Проектирование круглой протяжки

Министерство образования  Российской Федерации

Южно-Уральский государственный  университет

Кафедра «Технология производства машин»

 

 

 

 

 

Пояснительная записка к  курсовому проекту

по дисциплине «Режущий инструмент»

ММФ-542.17.00.00.00 ПЗ

 

 

 

Руководитель

Кучина О.Б.

«___»__________2010г 

 

Автор проекта

студент группы ММФ-542

Самсонов А. Н.

«___»__________2011г

 

Проект защищен

с оценкой

_______________

«___»__________2011г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Миасс

2011

Введение

 

Обработка деталей резанием заключается в удалении с заготовки  определённого количества материала  с целью получения требуемой  формы детали с предписанными  по техническим условиям точностью  размеров и качеством обработанных поверхностей.

В обработке металлов резанием основную роль играет инструмент. В  практике встречаются разнообразные  виды режущих инструментов.

К режущему инструменту предъявляются  ряд требований, основные из них: точность выполнения формы обрабатываемой детали, точность получаемых размеров, качество обрабатываемой поверхности, эффективность, влияющая на производительность труда, стойкость, прочность, технологичность  конструкции, экономичность, стоимость.

Эти требования вправе могут  быть отнесены к протяжке.

Протяжки являются многозубыми  металлорежущими инструментами, осуществляющими  снятие припуска без движения подачи за счёт повышения высоты или ширины последующего зуба по отношению к  высоте или ширине предыдущего. Они  применяются для чистовой обработки  различных по форме внутренних и  наружных поверхностей деталей.

Протяжки – узкоспециализированный инструмент, предназначаемый для  обработки 1 и, редко, нескольких деталей, мало отличающихся по размеру.

Протягивание круглых  и многошлицевых отверстий протяжками из быстрорежущей стали широко применяется  на машиностроительных заводах. Этот процесс  по праву считается одним из самых  производительных. В зависимости  от длины отверстия машинное время  протягивания будет в 10 - 25 раз меньше, чем сумма машинного времени  зенкерования и развертывания.   

Наряду с этим протягивание считается также и высокоэкономичным  процессом. Благодаря относительно высокой стойкости протяжек и  малому машинному и штучному времени  стоимость обработки на операциях  протягивания часто бывает минимальной  по сравнению с другими процессами.

Исследования процесса внутреннего  протягивания, выполненные в лаборатории  резания металлов Челябинского тракторного  завода, позволили прийти к решению  задачи расчетов протяжек по стойкости. Созданные в их результате протяжки переменного резания равной стойкости  стабильно обеспечивают на операциях  чистового протягивания заданный высокий  класс чистоты поверхности в  течение всего заранее рассчитанного  периода стойкости. Разработана  методика расчета протяжек по стойкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Проектирование круглой  протяжки

Исходные данные: 1. Протягиваемая заготовка: материал – сталь 45; твердость 190 НВ, состояние – после отпуска; отверстие под протягивание обработано; диаметр отверстия до протягивания (мм) d_o =20,9Н11; диаметр отверстия после протягивания (мм) D = 22Н8; параметр шероховатости поверхности R_a = 2,5 мкм; длина протягивания l = 65 мм.

2. Станок: горизонтально-протяжной,  модель 7520; тяговая сила станка Q = 100000Н; максимальная длина хода штока L_max = 1250 мм; диапазон рабочих скоростей 1–9 м/мин; состояние станка – удовлетворительное; протяжка закрепляется в быстросменном автоматическом патроне.

3. Характер производства  – массовый.

4. Длина протяжки, допустимая  возможностями инструментального цеха и заточного отделения, не более 1500 мм.

Порядок расчета: 1. Устанавливаем группу обрабатываемости с помощью табл. 8 приложения: сталь 45 с твердостью 190НВ относится к I группе обрабатываемости.

2. Устанавливаем группу качества по табл. 9 приложения. Параметра шероховатости поверхности R_a = 2,5 мкм достичь труднее, чем квалитета отверстия H8, поэтому принимаем 2-ю группу качества по шероховатости.

3. Материал рабочей части протяжки принимаем в соответствии

 с рекомендациями  табл. 10 приложения – быстрорежущая  сталь Р6М5.

4. Конструкцию  протяжки принимаем с приваренным  хвостовиком, материал хвостовика  – сталь 40Х. Размеры – по  ГОСТ 4044–70 (или по табл. 12, приложения). Диаметр переднего хвостовика D_хв = 20 мм; F_оп = 176,7 мм². Сила, допустимая прочностью хвостовика, рассчитывается по формуле

 

P_хв=[s]_рF_оп,                   (1)

 

где [s]_р – допустимое напряжение при растяжении, МПа;

F_oп – площадь опасного сечения хвостовика, мм².

