Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование канавочного резца

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

___________________________________________________________

КАФЕДРА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине: технологические процессы в специальном машиностроении

на тему: Проектирование канавочного резца

Автор проекта Слесарева Е.Ю.

Специальность 280102
Группа МБ-61

Руководитель проекта Гуськов А.В.

Проект защищен Оценка

Новосибирск 2010

Содержание:

Техническое задание………………………………………………….. Введение………………………………………… Служебное назначение и анализ исходных данных………………….	3 3
Определение припуска на обработку детали………………………….	5
Выбор схемы базирования детали……………………………………..	6
Определение вида обработки…………………………………………..	7
Выбор материала инструмента………………………………………...	9
Геометрия резца…………………………………………………………	1
Режимы обработки……………………………………………………...	5
Сечение срезаемого слоя……………………………………………….	2
Расчет державки инструмента на прочность и жесткость…………..	2
Исходный чертеж……………………………………………………….	2
Чертеж заготовки……………………………………………………..	3
Чертеж инструмента………………………………………………….	4
Выводы………………………………………………………………..
Список использованных источников………………………………….	6

Техническое задание:

Необходимо получить канавку шириной 2 мм. Материал обрабатываемой

детали сталь 45 ГОСТ 1050-88 . Шероховатость 12,5. Разработать резец.

Введение

Машиностроению принадлежит ведущая роль среди других отраслей экономики, так как основные производственные процессы выполняют машины. Поэтому и технический уровень многих отраслей в значительной мере определяет уровень развития машиностроения.

В данной курсовой работе разрабатывается технология обработки заданной поверхности детали «Вал». Вал в машиностроении, вращающаяся (обычно в подшипниках) деталь машины, передающая крутящий момент, предназначен для поддержания, установки и крепления на него вращающихся деталей механизмов типа зубчатых колес, шкивов. Ступенчатые валы обеспечивают равнопрочность по длине, более удобны при сборке, установке сопряженных деталей, но менее технологичны. Валы по назначению являются ответственными деталями механизмов. Материал валов должен хорошо обрабатываться и быть прочным. Чаще всего в качестве материалов применяют следующие углеродистые и легированные стали: качественные стали 40, 45, 50, сталь 40Х – для валов с термообработкой.

Служебное назначение и анализ исходных данных

Деталь «Вал» представляет собой тело вращения, ограниченное цилиндрическими наружными и плоскими торцевыми поверхностями. Наличие цилиндрических поверхностей дает возможность обработки данной детали на станках токарной группы.

В качестве установочных баз для валов используются центровые отверстия на торцах валов, служащие для установки их в центрах. Центровые отверстия делают одинаковыми с обоих концов заготовки, даже если диаметры концевых шеек различны. Такие отверстия могут выполняться цилиндрическим сверлом диаметром d и зенковкой или специальными комбинированными сверлами. Центрирование производится на специальных центровочных станках, на токарном станке в самоцентрирующемся патроне или на токарном станке с опорой заготовки на задний центр.

При обработке заданной поверхности, при базировании вал будет лишен только 5 степеней свободы, а шестая степень свободы – вращение вокруг собственной оси – у него остается. Форма заготовки соответствует форме готовой детали, каждая поверхность заготовки имеет припуск на последующую обработку.

Вал изготовлен из Ст. 45 ГОСТ 1050-88 (Сталь углеродистая качественная конструкционная).

Назначение Ст. 45 ГОСТ 1050-88: Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Химический состав:

Химический элемент %

Углерод (С) 0.42-0.5

Кремний (Si) 0.17-0.37

Медь (Cu), не более 0.25

Мышьяк (As), не более 0.08

Марганец (Mn) 0.50-0.80

Никель (Ni), не более 0.25

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr), не более 0.25

Сера (S), не более 0.04

Механические свойства проката размером от 16 до 40 при Т=20^o С:

- временное сопротивление разрыву - Н/мм²;

- предел текучести – Н/мм²;

- относительное удлинение при разрыве – 16%;

- относительное сужение – 40%;

- ударная вязкость – 49 Дж/см²;

- твердость стали для горячекатаного и кованого проката,

после отжига или высокого отпуска –НВ=197;

-твердость по Роквеллу- 45HRC

- термообработка – нормализация.

