Технологический процесс изготовления головки для заточки электродов

При точении кальциевых вариантов стали краевые износы наблюдаются во всем исследуемом диапазоне скоростей резания. Отличие заключается в интенсивности его развития.

Таблица 7.2 Особенности состава и структуры исследуемой стали 20ХГНМ

Обозначение образцов	Содержание элементов. %	Характеристика неметаллических включений
	S	Рb	Са	О2
Б (базовая сталь)	0,03	-	-	0,001	Оксиды сильно деформированные, сульфиды (2-й тип по Симсу)
АЦ1 (кальциевая )	0,058	-	0,0016	0,004	Строчечные алюминаты кальция в контакте с сульфидами марганца, иногда крупные сульфиды
АЦ II (кальциевая )	0,052	-	0,008	0,0065	Глобулярные алюмосиликаты кальция в оболочке сульфидов кальция и марганца
АС (свинцовистая)	0,03	0,19	-	0,002	Оксиды сильно деформированные сульфиды (2-й тип по Симсу) включения свинца

При точении базовой и свинецсодержащёй стали аналогичный характер изнашивания резцов наблюдается только при скоростях резания 1,66 и 2,5 м/с. При более высоких скоростях резания прогрессирует износ на всем участке главной задней поверхности вдоль режущей кромки. При скорости резания V= 4,2 м/с износ инструмента при обработке базовой и свинец содержащей стали представляет собой относительно равномерную по ширине фаску вдоль всей главной и вспомогательной режущих кромок резца.

Повышенный краевой износ резцов многие исследователи связывают с воздействием кислорода среды, в которой производится резание, и с ослаблением защитной роли заторможенных объемов обрабатываемого материала в этой зоне.

Интенсивность изнашивания резцов, рассчитанная по максимальному износу



Рисунок 7.7

Интенсивность изнашивания резцов, рассчитанная по площади износа.

Рисунок 7.8

В данном случае точение производили за наростовой зоной, а воздействие кислорода воздуха можно считать идентичным.

Тем не менее при точении кальциевых вариантов стали интенсивность изнашивания резцов в краевой зоне при данных условиях резания минимальна. Исключением является вариант АЦ I, который при скорости V = 1,66 м/с уступает свинецсодержащему. В условиях высоких температур и давлений кислородосодержащие включения являются активным компонентом при формировании граничных промежуточных слоев, способствующих снижению интенсивности изнашивания. При этом влияние кислорода воздуха в краевой зоне сказывается в связи с избытком его в контактной зоне. На участке поверхности резца, где доступ кислорода воздуха затруднен, граничные спои (вторичные структуры) реализуются только за счет кислородосодержащих включений кальциевых вариантов стали, На резце образуется узкая относительно гладкая фаска износа вдоль режущей кромки в отличие от грубой с рыхлениями, характерной для стали серийного и свинецсодержащего вариантов. Очевидно, эти граничные слои и являются своего рода экраном для протекания сложных адгезионно-диффузионных процессов в контактных зонах, способствуют снижению интенсивности изнашивания инструмента и определяют топографию износа.

На рис. 7.7 приведены кривые интенсивности изнашивания резцов, рассчитанные по максимальному износу. Для сравнения приведены аналогичные кривые (рис.7.8), рассчитанные по площади износа.

На основании результатов исследований отработаны различные варианты технологии раскисления стали 20ХГНМ кальцием.

Производственные испытания опытно-промышленных плавок указанной стали при изготовлении шестерен 1-й, 2-й и 3-й передач коробки передач автомобиля ''Жигули" в объеме трехмесячной программы выпуска показали увеличение стойкости режущего инструмента в среднем в 2 раза.

7.4 Выводы и рекомендации

Предлагаем заменить базовую сталь 20ХГНМ на свинцовистую сталь АС20ХГНМ, что приведет к существенному увеличению стойкости режущего инструмента.

8 ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Произведем описание конструкции и расчет токарного 3-х кулачкового патрона для обработки детали на токарной операции 010.

8.1 Расчет усилия резания

Для расчета токарного патрона необходимо определить главную составляющую силы резания Рz.

