Министерствообразования и науки Российской Федерации
Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
Магнитогорскийгосударственный технический университет
им.Г.И. Носова
КафедраТехнологии машиностроения
Контрольнаяработа
подисциплине «Резание материалов»
Вариант6; 17
Магнитогорск 2010 г.
Вариантзадания № 6
Всоответствии с вариантом задания (прил. 1, вариант № 6) и эскиза детали (прил.2, рис. 3) подрезать торец детали с диаметра Ø52 мм на диаметрØ45 мм шероховатостью 80 мкм. Материал заготовки – серый чугун Сч 15-32твердость 1800 НВ. Обрабатываемая поверхность отливка с литейной коркой.Система станок – приспособление – инструмент – заготовка жесткая. Эскиззаготовки показан на рис. 1. Заданная шероховатость достигается черновымточением, поэтому выбор режущего инструмента и режимы резания определяем длячерновой токарной операции.
/>
Рис.1. Эскиз заготовки
1.Общие сведения о токарных операциях
Токарныестанки составляют около 50% станочного парка машиностроительной промышленности.
Натокарных станках выполняются основные операции по изготовлению типовых деталеймашин: обтачивание валиков цилиндрической и конической формы, растачиваниеотверстий, нарезание резьбы наружных и внутренних, торцевание, отрезка,прорезка торцов и галтелей.
Длянаружного точения применяются проходные резцы. Если продольная подача непараллельна линии центров, то можно получить не цилиндрическую поверхность, аконическую.
Растачиваниеприменяется для обработки внутренних поверхностей отверстий, для увеличениядиаметров отверстий. При растачивании применяют расточные глухие и сквозныерезцы.
Отрезаниеприменяется для отрезки готовой детали, для разрезки заготовок. Для отрезанияприменяются узкие отрезные резцы.
Прорезкаприменяется для нарезания различных канавок. Прорезные – это те же самые резцы,что и отрезные, но ширина режущей кромки у них должна равняться ширине паза.
Подрезкаприменяется для обработки торцов заготовки, а также для обработки наклонныхповерхностей. Подрезка производится подрезными резцами.
Итак,на токарных станках можно получить почти все виды деталей, имеющих форму телвращения.
Основныеположения теории резания металлов при эксплуатации станков и инструментовсводятся к назначению режимов резания с наиболее полным использованием режущихсвойств инструмента, кинематических и динамических данных станка принепременном условии получения качественной обработанной поверхности.
Назначитьосновные элементы режима резания – это значит определить глубину резания,подачу, скорость резания (число оборотов) и основное время.
Дляназначения элементов режима резания необходимо знать материал обрабатываемойдетали (заготовки) и его физико-механические свойства, размеры заготовки,размеры детали и технические условия ее изготовление, материал и геометриюрежущего инструмента, его размеры, максимально – допустимый износ и стойкость,кинематические данные станка, на котором будут обрабатывать заготовку.
2.Выбор формообразующего инструмента для черного точения Ø 52
Длячернового точения наружной поверхности по корке выбираем резец [1]. Выбираемрезец и устанавливаем его геометрические элементы. Принимаем токарный проходнойрезец отогнутый правый (рис. 2). Материал рабочей части — пластины — твердыйсплав ВК6 (табл. 3, с. 116); материал корпуса резца – сталь 45; сечение корпусарезца 16 х 25 мм; длина резца 150 мм.
Выбираемгеометрические элементы резца по справочнику [5]: форма передней поверхности –плоская с фаской типа IIб(табл. 29, с. 187); γ=12о; γф=-3о;α=10о; λ=0о (табл. 30, с. 188); φ=45о;φ1=45о (табл. 31, с. 190); r=1мм (табл. 32, с. 190 итабл. 4, примеч. 3, с.420).
/>
Рис.2. Резец токарный проходной отогнутый
3.Расчет режимов резания для чернового наружного точения поверхности Ø 52
Устанавливаемглубину резания t=3,5 мм, при черновом точении припуск на обработку равнаглубине резания ([1], с. 256), следовательно принимаем t=h=3,5мм при снятии припуска на один проход.