Физические свойства стали 45 при Т=20⁰С:

- модуль упругости первого рода – МПа;

- плотность - кг/м³;

Физические свойства стали 45 при Т=100⁰С:

- модуль упругости первого рода – МПа;

- плотность - кг/м³;

- коэффициент температурного расширения - 1/град;

- коэффициент теплопроводности – 48 ;

- удельная теплоемкость – 473 .

Технологические свойства стали 45:

Свариваемость: трудносвариваемая.

Флокеночувствительность: малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Канавки на валах предназначены для установки стопоров, для размещения колец, для разделения поверхностей, предохранения подшипника от загрязнения и вытекания смазочного материала.

Кольцевые канавки нарезанные на цилиндрической поверхности, имеют ширину 2мм, глубину 1мм, размер обеспечиваемый инструментом = R_{инструм} .

Соответствие техническим требованиям точности

Задано, что неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий - Н14; валов -h14; остальных - + JT14/2.

Согласно чертежу, к обрабатываемой поверхности предъявляются следующие требования:

Размер – Ø15 h14

Шероховатость – Rz 12,5

Класс точности – 7

С заданными параметрами вид обработки - обтачивание при поперечной подаче получистовое.

Квалитет 14 –распространен в подвижных соединениях сельскохозяйственных машин, в посадках часто снимаемых деталей, не требующих высокой точности центрирования, в сварных соединениях.

Посадки группы Н/h характерны тем, что минимальный зазор в них равен нулю. Они применяются при малых скоростях и нагрузках.

ЕСДП допускает применение посадок группы H/h, образованных из полей допусков квалитетов 9... 14, для соединений с низкими требованиями к точности центрирования (например, для посадки шкивов зубчатых колес, муфт и других деталей на вал с креплением шпонкой для передачи крутящего момента, при невысоких требованиях к точности механизма в целом и небольших нагрузках).

Заготовка для получения детали

Заготовкой для получения вала является стальной прут. Требуется получить канавку на поверхности вала. На заданной заготовке с помощью точения можно получить необходимую канавку, которая будет соответствовать вышеуказанным требуемым параметрам точности и шероховатости. Базирование заготовки при обработке производится при помощи вспомогательной технологической базы – центров.

Определение конструкции инструмента.

На наружных поверхностях деталей часто протачивают канавки в конце резьбового участка для выхода резьбонарезного инструмента, для установки стопоров, для размещения колец и т. д. Канавки протачивают прорезными (канавочными) резцами. Форма режущей кромки резца соответствует профилю вытачиваемой канавки . Выбираем прорезной резец прямой правый.

Все виды режущего инструмента состоят из двух основных частей – режущей части, содержащей лезвия, и присоединительной части (державки), предназначенной для установки и крепления режущего инструмента в технологическом оборудовании или приспособлении.

Большинство конструкций металлорежущего инструмента изготовляют составными – режущая часть из инструментального материала, присоединительная – из обычных конструкционных сталей.

Твердые сплавы в виде пластин соединяют с крепежной частью с помощью пайки или специальных высокотемпературных клеев.

Для обработки стали 45 следует применять резец изготовленный из материала, который будет иметь запас твердости, прочности, температуростойкости по сравнению с обрабатываемым материалом.

Превосходить сталь 45 по каким-то из этих параметров могут: быстрорежущие стали, твердые сплавы, неметаллические инструментальные материалы, но неметаллические материалы уступают по запасу прочности на изгиб.

Из этого можно сделать вывод о том, что для материала резца следует использовать быстрорежущую сталь по ГОСТ 19265-73 сталь Р6М5(Сталь инструментальная быстрорежущая), для материала державки используется сталь 40Х по ГОСТ 4543-71.

Свойства стали Р6М5.

Назначение : для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей; предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, а также инструмента, работающего с ударными нагрузками.

