Міністерство освіти і науки України
Житомирський державний технологічний університет
Кафедра ТМ і КТС
Група
Контрольна робота
з курсу „Теорія різання”
ТЕМА: «Розрахунок режимів різання при обробці деталі – Шайба ступінчаста»
Виконав:
Перевірив:
Житомир
1. Вибір деталі та методів обробки
Обрана деталь (рис. 1) являє собою ступінчасту шайбу, виготовлену з сірого чавуну СЧ20, σв
=196 МПа = 19,6 кг/мм2
; НВ 170…241.
Рис. 1. Шайба ступінчаста. Ескіз
Для подальших розрахунків призначимо наступні методи обробки:
1) обточування діаметру ñ 113,3 мм(токарна операція);
2) фрезерування пазу 56,65 мм (фрезерна операція);
3) свердління отворів 1
і 3
(див. рис. 1) – (свердлильна операція);
4) зенкування фасок 2
і 4
(свердлильна операція);
5) зенкерування отворів 1
і 3
(свердлильна операція);
6) розвертання отворів 1
і 3
(свердлильна операція).
Для кожного виду обробки вибираємо різальні інструменти, керуючись рекомендаціями [1], виходячи із оброблюваного матеріалу та заданих початкових умов:
– для обточування діаметруñ 113,3 – токарний прохідний різець ГОСТ 18878–73 з пластинами з твердого сплаву ВК6 [с. 120, 1].
– для фрезерування пазу 56,65 мм – фреза торцева насадна ø125 ГОСТ 9473–80, матеріал твердосплавних пластин – ВК6, кількість зубів z =12, ширина B = 42 мм [табл. 94, с. 187, 1]; геометричні параметри фрези за ГОСТ 9473–80;
– для свердління отворів 1
і 3
– свердла ø18,5 і ø30 ГОСТ 10903–77 [табл. 42, с. 147, 1], матеріал – швидкорізальна сталь Р6М5;
– для зенкування фасок 2
і 4
– конічна зенковка ø22, матеріал – швидкорізальна сталь Р6М5;
– для зенкерування отворів 1
і 3
– зенкери ø19,9 і ø31,8 ГОСТ 12489–71, матеріал – швидкорізальна сталь Р6М5;
– для розвертання отворів 1
і 3
– розвертки ø20 і ø33 ГОСТ 1672–80, матеріал – швидкорізальна сталь Р6М5.
2. Виконання ескізів
Ескіз деталі наведений і п. 1 (рис. 1).
Ескізи різальних інструментів (свердла та торцевої фрези) подано на рис. 2 і 3.
Рис. 2. Свердло ø18,5. Ескіз.
Рис. 3. Торцева фреза. Ескіз.
3. Розрахунок режимів різання
Для токарної та фрезерної операції визначимо режими різання розрахунково-аналітичним способом, а для свердлильної – табличним способом.
3.1 Розрахунок режимів різання розрахунково-аналітичним методом
Токарна операція
Оскільки точність поверхні ñ 113,3 після обробки не задана, приймемо для даної поверхні – чорнове точіння. Верстат 16К20. Призначимо глибину різання t
= 1 мм. Розрахунок режиму різання будемо вести у такій послідовності:
1. Для чорнового точіння за [табл. 11, с.266, 1] при заданому діаметрі обробки –133,3 мм та глибині різання 1 мм рекомендується подача S
= 0,3...0,4 мм/об.
Приймаємо подачу за паспортом верстата S
= 0,35 мм/об.
2. Швидкості різання визначатимемо за формулами теорії різання, згідно [п. 3, с.265, 1]:
.
Період стійкості приймемо Т
= 30 хв за [с.268, 1].
Значення коефіцієнтів та показників степені знаходимо за [табл. 17, с.270, 1]:
.
Швидкісний коефіцієнт: .
В цій формулі:
За [табл. 1, с. 261, 1]: ,
За[табл. 5, с. 263, 1]: ;
За[табл. 6, с. 263, 1]:.
