2.3 Расчет режимов резания при шлифовании.

Задача . Произвести шлифование плоскости на плоскошлифовальном станке 3П722. В соответствии с исходными данными необходимо: выбрать шлифовальный круг; назначить режимы обработки; определить основное (машинное) время.

Исходные данные:

Материал заготовки – СТ5, незакаленная;

Вид обработки и параметр шероховатости, мкм - окончательная, Rа0,4;

Параметры детали: b=230 мм – ширина; l=700 мм – длина;

Припуск на сторону - h=0,5 мм;

Количество одновременно обрабатываемых деталей – 1.

Решение:

Cхему обработки покажем на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Схема обработки

Выбираем шлифовальный круг. Выбор производим по [6].

По [6, таблица 6.32, с. 292] выбираем характеристику шлифовального круга. При плоском шлифовании периферией круга для достижения параметра шероховатости R _а 0,4 мкм при обработке углеродимтой стали рекомендуется характеристика 14А16НСМ15К1,

где 14А – обозначение абразивного материала (электрокорунд нормальный);

16 – зернистость абразивного материала;

Н – индекс зернистости (нормальное содержание основной фракции, т.е. 45%);

СМ1 – твердость абразивного инструмента (средней мягкости 1);

5 – номер структуры (объемное содержание зерна 48%);

К1 – связка абразивного инструмента (керамическая).

Устанавливаем тип круга. На плоскошлифовальных станках, работающих периферией круга, применяются обычно круги типа 1 (ПП), т.е. плоские прямого профиля. Принимаем класс точности круга – А. Указываем в обозначении допустимую скорость круга – 35 м/с. Назначаем класс неуравновешенности круга – 1 кл.

По паспортным данным станка 3П722 диаметр нового шлифовального круга D_K =450 мм, максимальная высота (ширина) круга В_К =80 мм.

Запишем полное обозначение шлифовального круга:

1 450х80х127 14А16НСМ15К1 35 м/с 1 кл. А ГОСТ 2424-83Е,

где 127 - диаметр посадочного отверстия круга, мм.

При расчете режимов резания вначале определяем частоту вращения шлифовального круга при принятой скорости V_K =35 м/с:

n_K = = =1486 мин^-1

Принимаем по паспортным данным станка 3П722 n_K =1500 мин^-1, что соответствует принятой скорости.

Дальнейший расчет режимов резания ведем в последовательности, изложенной в [6, таблица 6.31, с. 291] .

По [6, таблица 6.33] назначаем поперечную подачу стола:

S_ПОП =18 мм/ход

По [6, таблица 6.33] определяем скорость изделия. При шлифовании углеродистых незакаленных сталей при припуске на обработку до 0,5 мм рекомендуется

V_Д =6,3 м/мин - 8 м/мин; принимаем: V_Д =8 м/мин

По этой же таблице определяем вертикальную подачу круга. Для заданных условий рекомендуется

S_ВЕРТ =0,097 мм/ход

По [6, таблица 6.34] определяем поправочные коэффициенты на вертикальную подачу

- К₁ – от обрабатываемого материала и точности;

- К₂ – от размера шлифовального круга и степени заполнения стола.

К₁ =1,0 (сталь 1-й группы шлифуемости, принятая точность обработки до 0,05 мм).

Степень заполнения стола находим по формуле [6, таблица 6.31]:

ƩF_D /(B_ПР ·L ),

где ƩF_D – суммарная площадь шлифуемых поверхностей изделий;

B_ПР - приведенная ширина шлифования;

L – длина шлифования изделий.

При заданных размерах детали bxl=230х700 мм и при ее расположении в соответствии с рисунком 2.6

ƩF_D =bxl=230х700=161000 мм²

Для данного случая

B_ПР = b+B_К +5 мм =230+80+5=315 мм

где B_К - ширина круга.

L= l_ШЛ + (20…30) мм, [6, с. 291]

где l_ШЛ – длина шлифования.