Химический состав:

Химический элемент %

Углерод (С) 0.82-0. 9

Кремний (Si) до 0.5

Марганец (Mn) до 0.5

Никель (Ni), до 0.4

Хром (Cr), 3.8 - 4.4

Сера (S), до 0.025

Фосфор (Р) до 0.03

Молибден (Мо) 4.8 – 5.3

Вольфрам (W) 5.5 – 6.5

Ванадий (V) 1.7 – 2.1

Кобальт (Со) до 0.5

Механические свойства :

- предел прочности на растяжение - ГПа;

- предел прочности на изгиб – ГПа;

- предел прочности на сжатие - ГПа;

- твердость стали после отжига HB 10 ^-1 = 255 МПа

- твердость по Роквеллу- 63-64 HRC

- температуростойкость – 620⁰.

Технологические свойства :

Свариваемость

без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки

Сравнив величины твердости, прочностные характеристики обрабатываемого материала и материала инструмента, можно сделать вывод о том, что быстрорежущая сталь Р6М5 подходит для обработки различных сталей и чугунов, бронз и других цветных сплавов. Для экономии быстрорежущей стали, резец делаем составным неразъемным, сваренным, с помощью контактной сварки оплавлением. Крепежную часть резца изготавливают из стали - 40Х.

Геометрия резца

Для углов режущей части приняты следующие названия и обозначения:

Передний угол γ – угол между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведенной через главное режущее лезвие.

Главный задний угол α – угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания.

Угол заострения β – угол между передней и главной задней поверхностями резца.

Перечисленные главные углы резца измеряются в главной секущей плоскости, перпендикулярной к проекции главного режущего лезвия на основную плоскость.

Вспомогательные углы измеряются во вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к проекции вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость.

Главный угол в плане φ – угол между проекцией главного режущего лезвия на основную плоскость и направлением подачи.

Вспомогательный угол в плане φ₁- угол между проекцией вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость и направлением, обратным направлению подачи.

Углы в плане измеряются в основной плоскости.

Для определения углов резца устанавливаются две исходные плоскости, плоскость резания и исходная плоскость. (Рис. 1)

Угол наклона главного режущего лезвия λ – угол между главным режущим лезвием и линией проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. Этот угол измеряется в плоскости, проходящей через главное режущее лезвие перпендикулярно основной плоскости.

Угол наклона главного режущего лезвия считается положительным, когда вершина резца является низшей точкой режущего лезвия, отрицательным – когда вершина резца является наивысшей точкой режущего лезвия, и нулевым, когда режущее лезвие параллельно основной плоскости.

Рис. 1.

Значения углов определены при соблюдении следующих условий:

вершина резца установлена на высоте центра обрабатываемой заготовки;
геометрическая ось стержня резца перпендикулярна к оси обрабатываемой заготовки;
система станок – инструмент – деталь находится в покое.

Для определения геометрии необходимого нам проходного резца, обратимся к ГОСТ 18874-73 «Резцы токарные прорезные и отрезные из быстрорежущей стали»

Прорезной резец показан на рис. 107. Наиболее важным размером этого резца является ширина его (длина режущей кромки), которая выбирается в зависимости от принятого способа обработки канавки.

Прорезание канавки, производится одним проходом резца, ширина его берется равной ширине канавки а=2мм.

Длина рабочей части резца должна быть несколько больше (на 2—3 мм) глубины канавки, так как глубина канавки 1мм, то длина рабочей части резца принимается l=8мм . Задний угол прорезных резцов делается равным 12°; вспомогательные задние углы принимаются равными около 2°; передний угол выбирается, как и для проходных резцов по таблице 11, в зависимости от материала резца и материала обрабатываемой детали. Вспомогательные углы в плане делаются от 1 до 2°. Чем глубже прорезаемая канавка, тем больше должны быть эти углы. Вспомогательные углы в плане 1⁰.

Приемы прорезания канавок. Прорезание канавок производится одним или несколькими проходами резца. Возможность прорезания широкой канавки одним проходом ограничивается вибрацией детали. Поэтому этот способ применяется при прорезании канавок шириной до 5 мм в нежестких (тонких и длинных) деталях. Установка резца для прорезания канавки, расположенной на расстоянии L1 от торца детали, посредством линейки показана на рис. 108, а.