Отже, загальний швидкісний коефіцієнт: .
Таким чином швидкість різання:
(м/хв);
3. Розрахункова частота обертання шпинделя визначається за наступною формулою: , розраховане значення уточнюємо за паспортом верстата:
(об/хв);
об/хв;
4. Уточнюємо значення швидкості різання: .
(м/хв
).
5. Визначаємо сили різання при обробці:
Величини тангенційної PZ
, радіальної PY
і осьової PX
складових сили різання визначаються за формулою:
.
За [табл. 22, с. 274, 1] знаходимо коефіцієнти для визначення складових сили різання:
;
;
.
Поправочний коефіцієнт на силу різання являє собою добуток наступних коефіцієнтів:
.
За [табл.9, с.264 і табл.23, с.275, 1] визначаються поправочні коефіцієнти для складових сили різання в залежності від:
- механічних властивостей матеріалу, що оброблюється:
;
Поправочні коефіцієнти що враховують вплив геометричних параметрів:
- головного кута в плані:
КРφХ
= 1; КРφУ
=1; КРφZ
=1;
- переднього кута:
КРγХ
= КРγУ
= КРγZ
=1,0;
-
кута нахилу різальної кромки:
КРλХ
= 1; КРλУ
= 1; КРλZ
= 1.
Складові сили різання:
(Н);
(Н);
(Н);
6. Потужність різання розраховують за формулою:
:
(кВт);
7. Визначення основного часу:
Основний технологічний час на перехід, підраховується за формулою згідно [р. ІІ , с. 55, 4]:
,
де l
– довжина оброблюваної поверхні (за кресленням) = 44 мм
;
l1
– величина на врізання і перебіг інструменту, що визначається за [4].
(хв);
Фрезерна операція
Оскільки точність поверхні 56,6 мм після обробки не задана, приймемо для даної поверхні – чорнове фрезерування. Верстат 6Р12. Призначимо глибину різання t
= 1 мм.
Розрахунок режиму різання будемо вести у такій послідовності:
1. Визначаємо подачу:
Приймаємо подачу на зуб фрези sz
в межах 0,14...0,24 мм/зуб
за [табл. 33, с. 283, 1] в залежності від потужності верстата (5...10 кВт
), оброблюваного та оброблюючого матеріалів. Враховуючи примітку до [табл. 33, с. 283, 1], оскільки ширина фрезерування більша 30 мм
, зменшуємо табличне значення подачі на 30%:
sz
≈ 0,1 мм/зуб
.
Тоді подача на оберт складе:
(мм/об).
2. Визначимо швидкість різання (колову швидкість фрези):
,
де D
= 125 мм
– діаметр фрези;
B
= 56,65 мм
– ширина фрезерування;
z
= 12 – кількість зубів інструменту.
Значення коефіцієнта СV
та показників степенів в цій формулі визначаємо за [табл. 39, с. 288, 1] в залежності від типу фрези, виду операції, матеріалу ріжучої частини:
СV
= 445, q = 0,2, x = 0,15, y = 0,35, u = 0,2, p = 0, m = 0,32.
Т = 180 хв –
період стійкості фрези за[табл. 40, с. 290, 1], взалежності від її діаметру;
Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання:
,
В цій формулі:
За [табл. 1, с. 261, 1] поправочний коефіцієнт, що враховує вплив фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу на швидкість різання для сірого чавуну:
,
де –
показник степені, що визначається за [табл. 2, с. 262, 1].
За [табл. 5, с. 263, 1] визначаємо поправочний коефіцієнт, що враховує вплив стану поверхні заготовки на швидкість різання за: .
За[табл. 6, с. 263, 1] визначаємо поправочний коефіцієнт, що враховує вплив інструментального матеріалу на швидкість різання: .
Отже, розрахункова швидкість різання:
(м/хв).
3. Розрахунковачастота обертанняінструменту:
(об/хв).