Для хвостовиков из  стали 40Х [s]_р = 300 МПа;.

 

Р_хв = 176,7·300 = 53010 Н.

 

5. Передние и  задние углы выбираем по табл. 14 приложения. Передний угол черновых и переходных γ =20°,чистовых и калибрующих зубьев γ = 20°. Задний угол черновых и переходных зубьев α_о = 3°, чистовых α_ч = 2°, калибрующих α_к = 1°.

6. Скорость резания  устанавливаем по табл. 15 приложения: v= 9 м/мин. Эта скорость станком  обеспечивается.

 

 

7. Подъем черновых зубьев S_zcопределяем из условия равной стойкости черновой и чистовой частей по табл. 16 приложения для I группы обрабатываемости. Вначале для скорости резания v = 9 м/мин и подачи чистовых зубьев S_zc = 0,01 мм устанавливаем наработку чистовой части Т = 64 м. По той же скорости резания и стойкости черновых зубьев Т = 64 м находим подъем черновых зубьев S_zо = 0,25 мм на зуб на сторону. В соответствии с таблицей 26 ограничиваем S_zо= 0,15. Поправочные коэффициенты на наработку принимаем по табл. 27 приложения: K_Тв = 1,0; K_Тр = 1,0; K_Тз = 0,9;K_Тд = 1,0;K_Тм = 1,0;K_То = 1,0 (назначаем СОЖ – 3-10%-ная эмульсия из эмульсола «Укринол-1»). Наработка с поправочными коэффициентами

 

Т_м.н = Т_м K_Тв K_Тр K_Тз K_ТдK_Тм K_То = 64·1,0·1·0,9·1·1·1 = 57,6 м.

 

8. Глубина стружечной канавки h,необходимой для размещения стружки при подъеме S_zc = 0,15 мм,

h=1,1283 ,                                        (2)

где l_S– суммарная длина протягиваемых участков, мм;

 коэффициент  помещаемостиK = 3.

 

h = 1,1283 ×   = 5,4 мм.

 

В табл. 28 приложения ближайшая большая глубина стружечной канавки h = 6 мм. Ее и принимаем для дальнейшего расчета. Для обеспечения достаточной жесткости протяжек, имеющих диаметр сечения по дну стружечной канавки меньше 40 мм, необходимо, чтобы глубина стружечной канавки

 

h_ж =(0,2…0,23)D_о     (3)

h_ж = 0,23·20,9 = 4,81 мм.

Так как h_ж < h, то для размещения стружки подача должна быть уменьшена:

S_zo=0,785 , 

S_zo=0,785∙(4,81)²∕ 3∙65 = 0,09

 

9. Шаг черновых зубьев принимаем из табл. 28 приложения. Так как глубине h = 6 мм соответствуют несколько значений шага, то согласно п. 9 методики принимаем меньший t_о = 14 мм, т. е. профиль № 10. Остальные элементы стружечной канавки: b_о = 4,5 мм; r =3 мм; R = 10 мм. Число одновременно участвующих в работе зубьев находят по формуле:

 

z_p= +1.      (4)

Получаем:                                     z_p = 65/14 + 1 = 5.

10. Сила резания ограничивается тяговой силой станка Р_ст или прочностью протяжки в опасных сечениях по хвостовику Р_хв и по впадине перед первым зубом Р_оп. Наименьшую из этих сил следует принимать в качестве максимально допустимой силы резания:

Р_ст=(0,8…0,9)Q,     (5)

 

где Q = 100000Н– паспортная тяговая сила станка.

Р_ст = 0,8·100000 = 80000 Н.

Значение Р_хв = 68100 Н было рассчитано по формуле (1).

 

P_оп⁼[s]_р F_оп,        (6)

где

F_оп=0,785 (D_o– 2h)².        (7)

Для протяжек из стали Р6М5 диаметром более 15 мм [s]_р = 400 МПа.

 

F_oп = 0,785 (20,9 – 2·6)² = 62,18 мм²;

 

Р_оп = 62,18·400 = 24872 Н;

 

Р_mах =   24872Н.

