;
lПН - длина передней направляющей.
17. Определение поперечных размеров первого режущего зуба
Поперечные размеры и форма, то есть очертание режущих кромок первого зуба протяжки соответствует размерам и форме предварительно обработанного отверстия. При протягивании шлицов различных видов предварительно обработанное отверстие имеет круглую форму, поэтому первый режущий зуб будет круглым.
Диаметр первого режущего зуба определяется по формуле:
D1Р = dmin + 2SZ = 23.9 + 2 ∙ 0,025 = 23,95 (мм)
где dmin - минимальный диаметр предварительно обработанного отверстия.
18. Определение площади опасного сечения по первому режущему зубу
Для цилиндрических протяжек площадь опасного сечения по первому режущему зубу определяется по формуле:
19. Расчет протяжек на прочность
С целью проверки протяжки на прочность вычисляются напряжения в наиболее опасных сечениях – по хвостовику и по первому режущему зубу.
[σx] = 250 МПа (Сталь 40Х), [σ1] = 350 МПа (Сталь Р6М5)
σx < [σx]; σ1 < [σ1]
Таким образом, напряжения в опасных сечениях не превышают величин допустимого напряжения, то есть расчет на прочность выполнен.
20. Определение поперечных размеров режущих зубьев
Диаметр первого режущего зуба определяется по формуле:
D1Р = dmin + 2∙SZ = 23.9+2∙0,025 =23.95 (мм)
Диаметр каждого последующего зуба получается прибавлением величины 2∙SZ к диаметру предыдущего зуба:
D2Р = D1P + 2∙SZ = 23.95 + 2 ∙ 0,025 = 24 (мм)
DiР = D(i-1)P + 2∙SZ = dMIN + 2i ∙ SZ (мм)
Диаметр последнего зуба:
DПР = Dmax - δ = 25.05 - 0,01(мм)
где: Dmax – максимальный диаметр окончательно обработанного отверстия;
δ – величина изменения диаметра отверстия после протягивания;
На последних двух зубьях подъем на зуб постепенно уменьшается. Диаметры этих зубьев увеличиваются, соответственно, приблизительно на 1,2SZ и 0,8SZ
Расчетные диаметры режущих зубьев сведены в приложении 1.
21. Определение поперечных размеров калибрующих зубьев
В соответствии с назначением калибрующей части поперечные размеры и форма всех калибрующих зубьев выполняется такими же, как и у последнего режущего зуба, то есть соответствуют форме и поперечным размерам протягиваемой поверхности.
DК = DПР = 25,05 - 0,01 мм;
22. Определение размеров калибрующих зубьев в осевом сечении
При протягивании точных отверстий шаг калибрующих зубьев принимается меньше шага режущих зубьев:
Округляем по нормальному ряду: = 4 мм;
Остальные параметры остаются не измененными.
23. Выбор числа калибрующих зубьев
Количество калибрующих зубьев ZK должно быть таким, чтобы обеспечить нормальное число переточек протяжки.
Для цилиндрической протяжки число калибрующих зубьев ZK = 7 в соответствии с таблицей 23.1
Таблица 23.1-Количество калибрующих зубьев
24. Назначение переднего угла режущих и калибрующих зубьев
Передний угол режущих и калибрующих зубьев берется и назначается в зависимости от обрабатываемого материала.
При обработке стали 40ХН (HB>229) передний угол принимаем равным 10°.
25. Назначение задних углов режущих и калибрующих зубьев
В соответствии с рекомендациями выберем следующие задние углы:
Режущие зубья с 1 по 20 имеют задний угол 3°, режущие зубья с 21 по 23 имеют задний угол 2°, калибрующие зубья имеют задний угол 1°.
Все расчетные размеры режущих и калибрующих зубьев сведены в приложении 1.
26. Определение длины режущей части
Длина режущей части определяется по формуле:
где: ZР - количество режущих зубьев; tP - шаг режущих зубьев.
27. Определение длины калибрующей части
Длина калибрующей части определяется по формуле:
где: ZK - количество калибрующих зубьев; tK - шаг калибрующих зубьев.
28. Определение длины задней направляющей части
В соответствии с назначением форма задней направляющей части протяжки должна соответствовать форме протягиваемого отверстия. Однако в целях упрощения изготовления протяжки, вполне допустило придавать цилиндрическую форму задней направляющей для всех протяжек, которые обрабатываются в центрах (квадратные, шестигранные, шлицевые и др.).