4. Хвилинна подача:
(мм/хв)
5. Узгодимо за паспортними даними верстата і остаточно приймемо фактичну частоту обертання: (об/хв).
Тоді фактична хвилинна подача: (мм/хв).
Уточнимо значенняшвидкості різання:
(м/хв).
6. Визначимо значення складових сили різання:
Знайдемо значення головної складової сили різання (при фрезеруванні – колова сила):
.
Значення коефіцієнта Ср
та показників степенів в цій формулі визначаємо за [табл. 41, с. 291, 1] в залежності від типу фрези, оброблюваного і оброблюючого матеріалів:
Ср
= 54,5, q = 1,0, x = 0,9, y = 0,74, u = 1,0, w= 0.
Поправочний коефіцієнт на якість оброблюваного матеріалу знаходимо в [табл. 9, с. 264, 1]: .
Отже, колова сила дорівнює:
(Н).
Величини решти складових сили різання визначаємо із їх співвідношення з головною складовою – коловою силою за [табл. 42, с. 292, 1]:
Горизонтальна сила (сила подачі): (Н).
Вертикальна сила: (Н).
Радіальна сила: (Н).
Осьова сила: (Н).
7. Визначимо крутний моментна шпинделі:
(Н∙м).
8. Ефективнапотужність різання:
(кВт)
9. Основний технологічний час згідно [п. ІІ , с. 190, 4]:
(хв),
де L –
довжина шляху, що проходить інструмент в напрямку подачі;
l
– довжина оброблюваної поверхні (за кресленням) = 113,3 мм
;
l1
– величина на врізання і перебіг інструменту, що визначається за [дод. 4, арк. 6, с. 378, 4] в залежності від типу фрези (торцева), схеми її установки (несиметрична) й ширини фрезерування (за кресленням = 56,65 мм);
sхв
– хвилинна подача фрези, визначена раніше;
3.2 Розрахунок режиму різання табличним методом
Свердлильна операція
Обробка проводиться на верстаті 2Н55.
Приймаємо попередньо:
по карті 46, с. 110, [4] подачу для свердління поверхонь 1
і 3
Для свердла Ø30 мм , група подач I – S
=0,47–0,57 мм/об
Для свердла Ø18,5 мм , група подач I – S
=0,34–0,43 мм/об
Узгоджуємо за верстатом:
S
1
=0,45 мм/об,
S
2
=0,315 мм/об.
По карті 58, с. 122, [4] подачу для
і 3
Для зенкера Ø19,9 мм и зенкера Ø31,8 мм , група подач II – S
=0,7 мм/об. Узгоджуємо за верстатом:
S
3
=S4
=0,63 мм/об.
Для конічної зенковки (поверхні 2
, 4
) приймаємо аналогічно, як и для зенкера S=0,7 мм/об
Узгоджуємо за верстатом:
S
5
=S
6
=0,63 мм/об
По карті 62, с. 125, [4] подачу для розвертання поверхні 1
Для розверток Ø20 и Ø32, група подач III – S
=1,9 мм/об.
Узгоджуємо за верстатом:
S7
= S
8
= 1,8 мм/об
Швидкість різання попередньо визначаємо по карті 47, с. 111, [4], для свердління поверхонь 1
і 3
.
Для обробки чавуну група твердості 170-255 НВ і подачі S
=0,4:
При діаметрі свердла більше 20:V
1
=31 м/хв.
При діаметрі свердла до 20:V
2
=27 м/хв.
По карті 60, с. 123, [4], для зенкування поверхонь 1
і 3
для обробки чавуну група твердості 170-255 НВ, подачі S=0,75, зенкер суцільний Р6М5, глибина різання 1мм:
V
3
= V
4
=22 м/хв.
Приймаємо аналогічну швидкість різання для конічної зенковки (поверхні 2
і 4
) :
V
5
=V
6
=22 м/хв.
По карті 64, с. 127, [4], для розвертання поверхонь 1
і 3
для обробки чавуну група твердості 170-255 НВ, подачі S=2:
V
7
= V
8
=5,8 м/хв.