Сила резания, определенная в п. 6.3

Рz = 196 Н

8.2 Расчет усилия зажима

В процессе обработки на заготовку воздействует система сил. С одной стороны действует сила резания, которая стремиться вырвать заготовку из кулачков, с другой стороны сила зажима, препятствующая этому. Из условия равновесия моментов данных сил и с учетом коэффициента запаса определяем необходимое усилие зажима.

Схема действий сил резания и сил зажима показана на рис. 8.1.

Схема действий сил резания и сил зажима



Рисунок 8.1

Сила зажима 3-мя кулачками от тангенциальной составляющей силы резания:

, (8.1)

где К - коэффициент запаса;

PZ - тангенциальная составляющая силы резания, Н;

d1 - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

f - коэффициент трения на рабочей поверхности кулачка; f = 0,16;

d2 - диаметр зажимаемой поверхности, мм;

Коэффициент запаса [12,c.382]

K = К0К1К2К3 К4К5К6 (8.2)

где K0 - гарантированный коэффициент запаса;

K0 =1.5 [12,c.382];

K1 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания из-за случайных неровностей на обрабатываемых поверхностях заготовки;

K1 =1.0 [12,c.382];

K2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания вследствие затупления режущего инструмента;

K2 =1.2 [12,c.383];

K3 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при прерывистом резании;

K3 =1.2 [12,c.383];

K4 - коэффициент, характеризующий постоянство силы, развиваемой зажимным механизмом;

K4 = 1.0 [12,c.383]

K5 - коэффициент, характеризующий эргономику немеханизированного зажимного механизма;

K5 = 1.0 [12,c.383];

K6 - коэффициент, учитывающийся только при наличии моментов, стремящихся повернуть заготовку, установленную плоской поверхностью;

K6 = 1.0 [12,c.384].

Тогда:

К=1,51,01,21,21,01,01,0 = 2,16

Если К2,5, принимаем К=2,5

Тогда

 Н.

8.3 Выбор конструкции и расчет зажимного механизма

Величина усилия зажима W1, прикладываемого к постоянным кулачкам, несколько увеличивается по сравнению с усилием зажима W и рассчитывается по формуле:

, (8.3)

где f1 - коэффициент трения направляющей постоянного кулачка и корпуса патрона; f1 =0,1;

LК - вылет кулачка, мм; LК = 40 мм;

НК - длина направляющей постоянного кулачка, мм; НК = 75 мм.

Тогда:

Н.

Определяем усилие Q, создаваемое силовым приводом, и передаваемое через зажимной механизм на постоянный кулачок:

, (8.4)

где - угол скоса направляющих;

- угол трения.

Н.

8.4 Выбор конструкции и расчет силового привода.

В качестве привода принимаем пневмоцилиндр двустороннего действия с рабочим давлением 0,4 МПа.

Определим диаметр поршня пневмоцилиндра [12, с. 449].

, (8.5)

где р- рабочее давление, МПа;

=0,9-КПД привода

мм.

Принимаем по ГОСТ15608-81 конструктивно большее стандартное значение пневмоцилиндра, присоединяемого на резьбовой конец шпинделя станка D = 100 мм.

Ход кулачков:

S = 3 мм

Ход поршня:

Sп = 11 мм

8.5 Расчет погрешности базирования

Погрешность базирования при установке заготовки в самоцентрирующем 3-х кулачковом патроне при обработке рабочих поверхностей кулачков в сборе Б=0 - т.к. измерительная и технологическая базы совпадают;

8.6 Описание конструкции и принципа работы приспособления

Приспособление состоит из патрона и пневмопривода.

Патрон устанавливается на конец шпинделя и крепится винтами 22 с гайками 24 и шайбами 35,37. Патрон состоит из корпуса 7, в направляющие которого установлены подкулачники 13. К подкулачникам винтами 21 с шайбами 34 крепятся сменные кулачки 11. В центральном отверстии корпуса патрона установлен клин 5. В Т-образный паз кулачка входит подкулачник 13. Отверстие корпуса закрывает крышка 10 с пробкой 15.

Винт 23, установленный в отверстии клина 5, соединен с тягой 16, которая, в свою очередь соединена со штоком 17 пневмоцилиндра.