Глубина канавки, полученная после первого прохода резца, должна быть требуемой. Прекратив поперечную подачу резца и перемещая его продольной подачей слева направо, следует обработать начисто дно канавки.

Так, например, при прорезании канавки (рис. 109, а) необходимо выдержать размер L1. Поэтому левая стенка этой канавки обрабатывается первой, причем измеряется (например, линейкой) размер L1.

Рис . измерение при проверке положения канавки

В некоторых случаях чистовую обработку стенок канавки осуществляют прорезным резцом, ширина которого равна ширине канавки. В этом случае важно лишь обеспечить такую установку резца, при которой положение канавки будет правильным.

Режимы резания при прорезании канавок. Подача при прорезании канавок обычно ручная. Поперечная подача должна быть' небольшой — от 0,05 мм/об при ширине резца 2 мм и до 0,30 мм/об если ширина резца близка к 10 мм.

Скорости резания при прорезании канавок должны быть небольшими.

Измерение ширины и глубины канавок. Измерять ширину канавки линейкой (рис. 110, а) следует только в том случае, если к форме канавки не предьявляется высоких требований в отношении точности. Пользуясь нутромером (рис. 110, б), можно проверять и параллельность стенок канавок. Очевидно также, что наличие у детали (рис. 110, б) выточки, в которой расположена канавка, исключает возможность измерения ширины ее непосредственно линейкой. Измерение ширины канавки губками штангенциркуля показано на рис. 110, в, а уступомером — на рис. 110, г.

Глубина канавки проверяется линейкой с делениями (рис. 111, а). Измерение глубины канавки штангенциркулем показано на рис. 111, б, для чего используется его добавочный стержень. Пример применения штанген-глубиномера дан на рис. 111, в. При измерении очень точных канавок пользуются микрометрическим глубиномером. Отсчет показаний микрометрического глубиномера производится так же, как у микрометра. Проверка глубины канавки уступомером показана на рис. 111, г.

В некоторых случаях измеряется не глубина канавки, а диаметр цилиндрической поверхности, образующей ее дно (размер D на рис. 111, г). Измерительные инструменты, применяемые при этом: кронциркуль с линейкой или штангенциркуль, а иногда и микрометр.

9. Проектирование резца.

Обоснование использования инструмента.

Прорезной резец из быстрорежущей стали ГОСТ 18874-73 предназначен для прорезания канавки на валу.

Обоснование выбора материала резца.

Режущая часть резца выполнена из быстрорежущей стали Р6М5 для более долгого использования резца. Крепежная часть изготовлена из стали 40Х.

http://instrumentalchik.ru/stali1/8-rezcy.html

Расчёт державки резца

Сечения заготовок для державок токарных резцов стандартизованы (табл. 17). Выбор размеров сечения заготовок осуществляют в зависимости от условий обработки, оборудования и приспособлений. Рекомендуется выбирать по возможности наибольшие размеры, что будет способствовать увеличению жесткости резца.

Для успешной эксплуатации резцов выбор размеров державок имеет существенное значение. Сечение державки резца, допускаемое габаритами резцедержателя, целесообразно выбирать максимально большим в целях повышения виброустойчивости.

Поперечное сечение державки резца определяют из расчета на прочность, учитывая только главную составляющую усилия резания Рz (рис 27), которая вызывает изгиб державки.

Рис. 27. Схема к расчету на прочность сечения резца

Максимальный изгибающий момент будет равен:

С другой стороны, изгибающий момент допускаемый сечением державки резца равен:

Момент сопротивления для прямоугольного сечения W =B*H^2/6, для квадратного сечения W = B^3/6, для круглого сечения W = 0,1*d³.

Принимая М = М1 можно определить сечение державки резца из условия ее прочности.

Для державок прямоугольного сечения расчетные формулы имеют вид:

Если принять, что высота сечения резца в 1,5 раза больше ширины В, то будем иметь:

Соответственно для квадратного резца получим:

Диаметр державки круглого резца будет равен:

Приведенный расчет державок на прочность является приближенным, так как учитывалась только одна составляющая усилия резания Рz и не учитывались составляющие Рx и Рy. Как известно, соотношения между составляющими усилия Рx, Рy, Рz зависят от обрабатываемого материала, степени износа резца, величины главного угла в плане, радиуса закругления вершины резца и т. п.

