Аналитический расчет режимов резания при точении

Аналитический расчет режимов резания при точении

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра: Технологии машиностроения

Курсовая работа

по дисциплине: Технология конструкционных материалов

на тему: Аналитический расчет режимов резания при точении

Выполнил: студент группы В-427

Завьялова Г.Н.

Екатеринбург 2011г.

Исходные данные

деталь - вал;

операция - наружное обтачивание;

обрабатываемый материал - Чугун СЧ 12-28; 170 НВ;

размеры заготовки: D = 56 мм,

размер детали - d = 47 мм,

длина обработки Lдет =530 мм;

- шероховатость обработанной поверхности Rz20 мкм;

состояние обрабатываемой поверхности: неравномерный припуск с коркой;

тип закрепления: в центрах;

станок - токарно-винторезный 1624М.

1. Распределение припуска и назначение глубины резания

Припуск на обработку

 ,

где D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d - диаметр обработанной поверхности.

припуск на обработку - 4,5 мм.

.1 Назначение числа проходов

Точность и шероховатость задано условием задания:

Rz20=> Считается 5 классом - проведём обработку за 2 прохода:

Принимается tчер = 3мм; tпчист = 1,5мм.

2. Выбор геометрических и конструктивных параметров и материала режущей части инструмента

2.1 Выбор материала режущей части (пластины)

Для черновой обработки по корке при неравномерном припуске заготовки из чугуна с глубиной резания 3мм выбираем сплав ВК8, который применяется для черновой обработки при неравномерном сечении среза и прерывистом резании.

Для получистовой работы с относительно равномерным сечением срезаемого слоя выбираем сплав ВК6. (Приложение 1 [3])

2.2 Выбор материала державки резца

Державку резца изготовим из Стали 45. Допустимое напряжение на изгиб: [σ]u = 20 кГс./мм2.

2.3 Выбор главного угла в плане

Угол φ определяется от жёсткости технологической системы. Жёсткость технологической системы зависит от закрепления.

Метод закрепления детали на станке - в центрах.

Жёсткость закрепления заготовки определяется по неравенству:

Если это условие выполняется, то система жёсткая.

В нашем случае: lзагот = 530 мм. D = 56 мм.

Из этого следует, что система малой жёсткости.

Для точения в условиях обработки деталей малой жёсткости применим угол φ =60о …75о, выбирается 60о. угол φ1 =30о.

2.4 Выбираем тип резца

Резец токарный проходной прямой правый с пластиной из твёрдого сплава ГОСТ 18878 - 73.

Рисунок 1 - Резец токарный проходной прямой

2.5 Определение сечение державки

Выбирается прямоугольная форма державки с размерами h=12мм, b=12мм.

Длина резца L = 70 мм (ГОСТ 18878 - 73)

Длина режущей кромки t = 7 мм. (ГОСТ 18878 - 73).

Обозначение правого резца, исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК8: Резец: 2100 - 0005 ВК8 ГОСТ 18878-73.

Обозначение правого резца, исполнения 1, угол врезки = 10о, с пластиной из твёрдого сплава ВК6: Резец: 2100 - 0005 ВК6 ГОСТ 18878-73.

.6 Определение толщины режущей пластинки

С≈0,2Н

где Н - высота державки резца

С=0,2х12=2,4 мм, т.е. 2,5 мм. (Приложение 1[2]).

Выбирается твердосплавная напаиваемая пластина для проходных прямых, расточных и револьверных резцов по ГОСТ 25395-90.

Таблица 1 - Параметры пластины по ГОСТ 25395-90

Остаточная толщина пластинки после переточек по передней поверхности:

Сост =0,4С=0,4х2,5=1мм.

2.7 Форма передней поверхности. (Приложение 8, Лист 1 [3])

Для черновой обработки по корке при неравномерном припуске выбираем форму заточки II: плоская с фаской.

Рисунок 2 - форма заточки плоская с фаской

Для получистовой обработки при равномерном припуске выбираем форму заточки I: плоская без фаски.

Рисунок 3 - форма заточки плоская без фаски

2.8 Геометрические параметры резца

Для черновой обработки при неравномерном припуске выбираются следующие геометрические параметры режущей части:

- главный угол в плане φ=60о;

- передний угол γ=8о задний угол α= 6о;

- радиус вершины r =0,8 мм;

- радиус скругления режущей кромки r =0,02 мм;

- ширина фаски f = 0,4 мм при черновой обработке.

Для получистовой обработки при равномерном припуске выбираются следующие геометрические параметры режущей части:

главный угол в плане φ=60о;

- передний угол γ=12о задний угол α= 8о;

- радиус вершины r =0,8 мм;

- радиус скругления режущей кромки r =0,02 мм.