Назначаемподачу ([1] по табл. 11, с. 268), для параметра шероховатости Rz=80мкм при обработке чугуна резцом с r=1 мм рекомендуется s0=0,66мм/об (для r=0,8) и s0=0,81мм/об (для r=1,2).
Принимаемдля r=1 мм среднее значение s0=1,005мм/об, корректируя по паспорту станка, устанавливаем s0=1мм/об.
Скоростьрезания, м/мин
V=(Cν/TmtхSy)KV, (1)
гдеТ-60 мин — стойкость инструмента;
Cν=292; х=0,15;у=0,20; m=0,20 – коэффициент ипоказатели степени ([1] по табл. 17, с. 270);
КV=КmVKnVKuV, (2)
ГдеКmV – коэффициент,учитывающий влияние материала заготовки на скорость резания:
КmV=(190/НВ)nV, (3)
гдеnV=1,25 – показательстепени ([1] по табл. 2, с. 262);
НВ=180– фактический параметр, характеризирующий материал, мПа
КmV=(190/180)1,25=1,07,
гдеKnV–коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки ([1] по табл. 5, с.263);
KnV=0,8.
KuV=1,0 – коэффициентучитывающий влияние инструментального материала ([1] по табл. 6, с. 263).
КV=1,07х0,8х1,0=0,86.
Сучетом всех найденных коэффициентов:
V=(292/600,23,50,1510,2)х0,86=91,32м/мин.
Частотавращения заготовки, об/минn=1000V/(πD), (4)
гдеD – диаметр обрабатываемойзаготовки, мм;
n=1000х91,32/(3,14х52)=91320/163,28=559,3об/мин.
Попаспортным данным станка принимаем частоту вращения заготовки n=500об/мин. Тогда действительная скорость составит, м/мин:
Vд=πDn/1000; (5)
Vд=3,14х52х500/1000=81,64м/мин.
Мощностьрезания, кВт
N=PzV/1020х60 (6)
гдеPz–тангенциальная составляющая силы резания, Н
Pz=10СрtxsyVnKP, (7)
где
Ср=92;
х=1,0;
у=0,75;
n=0 – постоянная и показателистепени ([1] по табл. 22, с. 274);
Кр– поправочный коэффициент
Кр=KmPKφPKγPKλP, (8)
гдеKmP – коэффициент,учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости:
КmР=(190/НВ)n, (9)
деn=0,4- показатель степени ([1] потабл. 9, с. 264).
КmР=(190/180)0,4=1,02,
гдеKφP=1,0;
KγP=1,0;
KλP=1,0 –коэффициенты, учитывающие фактические условия резания ([1] по табл. 23, с.275).
Кр=1,02х1х1х1=1,02.
Pz=10х92х3,51х10,75х81,640х1,02=3284,4Н.
N=3284,4х81,64/1020х60=4,38 кВт.
Выполняемпроверку по мощности.
Nшп=Nдвη, (10)
гдеη – КПД = 0,75…0,8
Nшп=10х0,75=7,5кВт.
N=4,38 кВт
Таккак условие N
4.Расчет основного времени для чернового наружного точения поверхности Ø52
Расчетосновного времени, мин
Т0=li/Vs, (11)
гдеl – расчетная длина обрабатываемойповерхности, мм;
i– число проходов;
Vs – скорость движенияподачи, мм/мин.
Скорость движения подачи, мм/мин
Vs=ns0, (12)
гдеn – частота вращения шпинделя,об/мин;
s0– подача, мм/об.
Расчетнаядлина обрабатываемой поверхности, мм
l=lобр+lвр+lп+lсх, (13)
lобр– длина обрабатываемой поверхности в направлении подачи, мм;
lвр– длина врезания инструмента, мм;
lп– длина подвода инструмента к заготовке, мм;
lсх– длина перебега (схода) инструмента, мм.
Длинуlобрберут из чертежа обрабатываемой заготовки lвр,lп,lсх определяют по нормативам lп=lсх≈1 … 3 мм. Значение lвр= t ctg φ = 3,5ctg45о=3,5 мм.
Т0=100+3,5+3/500х1=0,213мин.