L=700+20=720 мм

ƩF_D /(B_ПР ·L )=161000 / (315·720)=0,71

Для диаметра круга D_K =450 мм и степени заполнения стола 0,66

К₂ =0,85

Находим рабочую вертикальную подачу

S_ВЕРТ.Р = S_ВЕРТ · К₁ · К₂ =0,097·1,0·0,85=0,0082 мм/ход

Уточняем значение по паспорту станка: S_ВЕРТ.П =0,005 мм/ход – минимальное значение.

Определим мощность, затрачиваемую на резание [4, с. 782]:

N_РЕЗ =0,63·( V_Д ·S_ПОП ·S_ВЕРТ.П )^0,7 · B_К^0,25 · К₁ · К₂ ,

где К₁ – поправочный коэффициент, зависящий от твердости круга;

поправочный коэффициент, зависящий от материала детали.

Из [4, таблица 14.40, с. 782]:

К₁ =1,0 (для твердости круга СМ1-СМ2 );

К₂ =1,2 (для углеродистых незакаленных сталей).

N_РЕЗ =0,63·( 8 ·18· 0,005 )^0,7 · 80^0,25 · 1,0 · 1,2=1,50кВт

Проверяем, достаточна ли мощность привода шлифовального шпинделя.

Должно выполняться условие: N_РЕЗ < N_ШП . Для станка 3П722 N_ШП = N_ДВ ·η= =15·0,85=12,75 кВт, где N_ДВ =15 кВт - мощность привода шлифовального шпинделя станка.

Т.к. 1,50<12,75, обработка возможна.

Основное время обработки [6, с. 291]:

Т₀ = L· B_ПР ·h / (1000· V_Д · S_ПОП ·S_ВЕРТ.П ·q),

где q - количество одновременно шлифуемых изделий на столе.

Т₀ =720·315·0,5 / (1000·8·18·0,005·1)=157,5 мин =2,625ч.

1 Расчет и проектирование круглой протяжки

Рассчитать и спроектировать круглую протяжку для обработки отверстия в соответствии с исходными данными:

-материал заготовки и его твердость – КЧ 33-8, НВ 163;

-размеры отверстия – D_O=50H7(^+0,033) мм; L=70 мм;

-параметр шероховатости протянутой поверхности – R_а1,0 мкм.

Расчет:

Для обработки принимаем горизонтально-протяжной станок модели 7551, тяговое усилие которого – Р_С=714000 Н и наибольший рабочий ход ползуна – l_Р.Х =2000 мм.

Расчет ведем по [1, таблица 8.2].

1.Припуск под протягивание

А=0,005·D_О+(0,1…0,2)·√ L =0,005·50 +(0,1…0,2)·√70 =1,09…1,92 мм

Принимаем: А=1,0 мм

2.Диаметры отверстия до протягивания, переднего направления D_П и первого зуба протяжки D_О1

D_О1= D_П= D_О-А=50-1,0=49,0 мм

3.Расстояние до первого зуба

L₁=280+L=280+70=350 мм

4.Диаметр хвостовика d₁ выбираем по таблице 8.3. Принимаем наибольший хвостовик, который проходит через отверстие: d₁=45 мм

5.Площадь хвостовика, определяющую его прочность, находим по таблице 8.3: F_X=907,9 мм²

6.Шаг режущих зубьев

t_Р=m√L=(1,25…1,5)·√70=10,45…12,54 мм,

где m-коэффициент, выбранный для одинарной схемы резания. Окончательный выбор схемы резания уточним в последующих расчетах.

7.По таблице 8.6 принимаем шаг зубьев: t=t_Р=12 мм

8.Наибольшее число одновременно работающих зубьев

Z_MAX=L/t_P+1=70/12+1=6,83, т.е. Z_MAX=7

9.Глубина стружечной канавки (из таблицы 8.6): h_K=4 мм

10.Площадь стружечной канавки (из таблицы 8.6): F_K=12,56 мм²

11.Коэффициент заполнения стружечной канавки (таблица 8.8)

К=2,5 (чугун, одинарная схема резания)

12.Подача, допустимая по размещению стружки в канавке

S_{Z К}= F_K/ (К·L)=12,56/2,5·70=0,072 мм/зуб

13.Наибольшее усилие, допустимое хвостовиком

P_X=F_X·σ_X=907,9·250=226950 Н,

где σ_X=250 МПа (таблица 8.9) – для хвостовика из инструментальной легированной стали.

