3 Расчет и конструирование режущего инструмента

3.1 Расчет и конструирование резца для наружного чернового точения поверхности диаметром 250 мм, на длину 84мм

Выбор геометрии режущей части резца

Для чернового точения наружной поверхности выбираем резец с механическим креплением сменной многогранной пластиной из твердого сплава. К достоинству резцов с СМП относят их высокую эффективность: резцы позволяют повысить стойкость в 1,5 раза и выше, производительность труда в 1,4 раза ,снизить расход твердого сплава на 20%.

Проектируемый токарный проходной упорный резец с трехгранными режущими пластинами из твердого сплава для обработки наружных цилиндрических поверхностей, обтачивания ступенчатых деталей и подрезки торцов, буртиков.

Выбор инструментального материала. При выборе инструментального материала необходимо учесть материал заготовки, вид обработки и условия резания. Твердые сплавы обеспечивают обработку труднообрабатываемых материалов со скоростями, превышающими скорости обработки быстрорежущими сталями в несколько раз. Это обеспечивает значительное повышение производительности обработки. Все твердые сплавы делятся на три группы: ВК, ТК и ТТК. Сплавы группы ВК используются как правило при обработке чугунов, сплавы группы ТК – при обработке сталей, сплавы группы ТТК – при обработке цветных сплавов. Для данного случая наиболее целесообразным является использование сплавов группы ТК. Они обладают, по сравнению с твердыми сплавами группы ВК, большими твердостью, тепло и износостойкостью, меньшей прочностью и повышенной хрупкостью. Эти недостатки можно свести к минимуму путем подбора соответствующей марки твердого сплава группы ТК.

Учитывая все вышеперечисленное, выбираем пластину из сплава Т15К6 по ГОСТ 19063-80 .

Выбираем материал резца: державка - сталь 45 по ГОСТ 1050 – 74 (HRCэ 35…40); винт – сталь 40Х по ГОСТ4543 – 71 (HRCэ35…40); прихват - сталь 40Х по ГОСТ4543 – 71 (HRCэ35…40); пластина трехгранная – твердый сплав Т15К6.

1). Определим геометрию режущей части резца. Определяющим фактором в выборе геометрии режущей части резцов являются свойства материала обрабатываемой заготовки, вид инструментального материала и вид обработки.

Выбираем твердосплавную трехгранную пластину ГОСТ 19068-80.

Материал державки резца сталь 45 ГОСТ 4543-71

Геометрические элементы лезвия рабочей части резца с трехгранной пластиной [4,стр.109]:

При проектировании режущего инструмента резца, помимо разработки его конструкции, расчетов геометрических параметров, формы и размеров инструмента, необходимо произвести расчет на прочность и жесткость. Для этого необходимо сначала выбрать размеры поперечного сечения корпуса резца. У станка 16К30, на котором выполняется точение, расстояние от опорной плоскости резца в резцедержателе до линии центров равно 40мм. Для установки резца на станке вершиной по центру принимается высота его Н = 40мм. Выбираем прямоугольную форму сечения державки резца, т.к. при такой форме врезание пластин меньше «ослабляет» корпус.

2).Для заданных режимов резания сечение срезаемого слоя:

(3.1)

где : t= 4 (мм) - глубина резания

S=0,7(мм/об) - подача

Определим ширину В прямоугольного сечения корпуса резца при условии Н : В = 1,25 по формуле:

(3.2)

где P_z = 3692,6Н – сила резания расчетная;

l = 40мм – вылет резца;

σ_и = 200МПа – допустимое напряжение на изгиб.

Тогда:

Принимаем стандартное большее значение В = 16мм.

Определим высоту Н корпуса резца:

мм.

Основные размеры резца выбираем по ГОСТ 26611 – 85:

рабочая высота резца h=20мм; ширина державки резца b=16 мм;

рабочая ширина резца f=20 мм;

длина резца L=130 мм.

Технические требования на резец выбираем по ГОСТ 21492 – 76

3).Расчет корпуса резца на прочность

Проверяем корпус резца на прочность, определяя максимальную нагрузку, допускаемую прочностью резца:

P_z ≤ P_{z доп} (3.3)

Р_zдоп (3.4)

где P_z = 3692,6Н – сила резания, рассчитанная в пункте 5;

В = 16мм – ширина корпуса резца;

Н = 20мм – высота корпуса резца;

l = 40мм – вылет резца;

σ_и = 200МПа – допустимое напряжение на изгиб.

Тогда:

Р_zдоп

P_z = 3692,6Н < P_{z доп} = 5333H.

Так как условие [3.3] выполняется, то проектируемый токарный резец обладает достаточной прочностью.

4). Расчет корпуса резца на жесткость

Проверяем корпус резца на жесткость, определяя максимальную нагрузку, допускаемую жесткостью резца:

P_z ≤ P_{z жест} (3.5)

, (3.6)

где P_z = 3692,6Н – сила резания, рассчитанная в пункте 5;

f = 0,1мм – допустимая стрела прогиба резца (для чернового точения);

E = 2 · 10⁵ МПа – модуль упругости материала корпуса резца;

J – момент инерции корпуса резца;

l = 40мм – вылет резца.

