Розрахунок режимів різання при точінні

15

Розрахунок режимів різання при точінні

Завдання. Для заданих вихідних умов оброблення партій деталей розрахувати оптимальні режими різання для токарного оброблення

Номер варіанту	Розміри деталі, мм	Матеріал заготовки	Метод виготовлення заготовки
	Зовнішній d точність, IT шорсткість, Ra	Внутрішній діаметр, d1	Довжина деталі, l
46	200 h11, Ra15	100	2100	Сталь10	1

Аналіз вихідних даних

Технологічний ескіз обробленої деталі наведено на рис. 1.

Рисунок 1 - Технологічний ескіз деталей, що оброблюється

Заготовка виготовлена з конструкційної вуглецевої сталі - сталь 10 ГОСТ 1050-88;

Границя міцності = 460МПа;

Твердість 107 HB

Вид заготовки та її ескіз

В вихідних даних, що задані, заготовка - гарячекатаний прокат звичайної точності.

Відповідно до заданого методу виготовлення заготовки, її розміри встановлюються за даними табл. Д.3.6. [1]. Визначаємо розміри заготовки в залежності від розмірів деталі.

Для розмірів деталі діаметру D = 200 довжині 2000 < l ? 3150, діаметр заготовки складає Dзагот =210 припуски та граничні відхилення складають + 1,2 мм.

Ескіз заготовки наведено на рис. 2.

Рисунок 2 - Ескіз заготовки

Найбільший розмір заготовки складає

dзаг мах = dзагот.+? = 200+10+1,2 = 211,2 (мм) (3.1)

Вибір верстатного обладнання для оброблення заготовки

За даними табл. Д.4.1 [1], враховуючи розміри заготовки, зокрема діаметр та довжину, вибираємо токарний верстат, який може забезпечити оброблення заготовок таких розмірів.

Оброблення будемо виконувати на верстаті моделі 16K30, який має такі технічні характеристики:

Найбільший діаметр оброблення над супортом - 350 мм Найбільша довжина оброблюваної заготовки -1400,2000,2800 мм

Частоти обертання шпинделя -

6.3;8;10;12,5;16;20;25;31,5;40;50;63;80;100;125;160;200;250;315;400;500;630;800;1000; 1250;

Поздовжні подачі - 0,055; 0,085; 0,107; 0,11; 0,12; 0,15; 0,17; 0,214; 0,24; 0,3; 0,34; 0,43 0,48; 0,6; 0,68; 0,86;097;1.2; Потужність електродвигуна головного приводу, Ng, кВт - 13

Найбільше зусилля, що допускається механізмом поздовжньої подачі, [Pz]МП,H -17000 Найбільші розміри державки різця, h?b, мм -32?32

Вибір інструментального матеріалу, типу інструменту та його геометричних параметрів різальної частини

Розрахунок режимів різання виконується для умов попереднього чорнового оброблення, заготовка може мати нерівномірний припуск. Процес різання неперервний.

У відповідності до табл. 1 [1], з урахуванням визначених умов оброблення, можуть бути застосовані наступні інструментальні матеріали: Т15К6, Т14К8? Т5К10, Р9М4К8, Р6М5К6.

Для підвищення продуктивності доцільно використовувати тверді сплави, відповідно, для оброблення сталей застосовують металокерамічні тверді сплави, а саме: Т15К6, Т14К8 та Т5К10.

Приймаємо твердий сплав Т15К6.

У відповідності до особливостей поверхні, що оброблюється, приймаємо прохідний відігнутий різець

Форму заточування передньої поверхні визначаємо за табл. 2[1] з урахуванням вибраного інструментального матеріалу, фізико-механічних характеристик оброблюваного матеріалу та типу стружки, що може утворюватись в процесі різання.

При попередньому чорновому обробленні конструкційної вуглецевої сталі буде утворюватись зливна стружка, яка потребує її цілеспрямованого завивання, відведення та руйнування, що може забезпечуватись криволінійною формою передньої поверхні з додатковою фаскою, ескіз якої наведено на рис. 3.



Рисунок 3 - Ескіз форми передньої поверхні

Таку форму передньої поверхні доцільно застосовувати при обробленні пластичних матеріалів, в першу чергу, сталей ( ? 800 МПа) з глибиною різання h = 1 - 8 мм та подачею S ? 0,3 мм/об. Завивання стружки здійснюється лункою b = 2…2,5 мм, R = 4…6 мм, hл = 0,1…0,15 мм.