14. Наибольшее усилие, допустимое протяжкой на прочность по первому зубу

P₁=F₁ ·σ₁ =π·(D₀₁-2·h_К)² σ₁ / 4=π·(49-2·4)²·400 / 4=429866 Н,

где σ₁=400 Мпа (таблица 8.9) - допускаемое напряжение на растяжение режущей части протяжки.

15.Расчетная сила резания Р_Р= (Р_Х; Р₁; Р_С·0,9)min

Р_Х=226950 Н;

Р₁=429866 Н;

Р_С·0,9=714000·0,9=624600 Н.

Следовательно, Р_Р=226950 Н

16. Подача, допустимая по силе резания

S_{Z Р}=[Р_Р /(С_Р·π·D_O·Z_MAX)]^1/Х =[226950/(1850·π·50·7)]^1/0,8=0,065 мм/зуб,

где С_Р определяем по таблице 8.7. С_Р=1850 Н/мм² – для чугуна с твердостью до180 НВ;

Х=0,8 (таблица 8.2, с. 193).

Т.к. S_{Z Р}< S_{Z К} (0,065<0,072), то следует применить групповую схему резания. Число зубьев в группе выбираем методом последовательных приближений. Примем число зубьев в группе n_Г =2.

17. Шаг режущих зубьев для групповой схемы резания

t_Р=m√L=(1,45…1,9)·√70=12,13…15,89 мм,

где m=1,45…1,9 (таблица 8.2, с. 193).

18. Принимаем значение шага зубьев из таблицы 8.6.: t_Р=14 мм

19.Наибольшее число одновременно работающих зубьев

Z_MAX=L/t_P+1=70/14+1=6, т.е. Z_MAX=6

20.Глубина стружечной канавки (из таблицы 8.6): h_K=4 мм

21.Площадь стружечной канавки (из таблицы 8.6): F_K=12.56 мм²

22.Коэффициент заполнения стружечной канавки (таблица 8.8)

К=2 (чугун, групповая схема резания)

23.Подача, допустимая по размещению стружки в канавке

S_{Z К}= F_K/(К·L)=12,56/(2·70)=0,09 мм/зуб

24. Подача, допустимая по усилию резания

S_{Z Р}=[Р_Р·n_Г/(С_Р·π·D_O·Z_MAX)]^1/Х =(226950·2/1850·π·50·6)^1/0,8=0,186 мм/зуб

25.Примерная длина режущей части для одинарной схемы резания

l_P=А· t_Р/(2·S_{Z MIN)}=1,0·12/(2·0,065)=92 мм

26.Примерная длина режущей части для групповой схемы резания

l_{P Г}=А· t_Р/(2·S_{Z MIN)}=1,0·14/(2·0,09)=78 мм

27.Сравнивая длины, видим, что групповая схема сокращает длину режущей части. Поэтому принимаем групповую схему резания.

28.Проверку возможности увеличения числа зубьев в группе до n_Г =3 делать нецелесообразно, т.к. уже при n_Г =2 подача S_{Z Р} > S_{Z К}, поэтому подачу нельзя больше увеличивать.

29.Окончательно принимаем групповую схему резания с числом зубьев в группе n_Г =2 и подачу S_Z =0,1 мм/зуб

28.Диаметры режущих зубьев с учетом принятой схемы резания, числа зубьев в группе и выбранной подаче, мм:

D₁ =45,00 D₆ =45,60 D₁₀ =45,98

D₂ =45,20 D₇ =45,58 D₁₁ =45,00

D₃ =45,18 D₈ =45,80 D₁₂ =45,02

D₄ =45,40 D₉ =45,78

D₅ =45,38

29.Число режущих зубьев: Z_P=12

30.Длина режущей части

l_P = t_Р·( Z_P-1)=14·(12-1)=154 мм

31. Число зубьев калибрующей части, таблица 8.11.: Z_К=7

32. Шаг калибрующих зубьев, таблица 8.6.

