Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование режущего инструмента. 4

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время резание металлов получило широкое распространение как технологический прием обработки изделий из металла.

В отличие от процессов горячей обработки металлов нагревание при резании происходит только в небольшой зоне в том месте, где происходит образование и отделение стружки и теплота не может быстро распространиться на все изделие. Процесс резания сопровождается часто искусственным охлаждением – струей охлаждающей жидкости. Таким образом, образующаяся в зоне резания теплота практически не распространяется на все изделие. Это обстоятельство очень важно, так как позволяет получить чистую, свободную от окислов поверхность и любой заданный размер детали. Эти особенности процесса обработки металлов резанием позволили получить широкое распространение его в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности как основного технологического процесса.

Всякий режущий инструмент должен обеспечивать два основных условия:

срезать определенный слой металла;
обеспечить получение необходимых размеров и формы детали, а также требуемое качество обработанной поверхности.

Исключительное многообразие форм и размеров деталей привело к развитию целого ряда различных металлообрабатывающих инструментов и станков для обработки металлов резанием.

Цель проектирования режущего инструмента – создание оптимальной

конструкции для конкретных условий использования. Задачи проектирования, состоящие из разработки присоединительной и направляющей частей, а также технических требований к ним.

Эффективность режущих инструментов определяется не только их конструкцией, но и рациональными условиями эксплуатации.

Согласно современным требованиям к будущему специалисту-машиностроителю, он должен владеть навыками использования систем автоматизированного проектирования (САПР) в своей практической деятельности.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ НАЛАДКИ

Выбор режущих и вспомогательных инструментов

Деталь «шкив» представляет собой фрикционную вращающуюся деталь ремённой передачи, выполненную в виде колеса, охватываемого гибкой связью (ремнем). Служебное назначение шкива состоит в использовании его как одной из основных частей ременной передачи.

Технологический процесс обработки детали «Шкив» состоит из таких операций как: отрезная, токарная с ЧПУ, токарная с ЧПУ, сверлильная с ЧПУ, термическая, шлифовальная, контрольная.

Удлиненные консольные оправки применяют в тех случаях, когда требуется обработать отверстие, диаметр которого меньше диаметра шпинделя станка (рис. 1.1,а). Если обрабатываемое отверстие больше диаметра шпинделя, то применяют короткие консольные оправки (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1. Примеры применения различных оправок:

а — диаметр обрабатываемого отверстия d меньше диаметра шпинделя D_шп, б — диаметр обрабатываемого отверстия d больше диаметра шпинделя D_шп, в — обработка отверстий в корпусных деталях с помощью борштанги

Вспомогательный инструмент выбираем из условия размещения его в револьверной головке.

На цилиндрические присоединительные поверхности инструмента и станков разработан ГОСТ 24900-81 «Хвостовики державок цилиндрические для станков с ЧПУ».

Для обработки наружных поверхностей применяют державки с открытым пазом см. рис.1.3.

Для закрепления расточных резцов, твердосплавного сверла с цилиндрическими хвостовиками применяют оправки с цилиндрическим отверстием см. рис.1.4.

Рис.1.2. Крепление державок в револьверной головке.

Крепление державок в револьверной головке осуществляется базированием цилиндрического хвостовика в отверстиях револьверной головки. Закручивая винт, мы вводим рифления кулачка в зацепление с рифлениями державки. Войдя в зацепление, кулачок лишает державку всех степеней свободы.

Рис.1.3. Державка.

Рис.1.4. Оправка.

Таким образом, сводим данные в таблицу 1.

Таблица 1 – Выбор режущего и вспомогательного инструмента

Переход	Режущий инструмент	Вспомогательный инструмент
1	Резец проходной T-MAX U SDLCR 2020 K12 Пластина DСMM12030802 см. рис.1.2. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191711006 ТУ 2-024-5539-81 см. рис.1.8.
2	Резец канавочный T.MAX R150.21-2020-8 Пластина N151.2-1400-8E см.рис.1.3. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191711006 ТУ 2-024-5539-81 см. рис.1.8.
3	Резец расточной Т.МАХU S20S-STFCR11 Пластина TРMМ 110306ТR см. рис.1.4. производитель “SANDVIK Coromant”	Державка 191746004 ТУ 2-024-5540-81 см. рис.1.9.