Знаходимо частоти обертання шпинделя для кожної поверхні:
Поверхні 1
, 3
свердління Ø18,5:
n
1
=1000V
1
/(pd
1
)=1000*27/(3,14*18,5)=464,6 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
1
=400 хв-1
.
Поверхня 1
, розсвердлювання Ø30.
n
2
=1000V
2
/(pd
2
)=1000*31/(3,14*30)=328,9 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
2
=315 хв-1
.
Поверхня 3
, зенкування Ø19,9.
n
3
=1000V
3
/(pd
3
)=1000*22/(3,14*19,9)=351,9 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
3
=315 хв-1
.
Поверхня 1
, зенкування Ø31,8.
n
4
=1000V
4
/(pd
4
)=1000*22/(3,14*31,8)=220,2 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
4
=200 хв-1
.
Поверхня 2
, зенкування фаски 2х45º конічною зенковкою.
n
5
=1000V
5
/(pd
5
)=1000*22/(3,14*(32+2*2))=194,5 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
5
=200 хв-1
.
Поверхня 4
, зенкування фаски 1,6х45º конічною зенковкою.
n
6
=1000V
6
/(pd
6
)=1000*22/(3,14*(20+2*1,6))=301,8 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
6
=315 хв-1
.
Поверхня 1
, розвертання Ø32Н7.
n
7
=1000V
7
/(pd
7
)=1000*5,8/(3,14*32)=57,7 хв-1
.
Приймаємо по верстату n=50 хв-1
.
Поверхня 3
, розвертання Ø20Н7.
n
8
=1000V
8
/(pd
8
)=1000*5,8/(3,14*202)=92,3 хв-1
.
Приймаємо по верстату n
8
=80 хв-1
.
Результати розрахунків режимів різання зводимо в табл. 1.
Таблиця 1 Режими різання на свердлильній операції
Номер поверхні |
Зміст переходу | Частота обертання шпинделя, хв-1
|
Подача, мм/об |
| 1 | Свердління Ø18,5 | 400 | 0,315 |
| Розсвердлювання Ø30 | 315 | 0,45 | |
| Зенкування Ø31,8 | 200 | 0,63 | |
| Розвертання Ø32Н7 | 50 | 1,8 | |
| 2 | Зенкування фаски 2*45º | 200 | 0,63 |
| 3 | Свердління Ø18,5 | 400 | 0,315 |
| Зенкування Ø19,9 | 315 | 0,63 | |
| Розвертання Ø20Н7 | 80 | 1,8 | |
| 4 | Зенкування фаски 1,6*45º | 315 | 0,63 |
4. Стислі відомості про інструментальні матеріали
Матеріал інструментів на свердлувальній операції (зенкерів, свердел, розверток, зенковки) – швидкорізальна сталь Р6М5.
Основні відомості щодо матеріалу свердла для обробки отворів визначимо згідно [с. 48, п. 3.4., 5].
Основним легуючим елементом швидкорізальних сталей є вольфрам (Р), який взаємодіє з вуглецем, завдяки чому сталь набуває високої твердості, температуро- і зносостійкості. Окрім того, сталь містить молібден (М), який є хімічним аналогом вольфраму. Легування молібденом сприяє підвищенню теплопровідності сталі. Вольфрамо-молібденові сталі більш пластичні і куються краще, ніж вольфрамові, мають нижчий бал карбідної неоднорідності.
До хімічного складу сталі Р6М5 входить 6% вольфраму (W
) та 5% молібдену (Mo
).
Сталь Р6М5 доцільно застосовувати при виготовленні інструментів, що використовуються при невеликих швидкостях різання, але з великими перерізами шару, що зрізається, тобто при важкому силовому режимі. Внаслідок високої пластичності сталь придатна для виготовлення інструментів методами пластичного деформування.