Визначення геометричних параметрів різальної частини інструменту

Основні геометричні параметри різальної частини визначаємо за табл. 3 [1]. При обробленні сталі та стального литва з ? 800 МПа приймаємо передній кут г = 25?; головний задній кут б = 8?; при жорсткій технологічній системі головний кут в плані ц = 45?; допоміжний кут в плані ц1 = 12?; кут нахилу головної різальної кромки л = 0?; радіус вершини rв = 1,0 мм, ширина фаски f = 0,4 мм.

Ескіз різального інструменту наведено на рис. 4.



Рисунок 4. - Ескіз прохідного відігнутого різця та його геометричні параметри

Розрахунок складових режиму різання

Для розрахунку режимів різання необхідно прийняти схему установки заготовки. Оскільки

l/d = 2100/211,2 =9,94 (3.2)

то необхідно застосувати двоопорну установку заготовки. Для попереднього чорнового оброблення приймаємо установку заготовки в патроні та центрі (табл.3[1]).

Ескіз установки заготовки та розрахункову схему наведено на рис. 5.

Рисунок 5 - Ескіз установки заготовки та розрахункова схема

Визначення глибини різання

За умовою завдання необхідно розрахувати режими різання для попереднього чорнового етапу оброблення, що потребує визначення найбільшої глибини різання. Чорнове оброблення будемо виконувати за один робочий хід і=1, відповідно, глибина різання буде дорівнювати

h = (dзаг мах - dH)/2 = (211,2-200)/2 = 5,6 (мм) (3.3)

Приймаємо h =5,6 мм

Визначення подачі за силами, що допускаються елементами технологічної системи оброблення

Сила різання [PZ]МЗ, яка допускається міцністю заготовки

[PZ]МЗ = W [ЗГ] / (Ф(l) ), (3.4)

де W - момент опору перерізу заготовки, м3; [ЗГ] - допустиме напруження матеріалу заготовки на згин, Па; функція Ф(l), що відповідає найбільшому значенню згинального моменту, Н м; е - співвідношення радіальної складової сили різання РY до PZ. е = 0,4…0,6.

W = 3,14 (0,2)3/32 = 8.1•10-5, м3

[ЗГ] = /кз =460 106/4 = 115 •106, Па

Відповідно отримаємо

[PZ]МЗ = 8,1 10-5?115 106 / 2,4 10-1?1,118 = 34716(Н)

Сила різання [PZ]ЖЗ, яка допускається жорсткістю заготовки

[PZ]ЖЗ = C E I [?y]/ (е l3) (3.6)

де C - коефіцієнт, що враховує установку заготовки; Е - модуль пружності, Па; І - момент інерції, м4; [?y] - допустимий прогин заготовки.

Для стальних заготовок можна прийняти Е = 210 ГПа = 2,1•1011 Па. Для круглого перерізу І = П d4 /64 = 3,14 • (0,2)4 /64 =9,5 10-5, м4

Точність оброблення заданої поверхні 200 h11 складає Td = 0,29 мм, [2].

Відповідно допустимий прогин заготовки встановлюють в межах [?y] =(0,25…0,5)Td

Приймаємо [?y] = 1/2 Td = 0,5 ?•0,29 •10-3 = 0,145 10-3 м

Відповідно, отримаємо

[PZ]ЖЗ = 102?2,1 1011?9,5 10-5?0,145 10-3 / 0,5?23 = 73765(Н)

Сила різання [PZ]МП, яка допускається механізмом подач верстату

[PZ]МП = 2[PП], (3.7)

де [PП] - сила, яка допускається міцністю зубців рейкової шестерні механізму поздовжньої подачі верстату. Значення цієї сили є технічною характеристикою верстата і знаходиться в технічному паспорті верстата. Для верстата 16K30 найбільше зусилля, яке допускається механізмом поздовжньої подачі складає [1, табл. Д.4.1.]. [PП] = 17000 Н

Відповідно, отримаємо

[PZ]МП = 2?17000 = 34000 (Н)

Сила різання [PZ]МД, яка допускається міцністю державки різця

[PZ]ДР = h2 b [ЗГ] / 6l (3.8)

де: h - висота державки різця, м; b - ширина державки різця, м; [ЗГ] - допустиме напруження матеріалу державки на згин, Па; l - виліт державки різця з різцетримача, м.