Резец фасонный!! (т.е. вместо фасонного проходной – это я с книги взяла)

Фасонные поверхности можно обтачивать фасонными резцами, проходными резцами с комбинированием ручной продольной и поперечной подач и проходными резцами по копиру с применением механической подачи.

Описание компоновки инструментальных блоков

Для точения диаметра применим проходной резец, оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.5.

Для растачивания отверстия применим расточной резец,оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.6.

Для получения радиусов применим канавочный резец оснащенный пластинкой из твердого сплава Т15К6 см. рис.1.7.

Рис.1.5. Резец проходной.

Рис.1.6.Резец расточной.

Рис.1.7. Резец канавочный.

Описание установки инструмента на размер

Размерная настройка производится с целью обеспечения требуемой точности положения режущих кромок инструмента в системе координат вспомогательного инструмента.

Рис.1.8. Установка инструмента

На (рис.1.8 а) положение вершины резца в указанной системе координат определяют размеры Х и Z, которые задаются в карте настройки инструмента. Резец устанавливают в блоке или в державке, которые базируют в посадочном гнезде специального прибора(см. рис.1.8.), идентичном гнезду револьверной головки или резцедержателя [4]. Оптическая система выставлена относительно базовых поверхностей вспомогательного инструмента по координатам X, Z с помощью концевых мер, шаблонов, индикаторов или встроенных в прибор шкал с нониусом. При этом вершина режущего инструмента может не совпадать с центром оптического проекционного устройств. Чтобы устранить погрешность установки d_X, d_Z, используют регулировочные винты. После этого инструмент закрепляют в блоке или державке.

Для размерной настройки вне станка выпускаются приборы в горизонтальном исполнении (БВ-2010— БВ-2012) — настройка резцов и борштанг и в вертикальном исполнении (БВ-2013—БВ-2017)—настройка стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток, метчиков, концевых фрез). Приборы первой группы можно также использовать для настройки стержневого инструмента с помощью специальной бабки с горизонтальной осью вращения шпинделя.

Рис.1.9. Прибор БВ-2010

Прибор БВ-2010 (см. рис 1.9) состоит из основания 1, на поверхности которого имеются призматические направляющие нижней каретки 3, шкала продольного

отсчета и стопор нижней каретки [4]. К нижней каретке прикреплены направляющие 9 верхней каретки, кронштейн 8 с отсчетным устройством продольного хода и осветителем шкалы продольного хода, кронштейн 7 с осветителем и отсчетным устройством поперечного хода и стопор верхней каретки. На верхней каретке размещены проектор 5, установленный на кронштейне 6, и шкала поперечного отсчета. К кронштейну 6 посредством планки 4 прикреплен осветитель 2, обеспечивающий подсветку вершины режущего инструмента при настройке.

Подставка под инструмент устанавливается на поверхность А и выверяется с помощью специального контрольного шаблона с известными координатами вершины.

Настройка инструмента на размер осуществляется следующим образом. Резцовый блок (державка) закрепляется на подставке. Перекрестие проектора устанавливается на требуемые координаты вершины инструмента в поперечном и продольном направлениях. Для этого ослабляют стопоры кареток, передвигают их вручную, а затем с помощью винтов микроподачи выставляют на заданные размеры и закрепляют.

Режущий инструмент устанавливают в державке и с помощью регулировочных элементов смещают его вершину так, чтобы ее проекция попала в перекрестие, а проекции режущих кромок совпали с соответствующими линиями перекрестия экрана.