Пневмоцилиндр содержит корпус 8, в котором с помощью болтов 19 с шайбами 33 установлена крышка 9. В пневмоцилиндре установлен поршень 14, который с помощью гайки 25 с шайбой 31 крепится к штоку 17. В штоке установлена втулка 3 с кольцом 6. В отверстие втулки 3 входит трубка муфты 1 для подвода масла.

Муфта 1 установлена в корпусе 8 с помощью болтов 18 с шайбами 32.

Для уплотнения в пневмоцилиндре установлены уплотнительные кольца 26,27,28,29,30. Для предотвращения ударов поршня в стенках крышки 9 и корпуса 8 установлены демпферы 4.

Патрон работает следующим образом:

Заготовка устанавливается в кулачках 11 с упором в торец. При подаче воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра поршень 14 через шток 17, тягу 16, винт 23 тянет клин 5 влево, подкулачника 13 с закрепленными на них сменными кулачками 11 отходят вниз и зажимают заготовку. При подаче воздуха в поршневую полость пневмоцилиндра поршень 14 отходит вправо, описанный выше цикл происходит в обратном направлении и заготовка разжимается

9. ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНТРОЛЬНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

9.1 Анализ конструкции базового приспособления. Цели проектирования

На контрольной операции №065 происходит окончательный выборочный контроль параметров головки.

Контроль биения Ш 38h8 относительно наружного диаметра выполняется на контрольном приспособлении для контроля биения (е = 0,02 мм) поверхности 3 относительно поверхности 6.

9.2 Описание сущности усовершенствований

В отличие от базового варианта с механическим индикатором с ценой деления 0,005 мм применим электронный индикатор ABSOLUTE" DIGIMATIC ID-F производства фирмы Mitutoyo Co.Ltd со следующими характеристиками:

Установка нуля производится один раз и сохраняется при всех последующих измерениях до замены батареи.

Высокая точность даже при высокоскоростных измерениях.

Большие легко читаемые цифры на дисплее.

С визуальным отображением допуска и аналоговой шкалы.

С активированной функции допуска, дисплей становится красным при преодолении верхнего или нижнего предела допуска.

Диапазон измерений 25 мм

Дискретность цифровой шкалы 0,001/0,01 мм, переключается

Функции:

Вкл/выкл

Режимы: Удержание Макс/Мин. Значения TIR

Переключение на аналоговый диапазон измерений

Установка нуля INC/ABS

PRESET

Ввод пределов допуска

Переключатель направления счета

Блок клавиш

Передача данных

Электронный индикатор ABSOLUTE" DIGIMATIC ID-F

Рисунок 8.1

9.3 Описание конструкции приспособления

Приспособление содержит основание 4, к которой с помощью винтов 12 с шайбами 14 и штифтами 16 крепится стойка 6, в отверстии которой устанавливается оправка 2, на которую устанавливается контролируемая заготовка.

К основанию 4 с помощью винтов 11 с шайбами 13 крепится плита 5, на которую устанавливается стойка 7, в отверстии которой установлен индикатор 1, который крепится в помощью винта 10.

К основанию 4 винтами 9 крепится табличка 8 с маркировкой приспособления.

Приспособление работает следующим образом:

При контроле биения относительно наружного диаметра деталь устанавливается в цанговой оправке 2, отжимной винт которой закручивается, цанги сдвигаются и центрируют деталь. Вставка индикатора 1 подводят к контролируемой поверхности, оправку 2 поворачивают на 360 и определяют максимальные отклонения показаний индикатора. Разница показаний индикатора и определяет величину биения.

У индикатора есть возможность ввода предельных контролируемых значений полей допусков и годность детали можно определять не по разнице показаний индикатора, а по цвету дисплея: дисплей становится красным при преодолении верхнего или нижнего предела допуска.

10. ВЫБОР и проектирования инструмента

На токарных операциях применяются резцы с механическим креплением режущей пластины по ГОСТ 20872-73. Недостатками таких резцов являются недостаточная производительность вследствие низкой надежности закрепления режущей пластины, большое время замены пластины.

Поэтому, основная задача проектирования- усовершенствование конструкции токарного резца с целью устранения указанных выше недостатков.

