Розрахунок режимів різання при обробці деталі "Шайба ступінчаста"
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. Розрахункова
частота обертання інструменту:
(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 значення
швидкості різання:
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 момент на шпинделі:
(Н∙м).
8. Ефективна
потужність 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:
S1=0,45
мм/об,
S2=0,315
мм/об.
По
карті 58, с. 122, [4] подачу для зенкування поверхонь 1 і 3
Для
зенкера Ø19,9 мм и зенкера Ø31,8 мм , група подач II – S=0,7
мм/об. Узгоджуємо за верстатом:
S3=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:
S5=S6=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=
S8= 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:V1=31 м/хв.
При
діаметрі свердла до 20:V2=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:
V3=
V4=22 м/хв.
Приймаємо
аналогічну швидкість різання для конічної зенковки (поверхні 2 і 4)
:
V5=V6=
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:
V7=
V8= 5,8 м/хв.
Знаходимо
частоти обертання шпинделя для кожної поверхні:
Поверхні
1, 3 свердління Ø18,5:
n1=1000V1/(pd1)=1000*27/(3,14*18,5)=464,6
хв-1.
Приймаємо
по верстату n1=400 хв-1.
Поверхня
1, розсвердлювання Ø30.
n2=1000V2/(pd2)=1000*31/(3,14*30)=328,9
хв-1.
Приймаємо
по верстату n2=315 хв-1.
Поверхня
3, зенкування Ø19,9.
Приймаємо
по верстату n3=315 хв-1.
Поверхня
1, зенкування Ø31,8.
n4=1000V4/(pd4)=1000*22/(3,14*31,8)=220,2
хв-1.
Приймаємо
по верстату n4=200 хв-1.
Поверхня
2, зенкування фаски 2х45º конічною зенковкою.
n5=1000V5/(pd5)=1000*22/(3,14*(32+2*2))=194,5
хв-1.
Приймаємо
по верстату n5=200 хв-1.
Поверхня
4, зенкування фаски 1,6х45º конічною зенковкою.
n6=1000V6/(pd6)=1000*22/(3,14*(20+2*1,6))=301,8
хв-1.
Приймаємо
по верстату n6=315 хв-1.
Поверхня
1, розвертання Ø32Н7.
n7=1000V7/(pd7)=1000*5,8/(3,14*32)=57,7
хв-1.
Приймаємо
по верстату n=50 хв-1.
Поверхня
3, розвертання Ø20Н7.
n8=1000V8/(pd8)=1000*5,8/(3,14*202)=92,3
хв-1.
Приймаємо
по верстату n8=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).
-
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.