С увеличением главного угла в плане ФИ сила Рх значительно увеличивается, а сила Рy уменьшается. Вследствие этого прочность резцов понижается. Поэтому допускаемое напряжение при расчете на прочность резцов выбирается различной величины в зависимости от угла в плане ФИ. С увеличением угла в плане ФИ допускаемое напряжение падает. Оно колеблется от 100 * 10^6 до 250 * 10^6 н/м^2 (10—25 кГ/мм^2).

Для станков с высотой центров от 100 до 500 мм размеры поперечного прямоугольного сечения державки резца колеблются от 10 X 16 до 40 X 60 мм, квадратного — от 6 X 6 до 40 X 40 мм, диаметры круглого сечения — от 10 до 40 мм.

Длина резца выбирается в зависимости от принятого сечения. Ориентировочно она должна быть в 10 раз больше высоты поперечного сечения резца. Длины токарных резцов, для указанных выше сечений, колеблются от 125 до 600 мм.

Расчет державки инструмента на прочность и жесткость

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

, где

В и Н – соответственно ширина и высота державки резца в опасном сечении.

Проверочный расчет по жесткости державки резца:

, где

- максимальная нагрузка, допускаемая жесткостью резца, Н;

- допускаемая стрела прогиба резца, мм (для чистового точения мм);

- модуль упругости материала державки резца, МПа (для углеродистой конструкционной стали МПа);

- момент инерции державки (для прямоугольного сечения):

мм⁴.

Расчет размерного сечения державки выполнен для опасного сечения, отстоящего от вершины на расстоянии , равном вылету резца из резцедержателя . Расчет необходимо вести в наиболее слабом сечении державки.

мм.

Максимальная нагрузка:

Расчет, назначение конструктивных размеров резца.

Конструктивные размеры резца выбираются по ГОСТ 18874 – 73, т. е. 25X20X140, высота режущей кромки от базы резца h = (0,7…1)H = (0,7…1)*25 = 25мм (11, Резцы).

Обоснование выбора геометрических параметров резца.

Задний угол a. Для твёрдосплавного резца важно знать правильное значение угла

- по сравнению с резцами из быстрорежущей стали примерно в 3 раза меньше:

= 6…8° (11, Лекция №7), принимаем

= 8°. Для более точного определения угла необходимы дополнительные исследования.

Задняя поверхность инструмента выполняется из 3-х поверхностей: первая плоскость рабочая, длинной l = 3мм, с углом

= 8°; следующая плоскость выполнена с углом

+2°=10°; треть плоскость выполнена с углом

+4°=12° (11, Лекция№15). Такое расположение плоскостей сделано для различных шлифовальных кругов, чтобы каждый круг работал по своему назначению и не выходил из строя.

Передний угол g. Передний угол зависит от механических свойств материала инструмента и влияет на износостойкость, чем больше

, тем меньше износостойкость. С другой стороны угол

влияет на силу резанья, чем больше угол

,тем меньше сила резанья.

Так же как и для задней поверхности, переднюю поверхность делают из трёх частей с углами:

=8°,

+2°=8°,

+4°=12° (11, Лекция№15).

Главный угол в плане j. Для подрезного резца выбираем угол

=15°.

Вспомогательный угол

1. Вспомогательный угол определяет шероховатость обработанной поверхности, по этому

1 берут:

1 = 0…10°, принимаем

1 = 5°.

Радиус закругления режущей кромки

=0,05мм.

Переточка резца.

Переточка резца осуществляется шлифовальными кругами по задней поверхности. В первую очередь затачивается дополнительный задний угол по державке шлифовальным кругом с основой из электрокорунда белого. Затем затачивается дополнительный задний угол по пластине шлифовальным кругом на алмазной основе с металлической связкой М5. И в конце затачивают задний угол по фаске шириной 1.5 мм. – на отрезном резце и 3 мм. – на подрезном резце алмазным кругом на бакелитовой связке Б156 без охлаждения. Заточка дополнительных задних углов производится с СОЖ.