Проектирование металлорежущего инструмента

Введение

Фасонные резцы классифицируются:

1.По форме: стержневые, призматические, круглые. Стержневые резцы можно установить в резцедержатель универсального станка. Недостатком их является уменьшение высоты рабочей части после переточки, компенсируемое подналаживанием. Призматические фасонные резцы имеют большое число переточек. Их вершину в осевой плоскости заготовки устанавливают регулировочным винтом. Задний угол у этих резцов получают при заготовке их в специальных резцедержателях под углом а=10…12 град. Крепление и базирование резца в резцедержателе осуществляется с помощью хвостовика типа ласточкин хвост. Недостаток призматического резца – невозможность обработки внутренних фасонных поверхностей. Круглые резцы применяют для обработки как наружных, так и внутренних поверхностей. Они более технологичны чем призматические, так как представляют собой тела вращения и допускают большое число переточек и стачиваются до остаточной по условию прочности величины. Задние углы у круглых резцов получают их установкой выше осевой плоскости заготовки в специальных резцедержателях. Базируют резец в резцедержателе по отверстию и торцу, а вершину в осевой плоскости изделия устанавливают путем поворота резца вокруг оси.

2.По установке относительно заготовки: радиальные и тангенциальные. Вершина радиального резца устанавливается в осевой плоскости заготовки, а подача осуществляется в направлении ее оси. Радиальный резец образует весь профиль заготовки одновременно. В результате на заготовку действуют значительные силы резания, которые могут привести к деформированию заготовки и появлению вибрации. Вершина тангенциального резца устанавливается по касательной к минимальному радиусу обрабатываемой детали. Передняя поверхность расположена под углом по отношению к оси заготовки, обеспечивая не одновременное, а постепенное профилирование изделия. Вследствие этого резко снижается сила резания и уменьшается вероятность появления вибрации. Тангенциальными резцами можно обрабатывать нежесткие заготовки большой длины.

Шлицевые червячные фрезы имеют фасонную производящую поверхность, на которой расположены зубья. Форма и размеры производящей поверхности зависит от формы и размеров обрабатываемой поверхности, кинематики процесса фрезерования и расположения оси фрезы относительно детали. Они широко используются в промышленности, как на универсальных, так и на специальных фрезерных станках. Такие фрезы обеспечивают высокую производительность, непрерывность процесса резания и перетачиваются по передней поверхности.

Основные особенности:

Наличие только одного главного движения, движения подачи, компенсирующего подъемом подачи на зуб.

Малая ширина и большая длина срезаемого слоя.

В процессе резания одновременно участвует несколько зубьев.

Совмещение черновой, чистовой и отделочной работ.

Точность обработки определяется точностью исполнения инструмента.

Припуск при протягивании ограничен длиной и ее размерами, а так же величиной хода протяжного станка. При недостаточной длине протяжки и длине хода, обработка осуществляется комплектом протяжек.

Протяжки имеют высокую стойкость между переточками

Рентабельность обеспечивается в массовом и крупносерийном производстве.

Недостатки:

При внутреннем протягивании обработка происходит внутри заготовки, стружка формируется в замкнутом пространстве канавки, что затрудняет ее образование и отвод и может привести к заклиниванию и ломке зуба.

Затруднен подвод СОЖ.

Невозможность наблюдения за процессом.

При генераторной схеме резания легче изготовлять и перетачивать зубья. Фасонные резцы применяют для обработки деталей с различной формой образующей. По сравнению с обычными резцами они обеспечивают идентичность формы, точность размеров детали, которая зависит в основном от точности изготовления резца, высокую производительность, благодаря одновременной обработке всех участков фасонного профиля детали и большую экономию времени (машинного). Резцы удобны в эксплуатации благодаря простоте переточки по передней поверхности. Фасонные резцы используют на токарных и револьверных станках, автоматах и полуавтоматах. Резцы проектируют для обработки конкретной детали и их применение экономически оправдано при крупносерийном и массовом производстве.