Вариантзадания № 17
Всоответствии с вариантом задания (см. прил.1, вариант №17) и эскиза детали (см.прил. 2, рис. 10) на радиально-сверлильном станке модели 2А53 просверлитьотверстие и развернуть на D=30Н6с шероховатостью поверхности Ra=3,2мкм (рис. 3). В нашем случае согласно исходных данных операцию выполняем в 2перехода.
/>
Рис.3. Эскиз детали
1.Общие сведения об операции сверления и развертывания
Сверлениеявляется одним из самых распространенных методов получения отверстия. Главноедвижение при сверлении – вращательное, движение подачи – поступательное.Сверлением можно получить отверстия 10…13 квалитетов точности с шероховатостьюповерхности 80…40 мкм по параметру Rz.
Операциясверления выполняется на сверлильных, токарных и расточных станках и частоявляется предшествующей операциям резьбонарезания, растачивания, зенкерования иразвертывания.
Режущиминструментом является сверло. По конструкции сверла сводятся к следующимосновным группам: спиральные сверла, сверла с прямыми канавками, перовыесверла, сверла для глубоких отверстий, сверла для кольцевого сверления,центровочные сверла и специальные комбинированные сверла. Наиболее широкоеприменение получили спиральные сверла. Развертывание – применяют для окончательнойобработки отверстий с целью получения высокой точности и чистоты поверхности.Операция развертывания выполняется – разверткой.
2.Выбор режущего инструмента для операции сверления
Первыйпереход операция сверления. Сверло — осевой инструмент для получения отверстийв сплошном материале. В детали необходимо просверлить отверстие и развернуть наD=30H6.Спиральное сверло, применяемое для получения отверстия, состоит из коническойкрепежно-присоединительной части, выполненной из стали 40; рабочей и режущейчастей, выполненных из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 19265-73.
Таккак в данном задание сверление не является заключительной операциейформирования отверстия, необходимый диаметр сверла определяем по формуле;
/>d = D – 2tразв.чист, мм, (14)
где,tразв.чист — припуск под чистовое развертывание.
Полученныйдиаметр сверла необходимо уточнить на соответствие ГОСТ 885-77 (переиздание 1986 г.). устанавливающий диаметры спиральных сверл. Принимаем ближайшее меньшее значение диаметра изстандартного ряда
tразв.чист=0,001D + 0,03, мм, (15)
tразв.чист=0,001х30+ 0,03 = 0,06 мм;
d =30-0,12=29,88 мм.
Изстандартного ряда принимаем сверло d= 29,75 мм.
Конструкцияинструмента принята стандартная (рис. 4) по ГОСТ 10903-77, сверло спиральное снормальным коническим хвостовиком ([2], с.368).
Другиепараметры сверла([2], с.372):
Диаметррабочее части – D=29,75 мм.
Длинарабочей части – l=175 мм.
КонусМорзе — №3.
/>
Рис 4. Элементы резания при сверлениии геометрические параметры сверла
3.Расчет режимов обработки, операции сверления для отверстия Ø 29,75 мм
ОтверстиеØ 29,75 мм формируется при черновой обработке заготовки. Из этогоотверстия на последующей операции рассверливания формируется отверстие Ø30Н6 мм. Глубина отверстия равна максимальной толщине заготовки и составляет 40 мм.
Дляосуществления операции выбрано сверло спиральное d= 29,75 мм с материалом режущей части из быстрорежущей стали Р6М5,двухсторонней заточки с подточенной перемычкой. Хвостовик нормальный коническийпо ГОСТ 10903-77. Операция осуществляется за один проход. Поскольку позволяетдостичь заданные параметры [1].
Глубинарезания t при сверлении равнаполовине диаметра сверления t=0,5х29,75=14,875мм.
Ограничивающимифакторами при расчете подачи являются длина отверстия, превосходящая диаметрболее чем в 5 раз; высокое качество поверхности для последующего резьбо — нарезания или развертывания; недостаточная жесткость системы СПИД. В данномслучае нет ограничивающих факторов, исходя из прочности сверла из быстрорежущейстали: при диаметре сверления 29,75 мм, σв = 800 МПа выбранаподача sо=0,4 мм/об ([1] по табл.27, с.433).