деталь припуск глубина резание

3. Определение режимов резания для предварительного перехода

3.1 Расчет величины допустимой подачи для предварительного перехода

3.1.1 Подача, допустимая прочностью механизма подач станка Sм.n.

где V - скорость резания, м/мин. Принимается для черновой стадии обработки V=70 м/мин, так как эта величина близка к нижнему пределу рационального диапазона скорости резания при работе резцами, оснащенными твердым сплавом;

Pдоп1 - наибольшая осевая сила, допускаемая прочностью подачи станка. Наибольшая величина составляющей силы резания по выписке из паспорта станка 1624М.

Pz=7500. Осевую силу, допускаемую прочностью подачи станка, можно принять как: Рдоп1 ≈0,4х7500=3000 Н =300кгс

Срх - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, СPх = 46 (таблица 22 стр274 [5]);

XPх, YPх, ZPх - показатели степени влияния соответственно глубины резания, подачи и скорости резания на осевую силу резания.

XPх =1,0; YPх =0,4; ZPх = 0;

Кpx - общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.

Находим поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия работы (таблица 23 стр275 [5]):

,

где КMpx - поправочный коэффициент на Px в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала (таблица 9 стр264 [5]).

Кφрx - поправочный коэффициент на Px в зависимости от главного угла в плане. При φ = 60° Кφрx = 1,11, (таблица 23 стр275 [5]);

Кγрx - поправочный коэффициент на Px в зависимости от переднего угла.

При γ = 8° Кγрx = 1, (таблица 23 стр275 [5]);

Кλрx - поправочный коэффициент на Px в зависимости от угла наклона главного лезвия. При λ = 0° Кλрx = 1,(таблица 23 стр275 [5]);

Кrрx - поправочный коэффициент на Px в зависимости от радиуса при вершине резца. При r = 0,8 мм Кrрx = 1, (таблица 23 стр275 [5]);

Кpx = 0,96·1,11·1·1·1 = 1,0

.1.2 Подача, допустимая прочностью державки резца, S п.р.

,

где Pдоп2 - наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая прочностью державки резца, Н.

где l - вылет резца в мм.

При наружном точении - l = (1÷1,5)Н=(1÷1,5)х12=12÷ 18мм, принимается 18мм.

 - допускаемое державкой резца напряжение изгиба,

=200 Н/мм2 =20 кгс/мм2 для стали 45.

Находим поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия работы:

Срz = 92, (таблица 22 стр274 [5]);

XPz, YPz, ZPz - показатели степени влияния соответственно глубины резания, подачи и скорости резания на тангенциальную силу резания.

XPz =1,0; YPz =0,75; ZPz =0, (таблица 22 стр274 [5]);

Кpz - общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.

,

где КMpz - поправочный коэффициент на Pz в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала, (таблица 9 стр264 [5]):

Кφрz - поправочный коэффициент на Pz в зависимости от главного угла в плане. При φ = 60° Кφрz = 0,94, (таблица 23 стр275 [5]);

Кγрz - поправочный коэффициент на Pz в зависимости от переднего угла.

При γ = 8° Кγрz = 1;

Кλрz - поправочный коэффициент на Pz в зависимости от угла наклона главного лезвия. При λ = 0° Кλрz = 1, (таблица 23 стр275 [5]);

Кrрz - поправочный коэффициент на Pz в зависимости от радиуса при вершине резца. При r = 0,8 мм Кrрz = 0,93, (таблица 23 стр275 [5]).

Кpz = 0,96·0,94·1·1·0,93 = 0,84

.1.3 Подача, допустимая жёсткостью державки резца, Sж.р.

где Pдоп3 - наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая жесткостью державки резца, Н.

 , мм.

где Ер - модуль упругости материала державки резца, кгс./мм2.

Для углеродистой конструкционной стали Е = 2х105 МПа или 2х104 кгс/мм2;

Ip - момент инерции державки резца, мм4,

f - допускаемая стрела прогиба резца, при черновой обработке f=0,1 мм, (п.1.2.3 [2]).

.1.4 Подача, допустимая прочностью детали Sпд.

где Рдоп4 - наибольшая тангенциальная сила резания, допускаемая прочностью детали, Н

 , мм.

где L1 - расчетная длина с учетом схемы нагружения детали L1 =530 мм,

Qп - коэффициент нагружения при расчете на прочность, Qп = 0,25, (таблица 2 [2]);

W - момент сопротивления сечения детали. Для сплошного круглого сечения:

[σи] - допускаемое материалом детали напряжение изгиба,

Для серого чугуна [σи] ≈ 0,4σви , МПа, где σви - предел прочности при изгибе;

Для серого чугуна СЧ 12-28 σви= 280МПа=28 кгс/мм2

[σи] ≈ 0,4∙280=112 МПа=11,2 кгс/мм2

.1.5 Подача, допустимая жесткостью детали Sжд.