Режущий инструмент закрепляется в державке, при этом необходимо исключить смещение его вершины. У прибора БВ-2015 (рис.1.9) стойка 4 имеет вертикальные направляющие для продольного перемещения каретки 5. На каретке по горизонтальным направляющим в поперечном направлении перемещается траверса 7, на конце которой расположен визирный микроскоп 6. Шпиндель 3, который легко можно провернуть рукой, крепится к станине 12. В верхней части шпинделя имеется отверстие для установки державки с инструментом, который закрепляется маховиком 2. Координатные расстояния вершины режущей кромки устанавливают по отсчетным микроскопам 8 и 9. Перемещения осуществляются с помощью маховиков 1 (грубое по вертикали), 11 (точное по вертикали) и 10 (по горизонтали).

В некоторых конструкциях приборов визирный микроскоп заменен на блок из двух индикаторов.

Резец устанавливаем в державке, которую базируем в посадочном гнезде специального прибора(см. рис.1.10), идентичном гнезду револьверной головки. Оптическая система выставлена относительно базовых поверхностей вспомогательного инструмента по координатам X, Z с помощью концевых мер. Погрешность установки d_X, d_Z,устраняем при помощи регулировочных винтов. После этого инструмент закрепляют в блоке или державке выдерживая размеры 56 мм и 99 мм.

Рис.1.10.Схема настройки резца.

Расчет точности позиционирования режущих инструментов

Угловые ошибки составляющих звеньев(перекосы осей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей) суммируются путем приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена(биение режущей части) через передаточные отношения [2].

(1.1)

- половина допустимой величины биения режущей части как замыкающего звена;

-коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена;

-принятое за скалярное отношение и коэффициент относительного рассеяния ;

- приведенный коэффициент относительного рассеяния, одинаковый для всех звеньев с векторными ошибками;

По справочным таблица [5], тогда:

мкм.

Величина биения составляет 0,017 мм, что является допустимой нормой.

Разработка рекомендаций по эксплуатации

В настоящее время выбор правильных условий эксплуатации инструмента не менее важен, чем разработка высокопроизводительной и надежной его конструкции. В понятие условий эксплуатации можно включить расчет технологически обоснованных норм его расхода, выбор технологической среды, восстановление работоспособности после отказа, контроль качества инструмента после его восстановления и его подготовка к последующему использованию.

Необходимо соблюдать назначенные режимы резания для каждой позиции.

Определение оптимальных режимов заточки следует производить из условия получения заданных технических требований на затачиваемый инструмент при минимальных затратах на операцию.

Для быстрорежущих сталей

• на предварительных операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 3-5 м/мин, глубина шлифования 0,04-0,06 мм/дв.ход;

• на чистовых операциях: скорость круга 20-30 м/с, скорость изделия 1-3 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,04 мм/дв.ход;

• скорость изделия 0,7-1 м/мин, глубина шли4юва-ния 0,005-0,01 мм/дв.ход. Для твердых сплавов

• на предварительных операциях кругами КЗ: скорость круга 9—12 м/с, скорость изделия 5-6 м/мин, глубина шлифования0,04-0,05 мм/дв.ход;

• на предварительных операциях алмазными кругами на металлических связках: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 2-3 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,03 мм/дв.ход;

• на чистовых операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 1-1,5 м/мин, глубина шлифования 0,02-0,03 мм/дв.ход;

• на доводочных операциях: скорость круга 20-25 м/с, скорость изделия 0,5— м/мин, глубина шлифования 0,005-0,01 мм/дв.ход.

В зависимости от конструктивных особенностей и требований производства восстановление работоспособности инструментов может осуществляться путем замены режущих элементов (многогранных пластин); заточкой; наплавкой инструментального материала на изношенные участки с последующей заточкой; перешлифовкой на меньшие размеры.

Первый способ наиболее характерен для инструментов, работающих в условиях автоматизированного производства — станков с ЧПУ, ГПМ, автоматических линий. Наплавкой новых твердосплавных пластин обычно осуществляется восстановление напайных инструментов после окончательной потери ими работоспособности.