Основні властивості сталі Р6М5:
- твердість: 62...64 HRC;
- теплостійкість, θ: 620°С;
- границя міцності на згин, σзг
: 2900...3100 МПа
;
- швидкості різання, v
: 25...35 м/хв
.
Матеріал твердосплавних пластин торцевої фрези та прохідногоо різця – вольфрамовий (однокарбідний) твердий сплав ВК6
[с. 50, п. 3.5., 5]. Основою твердого сплаву ВК6 є карбіди вольфраму (WC
), що мають високу тугоплавкість і мікротвердість, їх зерна з’єднуються між собою кобальтом (Co
). Чим більше в сплаві WC
, тим вища твердість і теплостійкість і менша міцність сплаву. Твердий сплав ВК6 характеризується високою твердістю, теплостійкістю та швидкостями різання, проте має відносно низьку міцність на згин. Застосовується для чорнової і напівчистової обробки чавунів і кольорових сплавів.
Хімічний склад сплаву ВК6: 6% кобальту (Co
), решта – 94% карбідів вольфраму (WC
).
Основні властивості твердого сплаву ВК6:
- твердість: 87...90 HRА;
- теплостійкість, θ: 800...900 °С;
- границя міцності на згин, σзг
: 1000...1200 МПа
;
- швидкості різання, v
: 90...300 м/хв
.
5. Встановлення взаємозв’язку елементів режиму різання та параметрів перерізу шару, що зрізається
Точіння
На (рис. 4) зображені елементи різання при обточуванні заготовки прохідним різцем згідно [6]. Глибина різання рівна припуску на обробку на даному переході: t
= 1 мм
.
Подача на оберт заготовки встановлена у п.3. даної роботи і рівна S
= 0,35 мм
.
Товщина шару, що зрізається, рівна: (мм
).
Ширина шару, що зрізається: (мм
).
Рис. 4. Елементи різання при розточуванні
Торцеве фрезерування
а б
Рис. 5. Схеми зрізання припуску при торцевому фрезеруванні
На (рис. 5) зображені схеми зрізання припуску при фрезеруванні поверхні торцевою фрезою згідно [с. 228, 6]. На (рис 1, а
) глибина різання t
= 1 мм
рівна припуску на обробку на заданому переході. В
= 56,65 мм
– ширина фрезерування (рівна ширині оброблюваного пазу). D
= 125 мм – діаметр фрези.
Приймемо для нашого випадку симетричне фрезерування (рис. 5). Кут контакту торцевої фрези . Товщина шару, що зрізається, яка відповідає кожному значенню кута визначається співвідношенням . Ширина шару, що зрізається для торцевих фрез рівна , де – кут нахилу ріжучої кромки, – головний кут в плані ріжучої кромки зуба торцевої фрези.
Свердлильна операція
Рис. 6. Елементи різання при: а – свердлінні, б – розсвердлюванні (розвертанні, зенкеруванні)
При свердлуванні в суцільному матеріалі (рис. 6, а) глибина різання рівня половині оброблюваного діаметру (діаметру свердла):
(мм
).
Щоб знайти подачу на зуб інструменту, слід розділити на кількість зубів знайдену в п. 3 подачу на оберт (кількість зубів для свердла –
2): (мм/зуб
).
Товщина шару, що зрізається, рівна:
(мм
).
Ширина шару, що зрізається:
(мм
).
При обробці попередньо обробленого отвору (розсвердлювання, зенкерування, розвертання) – рис. 6, б – глибина різання визначається так:
(мм
).
Товщина шару і ширина шару, що зрізаються, визначаються аналогічно.
Література
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. – Т2 – 496 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. – Т1 – 657 с.
3. Режимы резания металлов: Справочник / Под ред. Ю.В. Барановского. – М.: Машиностроение, 1972. – 364 с.
4. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть І. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, сверлильные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Изд. 2-е, М: Машиностроение, 1974. – 406 с.
5. Виговський Г.М. Теорія різання: Навч. посібн. – Житомир: ЖДТУ, 2006. – 250 с.
6. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебн. для вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304 с.