Для верстата 16K30 найбільші розміри державки різця, яка може бути встановлена в різцетримачі складають h ? b = 32?32 (мм)

Державки лезових різальних інструментів виготовляють із сталей 10. Для таких матеріалів можна приймати [ЗГ] = 240 •106 Па.

При установленні різальних інструментів в різцетримачі доцільно встановлювати його виліт, що не перевищує l = 1,5 h, м. l = 1,5 •32 •10-3 = 4,8 10-2, м.

Відповідно, отримаємо

[PZ]ДР = (32 10-3)2 32 10-3?240 106 / 6 ?4,8 10-2 = 27306(Н)

Сила різання [PZ], що допускається міцністю різальної пластини

[PZ]ПЛ = 340 h0,77 С1,35 (sin 60?/ sin ц)0,8 (3.9)

де h - глибина різання, мм; С - товщина пластини, мм; ц - головний кут в плані, град.

Товщину пластини знаходимо за табл. 6 [1]. Для державки інструменту з розмірами 32?32 (мм) розміри пластини складають l = 25м; b = 14 мм; C = 8 мм.

Відповідно отримаємо

[PZ]ПЛ = 340?5,60,77?81,35?(sin 60?/ sin 45?)0,8 = 340?3,77?16,56?1,176 = 24968 Н

Сила різання [PZ]ЗЦ, яка допускається навантаженням на центр задньої бабки

При застосуванні сучасних інструментальних матеріалів оброблення здійснюється з великими швидкостями різання, що обумовлює використання заднього центру, що обертається. Відповідно до вибраної конструкції заднього центру, зокрема нормальної або посиленої серії за паспортними даними визначаємо найбільше радіальне навантаження, що допускають підшипники.

За табл. 8 [1] вибираємо задній центр посиленої серії ХМІЗ 7032-4114, який має конус Морзе 4, допускає найбільшу частоту обертання центрового валу n ? 1500 об/хв та

найбільше допустиме навантаження [PУ] = 4000 Н.

Для підвищення надійності процесу оброблення з урахуванням зношування інструменту необхідно приймати співвідношення між радіальною РУ та головною

складовою сили різання в такому діапазоні е зц = PY /PZ = 0,8…1,2 для чорнового оброблення та е зц = PY /PZ = 1,0…1,6 для чистового та завершального оброблення.

Для заданих умов приймаємо е зц = 0,8

Відповідно, отримаємо

[PZ]ЗЦ = [PZ]ЗЦ /0,8 = 5000 Н (3.10)

В результаті розрахунків, отримали такі значення головної складової сили різання

[PZ]МЗ = 34716(Н) Н; [PZ]ЖЗ =73765 Н; [PZ]МП = 34000 Н; [PZ]ДР = 27306 Н; [PZ]ПЛ =24968 Н; [PZ]ЗЦ = 5000 Н.

Найменше значення сили різання, яка допускається в прийнятій технологічній системі оброблення обмежується [PZ]ЗЦ = 5000 Н.

Подача, яка допускається найменшою силою різання визначається за формулою

[S] = ([PZ]ЗЦ)1/Ypz

Cpz hxpz Vnpz Kpz (3.11)

Коефіцієнт пропорціональності Cpz = 3000; хpz = 1,0; ypz = 0,75; npz = -0,15;

Для вибраного інструментального матеріалу Т15К6 діапазон швидкості різання складає V = (80…120) м/хв.. Kpz - поправочний коефіцієнт на змінні умові різання

Kpz = (460/750) 0,75 =0.69 (3.12)

Поправочні коефіцієнти, які враховують вплив геометричних параметрів різця на силу різання визначаємо за табл. 12 [1], Kцpz = 1,0;

Відповідно, отримаємо

[S] = (5000)1/0,75 = 0.82м/об

3000?5,6?•100-0,15?0.69

Визначення подачі за параметрами шорсткості поверхні, що встановлені кресленням

Подачу, яка визначається параметрами шорсткості поверхні можна розрахувати за формулою

[S]м = Rz• tgц + tgц1 tgц ? tgц1 (3.13)

Rz = 4Ra = 4? 0,015=0,06мм; ц = 45?; ц1 = 12?;

Відповідно, отримаємо

[S]ш= 0,06

1+0,213= 0,341 мм/об

1?0,213 (3.14)

Для подальших розрахунків приймаємо менше значення подачі, що допускається, а саме [S]ш = 0,341 мм/об

Визначення подачі, яка може бути забезпечена верстатом

На верстаті є найближча менша подача SK = 0,34мм/об та найближча більша SK+1 = 0,43 мм/об.