Перешлифовке на меньшие размеры подвергаются сменные многогранные пластины и точный мерный инструмент. Пластины обычно перешлифовываются на меньшую длину и ширину с сохранением толщины, при этом полностью удаляются изношенные и выкрошенные участки. Эти участки можно удалить, уменьшая толщину пластины. В этом случае на ней формируется стружколомающий порожек. Поскольку прочность таких пластин ниже, их лучше в дальнейшем использовать на чистовых операциях.

Перешлифовку мерного инструмента на меньший размер производят в случае катастрофического износа его калибрующей части. Например, развертки перешлифовываются на другое поле допуска или на меньший нестандартный диаметр; метчики перешлифовывают на меньший диаметр с тем же шагом.

Наиболее широко практикуется восстановление работоспособности путем переточки инструмента. Она производится для всех инструментов, кроме оснащенных сменными твердосплавными пластинами.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА

Выбор типа инструмента

По форме поперечного сечения расточные резцы делятся на круглые и квадратные. Круглые расточные резцы просты в изготовлении, но менее удобны в эксплуатации, поэтому преимущественное распространение получили резцы квадратного сечения. Такие резцы обеспечивают более высокую производительность, точность обработки, прочность и жесткость крепления.

Применение многогранных твердосплавных неперетачиваемых пластин на резцах обеспечивает:

-повышение стойкости на 20-25% по сравнению с напаянными резцами;

-возможность повышения режимов резания за счет простоты восстановления режущих свойств многогранных пластин путем их поворота;

-сокращение затрат на инструмент в 2-3 раза, потерь вольфрама. и кобальта в 4-5 раз, вспомогательного времени на смену и переточку резцов;

-упрощение инструментального хозяйства.

В данном курсовом проекте выбран резец токарный расточной резец.

Зазор между нижней опорной поверхностью гнезда державки и опорной пластиной не допускается. Зазор между рабочей и опорной поверхностями не допускается. Контролировать на просвет.

- опорная пластина не должна выступать за пределы гнезда больше, чем на 0,5 мм

-шероховатость рабочей поверхности RZ 6,3

Инструмент: Резец расточной с пластиной из твердого сплава.

Материал рабочей части 63...65 HRC, державки резца-40...45 HRC.

Материал державки резца Ст 40х-ГОСТ 4543-71.

На рабочей части резца не должно быть трещин и выкрашиваний.

Так же резец должен удовлетворять условию наименьшего растачиваемого отверстия.

В соответсвии с этими требованиями выбираем (см. табл.2.2).

Таблица 2.2. Выбор расточного резца

Резец расточной Т.МАХU S20S-STFCR11 Пластина TРMМ 110306ТR см. рис.1.4. производитель “SANDVIK Coromant”

Державка 191746004

ТУ 2-024-5540-81

см. рис.1.6.

Выбор материала инструмента

Материал режущей части резца выбирается в соответствии с общеизвестными рекомендациями исходя из свойств обрабатываемого материала и требований к обработанной поверхности. Корпуса и вспомогательные элементы изготавливают из сталей 45, 50, 40Х, 45Х, У8, У10, подвергая их, при необходимости улучшению или закалке.

Материал державки.

Делают из стали, тяжелых сплавов на основе вольфрама и твердого сплава. Наиболее популярным материалом является легированная сталь, но некоторые производители используют и углеродистую сталь. Вне зависимости от марки все углеродистые и легированные стали обладают одним и тем же модулем упругости, МПа. Распространенным заблуждением является то, что оправка из стали с большей твердостью или прочностью лучше противостоит упругим деформациям. Как видно из формулы для расчета отжима при растачивании, он не зависит от твердости или прочности материала, а зависит от модуля упругости.

Тяжелые сплавы на основе вольфрама получают методом порошковой металлургии из порошков вольфрама, никеля, железа и меди и др. Модуль упругости таких материалов МПа. Отжим оправок из этих материалов на 50-60% меньше чем у стальных при одинаковом вылете и диаметре оправки и остальных параметрах.