,

где Рдоп5 - наибольшая тангенциальная сила резания, допускаемая жесткостью детали, Н

,

где Qж - коэффициент нагружения при расчете на жесткость, Qж=48 (таблица3[2]);

Ед - модуль упругости материала детали. Для чугуна: Ед = 9·103МПа;

f - допускаемая стрела прогиба детали, при черновой обработке f=0,2÷0,4 мм, принимается 0,4 мм;

Iд - момент инерции сечения детали, мм4,

.1.6 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (Sппим)

Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

, мм/об,

где φ - угол в плане резца, φ = 60°;

Из всех найденных по лимитирующим факторам подач выбираем наименьшую- Smin= 1,24 мм/об.

Скорректированная подача , т.е. ближайшая меньшая подача по паспорту станка: Sф=1,2мм/об.

.2 Определение величины скорости резания на предварительной стадии обработки

.2.1Определение ориентировочной величины тангенциальной составляющей силы резания при предварительном переходе:

,

.2.2 Определение величины крутящего момента, необходимого для резания

,

где D - диаметр обрабатываемой поверхности, D =56

3.2.3 По найденному крутящему моменту из паспортных данных станка 1624М находим число оборотов шпинделя станка, которому соответствует ближайший больший допускаемый крутящий момент.

По паспорту станка 1624М ближайшее число оборотов шпинделя станка nст=1000об/мин.

.2.4 Определим скорость резания Vст, соответствующую выбранному числу оборотов nст, т.е. скорость резания, допускаемую прочностью механизма главного движения станка (скорость резания «по станку»), м/мин:

.2.5 Скорость резания, исходя из режущих свойств инструмента:

,

где Сv - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, Сv =340 , (таблица 17 стр269 [5]);

Т - стойкость режущего инструмента, Т=60 мин.

m - показатель относительной стойкости, m =0,2, (таблица 17 стр269 [5]);

Xv, Yv - показатели степеней влияния соответственно глубины резания и подачи на скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента; Xv=0,15; Yv=0,45

Кv - общий поправочный коэффициент, характеризующий условия обработки.

,

КТv -поправочный коэффициент, зависящий от периода стойкости режущего инструмента. При Т=60 мин, КТv =0,8, (карта 23лист 3[3]);

Кmv находится по таблице 1(стр. 261 [5]);

;

Кnv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки на скорость резания, Кnv =0,8 по таблице 5(стр. 263 [5] );

Кφv - поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, Кφv = 1,10 по таблице 5(стр. 263 [5] );

Из двух скоростей наименьшей является скорость Vи=94 м/мин.

Так как наименьшей оказалась скорость «по инструменту», то необходимо найти соответствующее ей число оборотов шпинделя станка, об/мин:

По паспорту станка nф=710 об/мин.

.2.6 Соответственно скорректированная фактическая скорость резания

.2.7 Фактическая тангенциальная составляющая силы резания на предварительном переходе

,

.2.8 Фактическая мощность, затрачиваемая на резание:

3.3 Определение показателей эффективности результатов расчета на предварительной стадии обработки

.3.1 Коэффициенты использования инструмента по скорости резания

Коэффициенты использования станка по мощности:

Эффективная мощность шпинделя по приводу Nэф.пр , кВт, берется из паспорта станка, Nэф.пр=7,8 кВт (приложение 3 [1]).

.3.2 Основное время предварительного перехода, мин., при глубине резания t1:

,

где L - величина пути инструмента в направлении подачи, L=530;

L=l+lвр+lп

где l - длина обработанной поверхности, l=530;вр - величина врезания, lвр=t·ctgφвр=3·ctg600=2 мм

lп - величина перебега (выхода) инструмента, lп=1÷2 мм, принимается 1 мм.=530+2+1=533мм

4. Определение режимов резания для окончательного перехода

.1 Расчет величины допустимой подачи для окончательного перехода

.1.1 Подача, допустимая жёсткостью державки резца, Sж.р.

где Pдоп3 - наибольшая вертикальная (тангенциальная) сила, допускаемая жесткостью державки резца, Н.

где Ер - модуль упругости материала державки резца, кгс./мм2.

Для углеродистой конструкционной стали Е = 2х105 МПа или 2х104 кгс/мм2;

Ip - момент инерции державки резца, мм4,

f- допускаемая стрела прогиба резца, при чистовой обработке f=0,05 мм, (п.1.2.3 [2]).

.1.2 Подача, допустимая жесткостью детали Sжд.

,

где Рдоп5 - наибольшая тангенциальная сила резания, допускаемая жесткостью детали, Н

Где Qж - коэффициент нагружения при расчете на жесткость, Qж=48, (таблица 3[2]);

Ед - модуль упругости материала детали. Для чугуна: Ед = 9·103МПа;

F - допускаемая стрела прогиба детали, при получистовой обработке f=0,25δ, где δ=0,62 по 14 квалитету f =0,25·0,87=0,2 мм.