Відповідно маємо 0,34 < [S]ш < 0,43

Для подальших розрахунків приймаємо подачу SK+1=0,34мм/об оскільки 1,1? [S]м= 0,374<0.43

Визначення швидкості різання за різальними властивостями інструменту

Поправочні коефіцієнти, які враховують вплив параметрів різального інструменту на швидкість різання, визначаємо за табл. 21 [1]. Для ц = 60?, Kцv = 0,9 ; ц1 = 30?, Kц1v = 0,91;

для rв = 3,0, Krv = 1,03; для перерізу державки різця h?b = 32?32, Ksv = 1,04.

Тоді загальний поправочний коефіцієнт визначається

Kv = Kmv •Knv •Kiv •Kцv •Kц1v •Krv •Ksv = 1,63?0,9 •1?0,9?0,91?1,03?1,04 = 1,29;

Відповідно, маємо Kv = 1,029.

Відповідно отримаємо

[V]i =350?1,29=350?1,29= 223,5м/хв

600,2?5,60,15?0,340,352,27?1,29?0,69

Визначення швидкості різання за потужністю головного приводу верстата

,

де Ng - потужність двигуна головного приводу верстату, Ng = 13 кВт; з - коефіцієнт корисної дії, з = 0,85; Kn - коефіцієнт короткочасного перевантаження двигуна Kn = 1,2.

Відповідно, отримаємо

Визначаємо коефіцієнт корисної дії процесу оброблення за співвідношенням

з = [V]в=369,4= 1,65

У відповідності до цього, для забезпечення повного використання потужності головного приводу верстата зменшимо нормативний період стійкості інструменту ТН = 5хв і визначимо швидкість різання за різальними властивостями інструменту

[V]i =350 1.029=350 1.29= 367.6 м/хв

50,2?5,60,15?0,340,351,38?1,29?0,69

Для подальших розрахунків приймаємо швидкість різання за інструменту [V]і = 367.6 м/хв

Коефіцієнт корисної дії процесу оброблення

з = [V]в== 1.005

[V]і367.6

Визначення розрахункової частини обертання шпинделя

[n] =1000?[V]min=1000?367.6= 554.3 об/хв (3.16)

р?D3,14?211,2

У відповідності до технічних характеристик верстата 16К30, приймаємо такі найближчі частоти обертання шпинделя

500< 554.3 < 630

Для забезпечення максимальної продуктивності оброблення необхідно перевірити можливість призначити більшу частоту обертання шпинделя.

Умова доцільності оброблення з найближчою більшою частотою обертання виражається співвідношенням

е ? цм1- у (3.17)

е = [n]/ nк = 1,1

цм = nк+1/ nк = 1,26

цм1- у = (1,26)0,8 = 1,2

1,1 < 1,2 що підтверджує доцільність оброблення з частотою обертання шпинделя nк= 630 об/хв.

Приймаємо S = 0,33 мм/об,

Визначаємо хвилинні подачі, що відповідають умовам оброблення з найближчими частотами меншою nK та більшою nK+1 :

SХВ К = nK ? S = 500* 0,34 =170 мм/хв (3.18)

SХВ К+1 = nK+1 ? S = 630* 0,33 = 207.9мм/хв (3.19)

Для оброблення приймаємо умови, що відповідають меншій хвилинній подачі, а саме

nK = 630 об/хв, SК = 0,33 мм/об

Визначення дійсної швидкості різання

V = р•D •n=3,14 •211,2 •630= 417.8 м/хв (3.20)

10001000

Висновок

У результаті виконання розрахунків визначено оптимальні режими різання для чорнового оброблення заготовки з заданими розмірами 211,2 та довжиною l = 2100мм із сталі 10 прохідним відігнутим різцем з металокерамічним твердим сплавом Т15К6, а саме h =5,6 мм; S = 0,33 мм/об; V =630 м/хв; основний час оброблення T0 = 10 хв.