Расточные оправки из твердого сплава обеспечивают наименьший отжим благодаря высокому модулю упругости. Обычно расточные оправки из твердого сплава состоят из 90-94 процентов карбида вольфрама и 10-6 процентов кобальта, соответственно. Модуль упругости таких твердых сплавов МПа.

Материалы режущих пластин.

Режущие пластины для растачивания изготавливают из различных материалов: твердого сплава, керамики, кермета, поликристаллического алмаза и кубического нитрида бора.

На твердосплавные пластины наносят покрытия химическим или физическим методом. Примером покрытия, нанесенного физическим методом является TiN, которое подходит для обработки жаропрочных сплавов и аустенитных нержавеющих сталей и TiAlN, которое широко используется для большинства сталей, титановых сплавов, серого чугуна и цветных металлов.

Эти два типа покрытия наносятся на карбидные основы, которые обладают высокой температурной стойкостью и стойкостью к выкрашиванию. Карбидная основа как правило состоит из 94 процентов карбида вольфрама и 6 процентов кобальта. Такие сплавы соответствуют группам применения по ISO K10-K20, M10-M25, P10-P20.

Твердосплавные пластины с химическим нанесением покрытия используются для обработки большинства сталей и чугунов. Химически наносимые покрытия – это многослойные сочетания TiN, оксида алюминия, TiCN и TiC. Каждый слой служит определенной цели, а комбинации слоев обладают стойкостью к различным видам износа. Типичными твердыми сплавами являются сочетания карбида вольфрама, тантала и титана и кобальтовой связки. Такие сплавы соответствуют группам применения по ISO K10-K30, M10-M45, P05-P45.

Режущие пластины из керамики изготавливают на основе оксида алюминия Al₂O₃и нитрида кремния Si₃N₄. Керамика на основе оксида алюминия изготавливается без покрытия или с покрытием, наносимым физическим методом. Непокрытая керамика обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Она рекомендуется для растачивания легированных сталей, инструментальных сталей и мартенситных нержавеющих сталей закаленных до 60 HRC. Покрытые пластины из керамики используются для чистовой обработки закаленных сталей, чугунов (45 HRC и более) и сплавов на никелевой и кобальтовой основах.

Керамика на основе нитрида кремния изготавливается с покрытием, наносимым химическим методом со слоем TiN и слоем Al₂O₃, и без покрытия. Покрытая керамика обеспечивает превосходное сочетание прочности и износостойкости. Она рекомендуются для обработки серого и высокопрочного чугуна. Одни непокрытые пластины из керамики обладают повышенной стойкостью к термическим трещинам и стойкостью к абразивному изнашиванию, а другие хорошо воспринимают легкие ударные нагрузки и обеспечивают высокую износостойкость. Керамика этого типа подходит для обработки жаропрочных сплавов. Непокрытая керамика с максимальной прочностью подходит для черновой обработки или прерывистого резания серого чугуна.

Керметы – это безвольфрамовые твердые сплавы, а точнее карбид титана и никелевая и кобальтовая связка. Керметы изготавливаются как с покрытием, так и без. Непокрытые керметы обладают высокой твердостью и хорошо противостоят появлению наростов и пластической деформации. Они используются при чистовой обработке легированных сталей для получения высокой чистоты поверхности. Керметы с многослойными покрытиями, наносимыми физическим методом, со слоем TiCN между слоями TiN, применяются для высокоскоростной чистовой и получистовой обработки большинства углеродистых, легированных и нержавеющих сталей. Керметы также используют для обработки серого и высокопрочного чугуна с получением высокого качества поверхности.

Поликристаллический алмаз – чрезвычайно твердый материал, его получают из алмазного порошка и связки с использованием катализатора при высокой температуре и давлении. Вставку из поликристаллического алмаза напаивают на пластину из твердого сплава. Наиболее эффективной областью применения для инструмента из поликристаллического алмаза является обработка заэвтектических алюминиевых сплавов (содержание кремния больше 12.6 процента).