Момент инерции рассчитаем по формуле для прямоугольного сечения державки резца:

, (3.7)

где В = 16мм – ширина корпуса резца;

Н = 20мм – высота корпуса резца.

Тогда:

Р_zжест

P_z = 3692,6Н< P_{z жест} = 10000H.

Так как условие [3.5] выполняется, то проектируемый токарный резец обладает достаточной жесткостью.

3.2 Расчет и конструирование сверла для сверления отверстия диаметром Ø7мм и глубиной L=20 мм

Для сверления отверстия выбираем спиральное сверло с одинарной заточкой 7мм, с цилиндрическим хвостовиком.

По ГОСТ 10902-77 выбираем конструкцию данного сверла:

l=40 мм,

L=96 мм,

D= 7мм .

Твердость быстрорежущей стали Р6М5 HRC_э 64 ед., плотность =8,15 гсм³, прочность на изгиб _и=3200-3600 МПа, теплостойкость Т=630С.

Определяем длину сверла. Общая длина L=109 мм (по ГОСТ 10902-77).

Определяем геометрические и конструктивные параметры рабочей части сверла.

Геометрические параметры рабочей части сверла:

=33 - угол наклона винтовой канавки,

2=118 - угол между режущими кромками,

=50 - угол наклона поперечной кромки,

=12 - задний угол,

Шаг винтовой канавки определяем по формуле:

(3.8)

где Н - шаг винтовой канавки, мм;

D – диаметр сверла, мм:

 - угол наклона винтовой канавки, ;

Определяем толщину сердцевины сверла d_c. Она выбирается в зависимости от диаметра сверла. При диаметре сверла 7 мм она будет находится в интервале 0,15D. Принимаем толщину сердцевины у переднего конца сверла равной:

d_c=0,15 7=1,05 мм.

Утолщение сердцевины по направлению к хвостовику 1,4-1,8 мм на 100 мм длины рабочей части сверла. Принимаем это утолщение равным 1,6 мм.

Определяем обратную конусность сверла (уменьшение диаметра по направлению к хвостовику). Она должна находится в интервале 0,03-0,08 мм при диаметре сверла 7 мм. Принимаем обратную конусность равной 0,05 мм.

Определяем ширину ленточки (вспомогательной задней поверхности лезвия) f₀ и высоту затылка по спинке К. Они определяются по справочным данным [4, С. 194, таблица 63]:

f₀=0,7 мм;

К=0,4 мм.

Определяем ширину пера по формуле:

В=0,58 D=0,58 7=4,06 мм.

Определяем геометрические элементы профиля фрезы для фрезерования канавки сверла упрощенным аналитическим способом [8].

Больший радиус профиля определяется по формуле:

(3.9)

где

(3.10) (3.11)

(3.12)

где D_ф – диаметр фрезы, мм;

При соотношении

С_ф=1.

Следовательно, R₀=0,495 7=3,465 мм.

Определяем меньший радиус профиля по формуле:

(3.13)

где

Следовательно, R_к=0,206 7=1,442 мм.

Ширина профиля определяется по формуле:

B = Ro+Rk = 3,456 + 1,442 = 4,898 мм;

Предельные отклонения диаметров сверла D= 7h9. Допуск на общую длину и длину рабочей части сверла равен удвоенному допуску по 16-му квалитету с симметричным расположением предельных отклонений (IT14/2) по ГОСТ 25347-82. Предельные отклонения размеров конуса хвостовика устанавливают по ГОСТ 2848-75 (степень точности АТ8). Радиальное биение рабочей части сверла относительно оси хвостовика не должно превышать 0,15 мм. Угол 2=1182^. Угол наклона винтовой канавки =33_-2.

Предельные отклонения размеров подточки перемычки режущей части сверла +0,2 мм. Твердость рабочей части сверла 63-66 HRC_э.

По найденным размерам строим профиль канавочной фрезы. Устанавливаем основные технические требования и допуски на размеры сверла.

3. 3 Расчет и конструирование дискового прямозубого долбяка для долбления зубьев полумуфты с модулем m=3мм

1.Назначение и область применения долбяка.

Долбяки применяют для чернового, получистового и чистового нарезания зубчатых колёс наружного и внутреннего зацепления с прямыми и косыми зубьями, с модулем до 12мм.

2.Выбор базовой конструкции инструмента.

Базовую конструкцию инструмента, основные конструктивные и расчетные размеры долбяка принимаем по ГОСТ 9323-79.

По ГОСТ 9323-79 выбираем чистовой зуборезный долбяк типа 1, точности А со следующими конструктивными размерами:

модуль m=3мм;

наружный диаметр долбяка мм;

делительный диаметр долбяка мм;

посадочный диаметр отверстия мм;

общая высота долбяка мм;

расстояние А исходного сечения от передней поверхности А=6,8мм;

число зубьев ;

Углы профиля зубьев:

задний угол ;

передний угол .

Размеры профиля зубьев по приложению №1 ГОСТ 9323-79

3.Обоснование выбора инструментального материала

Табл.1.6-Физико-механические свойства стали Р6М5.

Плотность г/см	Твёрдость		После закалки		Температура,		Теплостойкость (красностойкость)
	После отжига (НВ)	После закалки и отпуска (НRC )	, МПа	Дж/мм	закалки	отпуска
8,15	255	64	3300-3400	4,8	1220	550	620