 

11. Число зубьев в группе z_c определяем по формуле

z_c= , (8)

гдеD– диаметр отверстия после протягивания, мм; D = 22 мм;

q_о – осевая сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки, Н/мм;

q_о = 176 Н для S_zо = 0,09 мм и γ = 20° из табл. 29 приложения;

z_р – число зубьев, одновременно участвующих в работе; z_p = 5;

Коэффициенты K_Рм = 1,2; K_Ро = 1; K_Рк = 1,0 ; K_Рр = 1 из табл. 30 приложения:

z_с=

Принимаем z_c=3.

 

 

 

 

 

12. Определяем  расчетную силу протягивания:  

 

 

  (9)

 

где z_с – число зубьев в группе.

 

Р = 

 

13. Полный припуск на диаметр распределяют между черновыми, переходными и чистовыми зубьями.

Полный припуск

 

A=D_max–D_{o min},    (10)

 

A= 22,02 – 20,9 = 1,12мм.

Припуск на черновые зубья

A_o=A–(A_п+А_ч),      (11)

где А_п = 0,14 мм – припуск на переходные зубья; А_ч = 0,10 – на чистовые зубья.

А_о=  1,12 –  (0,14  +  0,10)  =  0,88 мм.

14. Число групп черновых зубьев определяем по формуле:

         (12)

i_o = 

 = 4,88; i_o = 4.

Остаточную часть припуска находим по формуле:

А_ост=А_о– 2S_zoi_o.        (13)

А_ост = 0,88 – 2·4·0,09 = 0,16 мм.

Так как половина остаточного  припуска больше подъема зубьев на сторону первой переходной группы, то для срезания его назначают  одну дополнительную группу черновых зубьев.

 

15. Число черновых зубьев:

z_o=i_o z_co,        (14)

 

       где i_о = 5 – принятое окончательно число групп черновых зубьев после распределения остаточного припуска.

 

 

z_o=5·3=15.

 Число переходных зубьев z_п= 4,чистовых зубьев z_ч = 10, калибрующих z_к= 6.

 

Общее число всех зубьев протяжки:

Sz=z₀+z_п +z_ч +z_к        (15)

Σz =15  + 4 + 10 + 6 = 35.

16. Длина режущей части  протяжки:

L_р=l_o+l_п +l_ч +l_к =t_o(z_о+z_п)+St_ч +St_к,  (16)

где Σt_чи Σt_к – суммы переменных шагов соответственно чистовых и калибрующих зубьев.

шаги чистовых и калибрующих  зубьев – переменные, принимаем  из табл. 33 приложения: t₁ = 10 мм, t₂ = 11 мм, t₃ = 12 мм. Размеры профиля h, b, r, R – одинаковые для всех  трех  шагов;  их  берем из  табл.  28  приложения  по  меньшему  шагу.  Для t₁ = 10: h = 4,0 мм, r = 2,0 мм, b = 3,5 мм, R = 6,0 мм.

 

L_р = 14 (15 + 4) + (12 + 11 + 10)3+12 + (12 + 11 + 10)2 = 443 мм.

 

Новые два варианта рассчитываем для z_рII=z_p+1=6и z_рIII=z_p-1=4.

Из формулы (4) находим  шаг черновых зубьев для обоих  вариантов: t_oII = 65/(6– 1)=13 мм: t_оIII=65/(4–1)=21,7 мм.

В третьем варианте значение шага t_оIII округляем до ближайшего меньшего значения, т. е.t_оIII = 21 мм. По табл. 28 приложения определяем соответствующие этим шагам глубины профиля стружечных канавок (из таблицы берем большее значение глубины). Для t_оII=13 ммh_II=5,0 мм, для t_оIII = 21 мм h_III = 9,0 мм. По формуле (17) находим при K = 3:

S_zo=0,785 ,    (17)

S_zоII = 0,785·5,0²/(3·65)≈0,1 мм;

 

S_zоIII=0,785·9,0²/(3·65)=0,33 мм.

 

11 Число зубьев в группе z_c определяем по формуле

z_c= , (8)

гдеD– диаметр отверстия после протягивания, мм; D = 22,02 мм;

q_о – осевая сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки, Н/мм;

q_о2 = 194 Н для S_zо2 = 0,1 мм и γ = 20°, q_о3 = 623 Н для S_zо3 = 0,33 мм и γ = 20°из табл. 29 приложения;

z_р – число зубьев, одновременно участвующих в работе; z_p = 6, 4;

Коэффициенты K_Рм = 1,2; K_Ро = 1; K_Рк = 1,0 ; K_Рр = 1 из табл. 30 приложения:

 

z_{с I I}   =

 

z_{с I I I}   =

 

 

Принимаем z_{c I I} =4, z_{c I I I} =9.

12 Определяем расчетную силу протягивания:  

 

 

  (9)

 

где z_с – число зубьев в группе.