Скоростьрезания рассчитывается по следующей зависимости, м/мин:
V=(CVDq/TmtxSy)KmVKIV, (16)
гдекоэффициенты и показатели степеней, характеризующие группу обрабатываемыхматериалов, CV=9,8,q=0,40, m=0,2,у=0,5, х=0 ([1] по табл. 28, с. 278);
периодстойкости инструмента Т=50 мин ([1] по табл. 30, с. 279);
KmV=0,802 – коэффициент,учитывающий качество обрабатываемого материала ([1] по табл.1-4, с. 261-263);
KIV=1,0 – коэффициент,учитывающий длину сверления ([1] по табл. 31, с. 280).
Подставляявсе значения в формулу (16), рассчитываем значение скорости
V=(9,8х29,750,40/500,2х14,8750х0,40,5)х0,802х1=22,1 м/мин.
Крутящиймомент рассчитан по формуле, Нм
Мкр=CМDqtxSyKmР (17)
гдеСМ=0,041,
q=2,0,
у=0,7,
х=0– коэффициенты и показатели степени в формуле крутящего момента при сверлении([1] по табл. 32, с. 281);
КМР=1,05– коэффициент, характеризующий группу обрабатываемых материалов ([1] по табл.9, с. 264).
Мкр=9,81х0,0345х29,752х14,8750х0,40,7х1,05=165,627Нм.
Осеваясила рассчитана по формуле, кН
Ро=CРDqТxSyKmР (18)
гдеСР=68,
q=1,0,
у=0,7,
х=0– коэффициенты и показатели степени в формуле осевой силы при сверлении ([1] потабл. 32, с. 281);
КМР=1,05– коэффициент, характеризующий группу обрабатываемых материалов ([1] по табл.9, с. 264).
Ро=9,81х68х29,751х0,40,7х1,05=10973,244Н.
Необходимовыполнить условие
Ро≤Рmax (19)
гдеРmax – максимальноезначение осевой составляющей силы резания, допускаемой механизмом подачистанка. По паспортным данным станка
2А53Рmax=12500 Н. Таккак 10973,244 Н
Частотавращения инструмента рассчитана по формуле, об/минn=1000V/(πD), (20)
n=1000х22,1/(3,14х29,75)=236,579об/мин.
Частотавращения инструмента принята из ряда стандартных частот вращения для станка 220об/мин. Скорость резания при стандартной частоте вращения инструмента, м/мин:
Vфакт=nфакт(πD/1000); (21)
Vфакт=220(3,14х29,75/1000)=20,55м/мин.
Мощностьрезания по формуле, кВт:
Ne=Мкрn/9750 (22)
Ne=165,627х220/9750=3,73кВт.
Мощностьпривода главного движения станка 2А53, применяемого в существующемтехнологическом процессе, 12,5 кВт, в нашем случае мощности станка достаточнодля выполнения операции сверления.
4.Выбор режущего инструмента для операции развертывания
Второйпереход операция развертывания. На радиально – сверлильном станке развернутьсквозное отверстие d=29,75 мм до D=30H6на глубину толщины заготовки l=40мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra=3,2мкм. Обрабатываемый материал – сталь 20Х с σ=800 МПа; заготовка – поковкаотожженная.
Принимаем[3] машинную насадную развертку D=30мм с напаянными пластинами из твердого сплава [3]. Марка твердого сплава Т15К6,так как осуществляется окончательная обработка конструкционной стали.
Геометрическиеэлементы развертки принимаем по справочнику ([1] табл. 53. с. 160): γ = 0;α = 8о; угол в плане φ = 45о, эскиз развертки(рис. 5).
/>
Рис 5. Элементы резания: а) — призенкеровании, б) – развертывании; в) – профиль режущей и г) – калибрующейчастей зуба развертки.
3.Расчет режимов обработки, операции развертывания для отверстия Ø 30Н6 мм
Глубинарезанияt=D-d/2 (23)
t=30-29,75/2=0,125 мм.