Червячная фреза

Червячные фрезы применяют для черновой и чистовой обработки цилиндрических зубчатых колёс наружного зацепления с прямым, винтовым и шевронным зубом, шлицевых валов, червячных колёс и колёс внутреннего зацепления.

Червячные фрезы относят к группе обкаточных многолезвийных инструментов с конструктивным движением обката, т.к. режущие кромки их зубьев расположены на винтовой поверхности. По сравнению с долбяком и гребёнкой червячная фреза имеет значительно большую производительность, т.к. процесс резания происходит непрерывно. Аналогично долбяку и гребёнке одна червячная фреза может обрабатывать колёса с любым числом зубьев данного модуля.

Основной недостаток червячной фрезы – достаточно высокая шероховатость обрабатываемых поверхностей, т.к. необходимый профиль образуют ограниченное число зубьев. У червячной фрезы, в отличии от долбяка невозможно регулировать число двойных ходов, а следовательно качество обработки.

1. Резец фасонный

2.1 Исходные данные

Рисунок 17, вариант 3

Тип резца – круглый.

Марка материала прутка – Сталь А40Г, σв = 675 МПа.

2.2 Расчёт резца

Высотные размеры профиля:

; (1)

;

Определим габаритные и конструктивные размеры резца по таблицам 1 и 3, 2.

D =70 мм; d =22 мм; d1 =34мм; d2 =35 мм; b =17 мм; l2 =4мм.

Углы передний g = 20°, задний a=10°

Рассчитаем высоту заточки резца Н и высоту установки резца h:

Определим высотные размеры профиля резца вдоль передней поверхности.

(2)

(3)

Определим высотные размеры профиля для узловых точек в сечении, перпендикулярном задней поверхности резца:

(4)

(5)

Таблица 1 - Высотные размеры профиля

Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения детали и круглого фасонного резца

Дополнительные режущие кромки, подготавливают отрезку детали от прутка. Высота кромок не больше высоты профиля резца, ширина равна ширине режущей кромки отрезного резца.

Для уменьшения трения резца о заготовку на участках профиля перпендикулярных оси детали затачиваем угол равный 3°.

Размер LР определяем по длине детали и ширине дополнительных режущих кромок резца:

LР = lg + f + b + C1 +C2 = 45+ 3 + 4 + 2 + 1= 55 мм; (6)

Определим размеры внутреннего отверстия:

l1 = 0,25 LР = 0,25* 55= 13.75мм; (7)

l = LР - l1 = 55-13.75 = 41.25 мм; (8)

l3 = 0,25 l = 0,25 *41.25= 10.31 мм. (9)

Рисунок 2.3 – Резец фасонный круглый

Рисунок 1.4-Шаблон и контршаблон

2. Проектирование и расчёт фасонной протяжки

Исходные данные: рисунок 14, вариант 3.

Размеры обрабатываемого отверстия:

d =30 мм, D =39 мм, D =0,04 мм, lд =45 мм,

Материал заготовки: сталь 20 , HB 156.

Рисунок 2.1 Профиль обрабатываемого отверстия

Расчет конструктивных элементов протяжки

Диаметр хвостовика

(13)

где - минимальный диаметр отверстия под протягивание, мм.

Принимаем стандартное значение по табл. 1 [2]

По ГОСТ 4044-70 принимаем основные размеры хвостовика и шейки

D1’ =22 мм, D2 =27,5 мм, l0 =160 мм, lX =140 мм, l1 =16 мм, l2 =25 мм, R1 =0,3мм, R2 =1,0 мм, C=1,0 мм, a =30°

Рисунок 2.2 Размеры хвостовика протяжки.

Переходный конус

Диаметр и длина передней направляющей части

. Предельное отклонение по e8. (14)

, так как (15)

где - длина протягиваемого отверстия, мм;

- диаметр отверстия, получаемого после протягивания, мм.

Форма и размеры зубьев режущей части

Главные режущие кромки зубьев имеют форму дуг концентрических окружностей, диаметр которых Di постоянно увеличивается от первого зуба к последнему. Вспомогательные режущие кромки двух зубьев имеют прямолинейную форму в зависимости от профиля обрабатываемой детали.