 

Р _{I I} = 

 

Р _{I I I} = 

 

 

13 Полный припуск на диаметр распределяют между черновыми, переходными и чистовыми зубьями.

Полный припуск

 

A=D_max–D_{o min},    (10)

 

A= 22,02 – 20,9 = 1,12мм.

Припуск на черновые зубья

A_o=A–(A_п+А_ч),      (11)

где А_п2 = 0,04 мм, А_п3 = 0,4 мм – припуск на переходные зубья; А_ч2 = 0,10, А_ч3 = 0,10  – на чистовые зубья.

А_о2=  1,12 –  (0,04  +  0,10)  =  0,98 мм.

А_о3=  1,12 –  (0,4  +  0,10)  =  0,62 мм.

 

14  Число групп черновых зубьев определяем по формуле:

     (12)

 

i_o2 = 

 = 4,9; i_o = 4.

i_o3 = 

 = 0,9; i_o = 1.

 

 

Остаточную часть припуска находим по формуле:

А_ост=А_о– 2S_zoi_o.     (13)

 

А_ост2 = 0,98 – 2·4·0,1 = 0,18 мм.

А_ост3 = 0,62 – 2·1·0,33 =- 0,04 мм.

 

15. Число черновых зубьев:

z_o=i_o z_co,        (14)

 

       где i_о2 =5 – принятое окончательно число групп черновых зубьев после распределения остаточного припуска.

 

 

z_o2=5·4=20

z_o3=1·9=9

 Число переходных зубьев z_п2= 2, z_п3= 6 ,чистовых зубьев z_ч2 = 10, z_ч3 = 10, калибрующих z_к2= 6, z_к3= 6.

 

Общее число всех зубьев протяжки:

Sz=z₀+z_п +z_ч +z_к        (15)

Σz2 =20  + 2 + 10 + 6 = 38

Σz3 =9  + 6 + 10 + 6 = 31

16. Длина режущей части  протяжки:

L_р=l_o+l_п +l_ч +l_к =t_o(z_о+z_п)+St_ч +St_к,  (16)

где Σt_чи Σt_к – суммы переменных шагов соответственно чистовых и калибрующих зубьев.

шаги чистовых и калибрующих  зубьев – переменные, принимаем  из табл. 33 приложения: t₁₂ = 9 мм, t₂₂ = 10 мм, t₃₂ = 11 мм, t₁₃ = 15 мм, t₂₃ = 16 мм, t₃₃ = 17 мм . Размеры профиля h, b, r, R – одинаковые для всех  трех  шагов;  их  берем из  табл.  28  приложения  по  меньшему  шагу.  Для t₁₂ = 9: h2 = 3,6 мм, r2 = 1,8 мм, b2 = 3,5 мм, R2= 5,5 мм, t₁₃ = 15: h3 = 6,0 мм, r3 = 3,0 мм, b3 = 5,5 мм, R3= 10,0 мм.

 

L_р2 = 13 (20 + 2) + (11 + 10 + 9)3+12 + (12 + 11 + 10)2 = 443 мм.

L_р3 =21 (9 + 6) + (11 + 10 + 9)3+12 + (12 + 11 + 10)2 = 443 мм

 

С п. 11 расчет II и III вариантов продолжаем, как для I варианта. Результаты расчета сведены в табл. 1.

 

Таблица 1

Результаты расчетов вариантов протяжки

Искомый параметр	Вариант
	I	II	III
zp	5	6	4
tо, мм	14	13	21
hо, мм	6,0	5,0	9,0
bо, мм	4,5	5,0	7,0
Szo, мм	0,09	0,1	0,33
zc	3	4	9
P, Н	24316	24145	22974
A, мм	1,12	1,12	1,12
Aп, мм	0,14	0,04	0,4
Aч, мм	0,1	0,1	0,1
Aо, мм	0,88	0,98	0,62
Aост, мм	0,16	0,18	0
iо	5	4	1
zо	15	20	9
zп	4	2	6
zч	10	10	10
zк	6	6	6
z	35	38	31
Szп на группах: первой	0,04	0,02	0,02
второй	0,03	0	0
Szч, мм (число групп)	0,02(1)	0,02(1)	0,02(1)
	0,01(2)	0,01(2)	0,01(2)
	0,005(2)	0,005(2)	0,005(2)
tч(t1, t2, t3), мм	10, 11, 12	9, 10, 11	15,16,17
tк(t1, t2, t3), мм	10, 11, 12	9,10, 11	15,16,17
hч, мм	4,0	3,6	6,0
bч, мм	3,5	3,5	5,5
lо, мм	210	-	-
lп, мм	56	-	-
lч, мм	111	-	-
lк, мм	66	-	-
Lр, мм	443	-	-

 

 

 

Сравнив основные показатели L_р,b, S_zoи z, видим, что оптимальный вариант – I, так как протяжка при средней длине имеет небольшую подачу, меньшее число всех зубьев и среднюю ширину зуба. Определение остальных элементов конструкции протяжки производим только для этого варианта.

