Контрольная работа: 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, σ_в=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 P_Z, радіальної P_Y і осьової P_X 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:

К_РφХ = 1; К_РφУ =1; К_РφZ =1;

- переднього кута:

 К_РγХ = К_РγУ = К_РγZ =1,0;

- кута нахилу різальної кромки:

К_РλХ = 1; К_РλУ = 1; К_РλZ = 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 s_z 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%:

s_z ≈ 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 С_V та показників степенів в цій формулі визначаємо за [табл. 39, с. 288, 1] в залежності від типу фрези, виду операції, матеріалу ріжучої частини:

С_V = 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:

(м/хв).

6. Визначимо значення складових сили різання:

Знайдемо значення головної складової сили різання (при фрезеруванні – колова сила):

.

Значення коефіцієнта С_р та показників степенів в цій формулі визначаємо за [табл. 41, с. 291, 1] в залежності від типу фрези, оброблюваного і оброблюючого матеріалів:

С_р = 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);

s_хв – 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.

n₃=1000V₃/(pd₃)=1000*22/(3,14*19,9)=351,9 хв^-1.

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

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, σ_зг: 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, σ_зг: 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.