Поперечные размеры задней направляющей части протяжек должны соответствовать наименьшим допустимым значениям поперечных размеров готового отверстия, чтобы эта часть могла свободно проходить сквозь отверстие, сделанное полностью изношенной протяжкой.
Таким образом, для протяжек с цилиндрической направляющей
DЗН = Dmin = 23.9 мм.
Где Dmin – минимальный диаметр окончательно обработанного отверстия. Задняя направляющая должна быть достаточно длинной, чтобы обеспечить хорошее направление в готовом отверстии. Рекомендуемое значение длины задней направляющей l = 35мм для протягиваемого отверстия диаметром 40 – 50 мм.
29. Выбор размеров задней замковой части
По форме и размерам задняя замковая часть принимается такой же, как хвостовик.
Таблица 29.1
Тип хвостовика |
Размеры хвостовика, мм |
Площадь опасного сечения Fx,мм2 | |||||
D |
D1 |
l |
l1 |
l2 |
227 | ||
3 |
22 |
17 |
16 |
21 |
25 | ||
30. Определение общей длины протяжки
Общая длина протяжки представляет сумму длин отдельных её частей, то есть:
Lo = lX + lШ + lПК + lПН + lР + lК + lЗН + lЗЗ =
= 100 + 68,5 + 21,5 + 50 + 138 + 28 + 35 +100 = 541 (мм)
где lX – длина хвостовика, мм;
lШ – длина шейки, мм;
lПК – длина переходного конуса, мм;
lПН – длина передней направляющей части, мм;
lР – длина режущей части, мм;
lК – длина калибрующей части, мм;
lЗН - длина задней направляющей части, мм;
lЗЗ – длина задней замковой частя, мм.
Предельная длина протяжки для выбранной модели станка Lпр = 1250 мм.
Lo =541 мм < Lпр = 1250 мм – длина протяжки меньше предельно-допустимой длины.
31. Выбор размеров стружкоразделительных канавок
При проектировании цилиндрических протяжек форму стружкоразделительных канавок выбирают согласно рисунку 31.1.
Рисунок 31.1 – Стружкоразделительные канавки цилиндрических протяжек
Таблица31.1
Согласно таблице 31.1определяем количество и размеры стружкоразделительных канавок. Количество канавок: 12.
Размеры канавок: mK = 0,8 мм; hK = 0,5 мм; rК = 0,3 мм.
Список используемой литературы:
1. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.
2. Методические указания к выполнению контрольных работ
по дисциплине “Инструментальное обеспечение автоматизированного машиностроительного производства”
3. Нарожных А.Т., Скребнев Г.Г., Токарев В.В. Проектирование протяжек: Учебное пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 1999. – 88 с.
Приложение 1
Номер зуба |
Диаметр зуба Di, мм |
Задний угол |
Передний угол |
1 |
23,95 |
3° |
10° |
2 |
24 |
3° |
10° |
3 |
24,05 |
3° |
10° |
4 |
24,1 |
3°’ |
10° |
5 |
24,15 |
3°’ |
10° |
6 |
24,2 |
3° |
10° |
7 |
24,25 |
3° |
10° |
8 |
24,3 |
3° |
10° |
9 |
24,35 |
3° |
10° |
10 |
24,4 |
3° |
10° |
11 |
24,45 |
3° |
10° |
12 |
24,5 |
3° |
10° |
13 |
24,55 |
3° |
10° |
14 |
24,6 |
3° |
10° |
15 |
24,65 |
3° |
10° |
16 |
24,7 |
3° |
10° |
17 |
24,75 |
3° |
10° |
18 |
24,8 |
3° |
10° |
19 |
24,85 |
3° |
10° |
20 |
24,9 |
3° |
10° |
21 |
24,95 |
2° |
10° |
22 |
25,01 |
2° |
10° |
23 |
25,05 |
2° |
10° |
24 |
25,05 |
1° |
10° |
25 |
25,05 |
1° |
10° |
26 |
25,05 |
1° |
10° |
27 |
25,05 |
1° |
10° |
28 |
25,05 |
1° |
10° |
29 |
25,05 |
1° |
10° |
30 |
25,05 |
1° |
10° |