 

Таблица 2

Диаметры  зубьев протяжки

 

№ зуба	Диаметр зуба, Мм			№ зуба	Диаметр зуба, мм		№ зуба	Диаметр зуба, мм
1 2 3	21,04 21,04 21,00		16 17		21,84 21,84		26 27	22,00 22,00
4 5 6	21,22 21,22 21,18		18 19		21,90         21,90		28 29	22,02 22,02
7 8 9	21,40 21,40 21,36			20 21	21,94 21,94		30 31 32 33 34 35	22,02
10 11 12	21,58 21,58 21,54			22 23	21,96 21,96
13 14 15	21,76 21,76 21,72		24 25		21,98 21,98

 

 

Примечание. Для зубьев № 1–15 задний угол α=3^о, допуск на диаметр минус 0,016 мм; для зубьев № 15–19 α=3^о, допуск на диаметр минус 0,008 мм; для зубьев № 20–29 α=2^о, допуск на диаметр минус 0,008 мм; для зубьев № 3–35 α=1^о, допуск на диаметр минус 0,008 мм.

17. Диаметр калибрующих  зубьев D_к=D_max=22,02 мм.

18. Число выкружек  и их ширину на черновых  зубьях определяем по табл. 34 приложения: N=4, α_о=11 мм.

19. Число выкружек  на переходных и чистовых зубьях  принимаем по табл. 35 приложения: N_ч=6, α_п=α_ч=4,0 мм.

20.Диаметр и длину передней направляющей находим согласно п. 20 методики: D_п.н=20,9 е8, l_п.н. =0,75·65=50 мм, так как 65/22>1,5.

21. Длину переходного конуса выбираем по табл. 37 приложения: l_п.н. = 15 мм.

 

 

 

22. Расстояние  от переднего торца протяжки  до первого зуба:

L₁=l₁+l₂+l₃+l+25.     (18)

L₁=115+25+40+65 +25=270 мм.

23. Диаметр и  длину задней направляющей находим  согласно п. 23 методики: D_з.н=22f7 мм, l_з.н=20 мм (см. табл. 38 приложения). Протяжку выполняем с задним хвостовиком. Диаметр заднего хвостовика принимаем по ГОСТ 4044–70 (табл. 11 приложения), меньшим, чем диаметр переднего хвостовика протяжки

D_.хв = 18 мм, длину заднего хвостовика берем по табл. 39 приложении: l_з.хв = 100 мм.

24. Общая длина  протяжки равна сумме длин передней части (от переднего торца до первого зуба) L₁, режущей части L_р, задней направляющей l_з.ни заднего хвостовика l_з.хв:

L=L₁+L_p+l_з.н+l_з.хв.   (19)

L = 270 + 443 + 20 + 100=833 мм.

 

Принимаем L = 1075 мм.

Чертеж протяжки показан на листе ф. А1, диаметры зубьев – в табл. 2. Материал рабочей части – сталь Р6М5 (ГОСТ 19265–73), хвостовой части – сталь 40Х (ГОСТ 4543–71); твердость режущей части передней и задней направляющих 63…66 HRC_э, 43…51 HRC_э – хвостовика. Выкружки на зубьях 1, 4, 7, 10, 13, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28,  относительно зубьев 2, 5, 8, 11, 14, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29  располагают в шахматном порядке. Неуказанные предельные отклонения размеров: охватываемых – по Н14, остальных – по ±IT14/2. Остальные технические требования по ГОСТ 9126–76.

 

Заключение

В курсовом проекте были рассчитаны геометрические параметры  протяжки по заданным размерам обрабатываемого  отверстия. После этого  построен чертеж рассчитанного режущего инструмента.

 

 

 

 

 

Литература

1. Кучина О.Б.  Проектирование круглой протяжки: Учебное пособие/ Под редакцией Ю.Г.Микова. –Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006г.
2. Справочник инструментальщика / Под редакцией И.А.Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-е,1987г.
3. Режущий инструмент / Под редакцией Кожевникова, Керсанова. – М.: Машиностроение.,2004г.