Назначаемподачу, согласно справочника ([1] стр. 278, таб. 27), С учетом рекомендаций причистовом развертывании в один проход с параметром шероховатости Rа =3,2÷6,3 мкм, табличное значение подачи умножаем на коэффициент Коs=0,8,отсюда Sо=SоКоs=1,3х0,8=1,04 мм/об, подачу принимаем Sо=1мм/об.
Периодстойкости развертки Т=50 мин ([1] табл. 30. с. 280).
Скоростьрезания, м/мин, при развертывании рассчитывается по формуле ([1], стр. 276);
V=(CVDq/TmtxSy)KV. (24)
Значениекоэффициента CV= 100,6 показатели степени q=0,3, x=0, y=0,65, m=0,4([1], с.279, табл. 29).KV–общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условиярезания,
KV= KМV KИV KlV. (25)
KМV=0,89 — коэффициент на обрабатываемый материал ([1], с.261-262, таб.1-2), KИV= 1,15- коэффициент учитывающий влияние инструментального материала([1], с.263, таб. 6), KlV.=1 — коэффициент, учитывающий глубину сверления ([1], с. 280, таб. 31).
KV=0,89х1,15х1=1,02.
V=(100,6х300,3/500,4х0,1250х10,65)х1,02=59,53м/мин
Дляопределения крутящего момента при развертывании каждый зуб инструмента можнорассматривать как расточный резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящиймомент, Н м [1],
Мкр=СР tх szу D z/2х100, (26)
здесьsz – подача, мм на один зуб инструмента, равная s/z = 1/3=0,33 мм,где s – подача, мм/об, z – число зубьев развертки, принимаем z = 3 [1].Значение коэффициента СР = 339, показатели степени х = 1, у = 0,5[1],
Мкр=339х0,1251х0,330,5х30х3/2х100=10,7 Н м
Частотувращения шпинделя, соответствующая найденной скорости главного движения резанияопределяем по формуле (20).
n=1000х59,53/3,14х30=631,95 об/мин.
Корректируемчастоту вращения шпинделя по паспортным данным станка и устанавливаемдействительную частоту вращения шпинделя и устанавливаем действительнуювращения nфакт=600 об/мин.
Действительнаяскорость главного движения резания по формуле (21):
Vфакт=600х(3,14х30/1000)=56,52м/мин.
Мощностьрезания определяем по формуле (22):
Nе=10,7х600/9750=0,66кВт
Мощностьпривода главного движения станка 2А53, применяемого в существующемтехнологическом процессе, 12,5 кВт, в нашем случае мощности станка достаточнодля выполнения операции сверления.
Длясверления, зенкерования, рассверливания основное время с учетом выводаинструмента из обработанного отверстия, мм:
Т0=Y1+Y2+L/ns0 (27)
гдеL – длина отверстия;
n – частота вращения заготовки;
Y1= t ctg φ – расчитаннаявеличина врезания (φ – главный угол в плане, t – глубина резания);
Y2– 2…3 мм – величина перебега для сквозной обработки;
s0= подача на оборот.
Тогдадля операции сверления
Т0=(14,875хctg59о+40+2)/(0,4х220)=0,5 мин;
Дляоперации развертывания
Т0=(0,125хctg45о+40+3)/(1х600)=0,078 мин;
Библиографическийсписок
1.Справочник технолога-машиностроителя /Под. ред. А.Р. Косиловой, Р.К.Мещерякова. М.: Машиностроение, 1963, 1972, 1986. Т 1,2
2.Справочник инструментальщика /И.А. Ординарцев, Г.В. Филлипов, А.Н. Шевченко идр.; Под общей ред. И.А. Ординарцева. Л.: Машиностроение, 1979.
3.Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания, Москва 1990 г.
4.Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / Подред. В.И. Баранникова. М.: Машиностроение, 1990.
5.Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2/В. Н. Гриднев, В.В. Досчатов, В.С.Замалин и др./Под ред. А.Н. Малова. Изд.3-е. М.: Машиностроение, 1972.
6.Конспект лекций по резанию материалов. Под ред. Н.Н. Огаркова.