10.1 Проектирование и расчет резца

Для усовершенствования конструкции резца предложим новый способ крепления пластины, применение которого позволит повысить надежность крепления пластины и снизить время замены пластины.

Принимаем резец токарный проходной для контурного точения . Для обеспечения главного угла в плане = 930 принимаем трехгранную пластину. Для данной пластины передний угол = 10°, задний угол б = 5? - определяются конструкцией пластины

Основные размеры резца принимаем, как в базовом варианте:

рабочая высота резца h= 25 мм;

ширина корпуса резца b=25 мм;

высота корпуса резца h1=25 мм;

длина резца L=115 мм

Выбираем материал резца: для корпуса - сталь 40Х (твердость 40…45 HRCэ, оксидировать, для пластины - твердый сплав Т5К10, для штифта и винта - сталь 45 (головку штифта и винта, паз штифта термообрабртать до 32…37 HRCэ)

Технические требования на резец принимаем по ГОСТ 266613-85.

Описание конструкции резца.

Резец токарный сборный с механическим креплением пластины 3 содержит державку 2, в резьбовые отверстия которой завинчены винты 6 и 7, которые служат для регулировки положения резца. Пластина 3 устанавливается на подкладку 4 и крепится с помощью штифта 5 и винта 1.

Выполняем сборочный чертеж резца с указанием всех предельных отклонений и технических требований.

10.2 Проверочный расчет на прочность

Определяем изгибающий момент:

Вылет резца принимаем равным

l = 1,25 Н =1,25х25 = 31 мм. (10.1)

Рассчитываем силу Рz :

По предыдущим расчетам Рz = 196 Н

Определяем изгибающий момент

Ми = Pzl =19631 = 6076 Нм. (10.2)

Определяем момент сопротивления изгибу

Wи = В3/6 = 253/6 = 2604 мм3 . (10.3)

Напряжения изгиба, возникающие в державке резца:

уи = Ми / Wи = 6076/2604 = 2,3 МПа. (10.4)

Для изготовления корпуса принимаем сталь марки 40Х с механическими свойствами ув = 900 МПа, ут = 700 МПа.

Допускаемое напряжение на изгиб:

[уи] =7000,48 = 336 МПа > уи = 2,3 МПа

Литература

1. Барановский Ю.В. Режимы резания металлов. Справочник. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., Машиностроение, 1972 г.

2. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений: Учеб пособие для учащихся техникумов. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш.школа, 1980, 240 с., ил.

3. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [Учеб. Пособие для машиностроит. спец. Вузов].- 4-е изд., перераб. И доп. - Мн: Высш. школа ,1983.- 256с., ил.

4. Горина Л.Н. обеспечение безопасных условий труда на производстве. Учеб. Пособие.- Тольятти, 2000, 68 с.

5. Добрыднев И.С. Курсовое проектирование по предмету ''Технология машиностроения'', М: Машиностроение 1985, 184 с., ил.

6. Матвеев В.В. и др. Проектирование экономических технологических процессов в машиностроении (В.В. Матвеев, Ф.И.Бойков.- Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1979.- 111 с., ил.

7. Мурахтанова Н.М. Зубкова Н.В, Методическое указание к экономическому обоснованию курсовых и дипломных работ по совершенствованию технологических процессов механической обработки деталей (для студентов специальностей 120100 - Тольятти: ТГУ, 2006.

8. Нефедов Н.А. Дипломное проектирование в машиностроительных техникумах: Учеб. Пособие для техникумов 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Высш. Школа, 1986-239 с. ил.

9. Нефедов Н.А Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту Учеб. Пособие для техникумов по предмету ''Основы учения о резании металлов и режущий инструмент'' 4-е изд. перераб. и доп М., Машиностроение, 1984 г.- 400с. ил.

10. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева -Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1987. - 846 с.:ил

11. Справочник технолога - машиностроителя. В 2-х т. Т. 1,2/ Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. - 4-е изд. Перераб. и доп., М: Машиностроение, 1985г., 656 с.,ид.

12. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. Т. 1./ Под ред. Вардашкина Б.Н., Шатилова А.А. - М.: Машиностроение, 1984.