t_К=2· t_Р /3=2·14/3=9,33 мм; принимаем t_К =10 мм

33. Длина калибрующей части

l_К= t_К· Z_К=10·7=70 мм

34.Длина заднего направления протяжки

l_З=L=70 мм

35.Общая длина протяжки

L_ПР=L₁+ l_P+ l_К +l_З=350+154+70+70=644 мм

36.Допустимая длина протяжки

L_{ПР MAX}=40·D_O<2000 мм

L_ПР =644<2000 мм – условие выполнено

37.Необходимая длина рабочего хода

L_Р.Х=L+ l_P+ l_К=70+154+70=294 мм

38.Расстояние между стружкоразделительными канавками для чистовых зубьев, таблица 8.10

b=1,7·√ D_O=1,7·√50=12,02 мм; принимаем b =12 мм

39.Число стружкоразделительных канавок

n_C=π· D_O/b=π·50/12=13

Принимаем n_C=13

40.Диаметр D_К круга для шлифования выкружек (выбираем из нормального ряда диаметров 80, 100, 125, 160 мм); принимаем: D_К =80 мм.

41.Глубина выкружки:

h_В >(2…5)· S_Z =(2…5)·0,08=0,2…0,5 мм; принимаем: h_В =0,4 мм

42.Расстояние между осями круга и протяжки

а=( D_О + D_К) / 2- h_В =(50+80)/2-0,4=64.6мм

43.Вспомогательный угол θ

cos θ=( D_О² +4·а² - D_К²) / (4·а·D_О)=(50² +4·64,6² -80²) / (4·64,6·50)=0,991

θ=7,7⁰ ≈0,13 рад

44.Число выкружек (θ в радианах)

i=π D_О /(b+θ·D_О) = π·50/(13+0,13·50)=8,48; принимаем i=8

45.Фактическая длина режущей кромки

b= D_О ·[(π/i)-θ]=50·[(π/8)-0,13]=13,13 мм

46.Передний угол: γ=5⁰ [2, таблица 5.9, с.185]

47.Угол β_К правки круга для заточки угла γ: β_К=45⁰

48.Наибольший диаметр круга для заточки

D_КЗ= (D_O1-h_K)·sin β_К/ sin γ=(49-4)· sin 45⁰/ sin5⁰=365 мм

43. Наибольший диаметр протягиваемого отверстия: D_{O MAX}=50,025 мм

44.Допуск на разбивку – 0,005 мм

45.Допуск на изготовление (1/3 допуска на отверстие) –0,025/3=0,008 мм;

принимаем 0,010 мм

46.Диаметр калибрующих зубьев – 50,002_-0,010 мм

47.Допуск на диаметр режущих зубьев (0,01…0,02 мм, но не более 0,4 от S_Z)

0,4· S_Z=0,4·0,1=0,04 мм. Принимаем – 0,02 мм.

Литература

1.Руководство по курсовому проектированию металлорежущих ов. Под общ. ред. Г.Н. Кирсанова. М., Машиностроение, 1986.

2.Режущий инструмент. Курсовое и дипломное проектирование. Под. ред. Е.Э. Фельдштейна. Мн., Изд. «Дизайн ПРО», 1997.

3. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник в 2-х т. Т. 2. /А.Д. Локтев, И.Ф. Гущин, Б.Н. Балашов и др./. М., Машиностроение, 1991. – 304 с.

4. Справочник инструментальщика . Под общ. ред. И.А. Ординарцева. Л., Машиностроение, 1987. – 846 с.

5. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по резанию металлов и режущему инструменту. 5-е изд., перераб. и доп. М., Машиностроение, 1990. – 446 с.

6.Шлифование металлов. Пособие шлифовщику. Под ред. Л.М. Кожуро. Мн., Дизайн ПРО, 2000. – 352 с.

25