Iд - момент инерции сечения детали, мм4,

.1.3 Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала (Sппим)

Подача, допустимая прочностью пластины инструментального материала, определяется по следующей формуле:

, мм/об,

где φ - угол в плане резца, φ = 60°; С - толщина платины, С=2,5мм.

В качестве подачи для окончательной обработки выбираем наименьшее значение из полученных величин подач, т.е. S=Smin, Smin=1,5 мм/об

Скорректированная подача - ближайшая подача по паспорту станка: Sф=1,46 мм/об, (приложение 2[1]).

Так как расчетная подача, S=1,46 мм/об, превышает величину подачи из нормативов, S=0,42 мм/об, следовательно, принимаем в качестве искомой нормативную подачу

Скорректированная подача - ближайшая подача по паспорту станка : Sф=0,37мм/об, приложение 1[1].

4.2 Определение величины скорости резания на окончательной стадии обработки

.2.1Определение ориентировочной величины тангенциальной составляющей силы резания на окончательном переходе:

.2.2 Определение величины крутящего момента, необходимого для резания:

,

где D - диаметр обрабатываемой поверхности (после черновой обработки), D =56-6=50.

.2.3 По найденному крутящему моменту из паспортных данных станка находим число оборотов шпинделя станка nст=1400 об/мин.

.2.4 Определим скорость резания Vст, соответствующую выбранному числу оборотов nст, т.е. скорость резания, допускаемую прочностью механизма главного движения станка (скорость резания «по станку»), м/мин:

.2.5 Скорость резания, исходя из режущих свойств инструмента:

,

где Сv - коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал, Сv =340 , (таблица 17 стр269 [5]);

Т - стойкость режущего инструмента, Т=60 мин;

m - показатель относительной стойкости, m =0,2, (таблица 17 стр269 [5]);

Xv, Yv - показатели степеней влияния соответственно глубины резания и подачи на скорость резания, допускаемую режущими свойствами инструмента; Xv=0,15; Yv=0,45

Кv - общий поправочный коэффициент, характеризующий условия обработки.

,

КТv -поправочный коэффициент, зависящий от периода стойкости режущего инструмента. При Т=60 мин, КТv =0,8, (карта 23лист 3 [3]);

Кmv находится по таблице 1(стр. 261 [5]);

;

Кnv - поправочный коэффициент, учитывающий влияние состояние поверхности заготовки на скорость резания, Кnv =0,8 по таблице 5(стр. 263 [5]);

Кφv - поправочный коэффициент, зависящий от главного угла в плане, Кφv = 1,10, (карта 23лист 3 [3]);

Из двух скоростей наименьшей является скорость Vи=176 м/мин.

Так как наименьшей оказалась скорость «по инструменту», то необходимо найти соответствующее ей число оборотов шпинделя станка, об/мин:

nф=1400об/мин

.2.6 Соответственно скорректированная фактическая скорость резания

4.2.7 Фактическая тангенциальная составляющая силы резания на предварительном переходе

,

.2.8 Фактическая мощность, затрачиваемая на резание:

.3. Определение показателей эффективности результатов расчета на окончательной стадии обработки

.3.1 Коэффициенты использования инструмента по скорости резания

Коэффициенты использования станка по мощности:

Nэф.пр=7,8 (приложение 3 [1])

.3.2 Основное время предварительного перехода, мин., при глубине резания t1:

Где где L - величина пути инструмента в направлении подачи, L=530;

=l+lвр+lп

Где l - длина обработанной поверхности, l=530;вр - величина врезания, lвр=t·ctgφвр=1,5·ctg600=1 мм

lп - величина перебега (выхода) инструмента, lп=1÷2 мм, принимается 1 мм.=530+1+1=532мм

5. Суммарное основное время, необходимое на предварительную и окончательную обработку детали

Тм=Тм1+Тм2+ Тм3,

где Тм1 - основное время на предварительной стадии обработки,

Тм2 - основное время на получистовой обработке

Тм3 - основное время на чистовой обработке

Тм= 2,0+2,2=4,2 мин.

Список литературы

1. Задание и методические указания к курсовой работе для студентов IV курса специальностей Т, В, и СМ - М., 1990. 36 с.

. Методические указания для выполнения курсовой работы по курсу «Технология конструкционных материалов» для студентов IV курса специальностей Т, В и СМ. - М.,1990. 31 с.

. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках. Часть II,. М.: Машиностроение, 1990. 472 с.

. Режимы резания металлов. Справочник/Под ред. Ю.В.Барановского. М.: Машиностроение, 1972

. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А. Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.