Величины углов в нормальном сечении по главной режущей кромке для стали 20 (НВ=156). g=17 a=3

Предельные отклонения углов по ГОСТ 16492-70 Dg=+2° -1° Da=+30’

Для уменьшения трения на вспомогательных режущих кромках делают угол равный 1 o, располагающий позади ленточки шириной 0,8…1 мм.

Для обработки заготовки принимаем зубья с криволинейной спинкой.

Ориентировочные размеры режущих зубьев и расположенных между ними стружечных канавок могут быть определены следующим соотношением:

; (16)

; (17)

C=(0,3…0,35)t=0,35*10=3,5 мм

; (18)

; (19)

Диаметр первого зуба протяжки

(20)

где - диаметр передней направляющей части, мм.

Диаметр последнего зуба режущей части протяжки

(21)

где - диаметр калибрующих зубьев протяжки, мм.

(22)

где - диаметр отверстия, получаемого после протягивания, мм;

- предельное отклонение диаметра D по чертежу, мм;

- величина разбивания отверстия.

Диаметры промежуточных зубьев режущей части протяжки между первым и последним получают последовательным прибавлением к диаметру первого зуба удвоенного значения толщины срезаемого слоя одним зубом 2а.

Диаметр 2-го зуба (23)

Диаметр 3-го зуба и т. д.

Предельные отклонения диаметра последнего режущего и калибрующих зубьев по ГОСТ 16492-70 равно –0,02 мм.

Определение толщины срезаемого слоя

Фасонные протяжки срезают припуск на заготовке, как правило, по генераторной схеме резания. Толщина срезаемого слоя равна разности высот и полу разности диаметров каждой пары сменных режущих зубьев. Ширина срезаемого слоя равна длине главной режущей кромке зуба протяжки. Режущая кромка первого зуба окружность, следовательно:

(24)

Режущие кромки последующих зубьев - дуги концентрических окружностей, поэтому ширина срезаемого слоя одним зубом равна сумме длин дуговых участков главной режущей кромки данного зуба, т.е.:

(25)

где b – длина одного дугового участка на режущей кромке данного зуба;

n – число дуговых участков на режущей кромке зуба.

Длина дуговых участков режущей кромки уменьшается при увеличении диаметра от d до D,т.е. от первого зуба к последнему на режущей части протяжки. Сила резания при протягивании зависит от площади срезаемого слоя Р=f(a×b), поэтому для сохранения постоянной силы P за весь период протягивания отверстия пропорционально уменьшению b увеличивают толщину срезаемого слоя а, т. е. стремятся получить постоянной величину площади срезаемого слоя.

Определяем толщину срезаемого слоя

Определим общий припуск на протягивание

(26)

Разделяем произвольно величину А на 4 ступени и устанавливаем диаметры ступеней.

d1=d=30 мм;

d2=32 мм;

d3=34 мм;

d4=35 мм;

D=39,3 мм.

Припуск первой ступени от d1 до d2 срезают зубья первой секции режущей части протяжки, припуск второй ступени от d2 до d3 срезают зубья секции номер два, припуск третьей ступени от d3 до d4 срезают зубья секции три, припуск четвёртой ступени от d4 до D срезают зубья секции 4.

Принимаем постоянной величину, а в пределах каждой ступени, но разной на отдельных ступенях: наименьшая - на первой, наибольшая - на последней ступени.

Определяем толщину срезаемого слоя на первой ступени из условия прочности протяжки по впадине первого зуба.

(27)

где - площадь сечения во впадине первого зуба протяжки, ;

(28)

- допускаемое напряжение деформации растяжения в материале режущей части протяжки, МПа. Для стали Р6М5 , твёрдость HRCэ 63…66;

- длина режущей кромки первого зуба протяжки, мм;

- число зубьев протяжки участвующих одновременно в резании;

(29)

t - Шаг зубьев на режущей части протяжки;

- коэффициенты, принимаемые по табл. 4,5 [2].

- обработка с эмульсией.

Принимаем 0,09 мм

Определяем толщину срезаемого слоя на второй и последующих ступенях из условия