Кубический нитрид бора идет следом за поликристаллическим алмазом по твердости. Основными областями применения кубического нитрида бора являются: чистовая обработка закаленных сталей, инструментальных и быстрорежущих сталей (45-60 HRC); обработка серого и отбеленного чугуна, а также твердого сплава. Отличительная особенность кубического нитрида бора заключается в том, что его твердость очень слабо снижается при высоких температурах, что сильно увеличивает стойкость и позволяет работать с очень высокими скоростями резания.

Если правильно подобрать режущую пластину и расточную оправку, то упругие деформации будут минимальны и параметры отверстия будут в поле допуска.

Большинство конструкций металлорежущего инструмента изготовляют составными - рабочая часть состоит из инструментального материала, а крепежная из обычных конструкционных сталей (сталь 45, 50, 4ОХ и т.п., в случае тяжело нагруженных корпусов - сталь У10 или 9ХС).

Исключение составляют мелкоразмерные или слесарные инструменты, изготовляемые целиком из инструментального материала, а также инструменты, изготовляемые из углеродистых инструментальных сталей (ГОСТ 1435-74) и легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950-73).

Рабочую часть инструментов в виде пластин или стержней из быстрорежущей стали (ГОСТ 19265-73) соединяют с крепежной частью с помощью сварки. Эксплутационные и технологические свойства и рекомендуемые области применения наиболее распространенных быстрорежущих сталей выбираются из справочников.

В зависимости от режущих свойств и химического состава быстрорежущие стали делят на две группы: нормальной и повышенной красностойкости. К первой группе отнесены стали Р18, Р9, Р6М5, Р12 и др.

Быстрорежущие стали – сложнолегированные. В их состав входят: углерод, вольфрам, ванадий, хром, кобальт, молибден, марганец, никель, сера, фосфор, кремний. А у стали Р6М5, кроме того, молибден.

Сталь Р18 имеет удовлетворительную прочность и шлифуемость, широкий интервал оптимальных температур закаливания, но пониженную пластичность. Ее рекомендуется применять для изготовления всех видов режущих инструментов для обработки деталей из обычных конструкционных материалов.

Основной сталью группы нормальной красностойкости является сталь Р6М5. В ее составе: углерод 0,8-0,88%, вольфрам 5,-6,5%, хром 33,8-4,4%, ванадий 1,7-2,1%, молибден 5-5,5%. Эта сталь по режущим свойствам близка к стали Р18, но имеет повышенную склонность к обезуглероживанию при нагреве. Она значительно дешевле стали Р18. Ее широко применяют для изготовления режущих инструментов, используемых при обработке деталей из конструкционных материалов.

Твердые сплавы в виде пластин соединяют с крепежной частью с помощью пайки или специальных высокотемпературных клеев. Многогранные твердосплавные пластины закрепляют прихватами, винтами, клиньями и т.д.

Применение твердых сплавов позволяет получить большую экономию средств. Твердые металлокерамические сплавы отличаются от быстрорежущей стали большим содержанием вольфрама (до90%), а в некоторых марках также наличием титана (от5 до60%), образующих тугоплавкие карбиды,

При правильной эксплуатации инструменты, оснащенные пластинками из твердого сплава, обеспечивают более высокую эффективность (от 3 до 5 более раз) по машинному времени по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали.

Твердые сплавы по своему химическому составу подразделяются на две группы:

вольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте,
титановольфрамокарбидныые, состоящие из карбида вольфрама, карбида титана и твердого раствора их карбидов в кобальте. С повышением содержания кобальта режущие свойства твердых сплавов понижаются, но зато повышается их прочность и вязкость.

Выбирая марку стали я отдал предпочтение Т15К6.

Выбор геометрических параметров

Главный угол резца в плане выбирается в зависимости от условий обработки и формы обрабатываемой поверхности детали. Вспомогательный угол в плане напайных резцов зависит от условий обработки, у неперетачиваемых , где -угол при вершине пластины, определяемый ее формой (ГОСТ 19042-80). Передний и задний углы определяются свойствами обрабатываемого материала и конструктивным исполнением резца.