2. Раcчет и проектирования внутренней протяжки

Необходимо рассчитать и сконструировать внутреннюю протяжку для обработки шпоночного паза шириной t=8,1 мм и длиной l= 40 мм в заготовке цилиндрической формы из стали 45 ГОСТ 1050-88 с пределом прочности σ_в= 700 МПа. Отверстие протягивается после предварительного зенкерования до диаметра d₀= 32Н11 мм.

Рис. 2.1 – Профиль шпоночного паза:

b= 2,8 мм, t= 8,1 мм, r= 1 мм.

2.1. Выбор схемы резания при протягивании

При выборе схемы резания необходимо учитывать следующие требования: использование по возможности больших подач на зуб, обеспечение наименьшей длины протяжки, достижения точности и чистоты обрабатываемой поверхности, лучшее стружкообразование и соответствующая геометрия на главных и вспомогательных режущих кромках [4 стр. 182]. Различают следующие схемы резания при протягивании: профильная или одинарная, групповая или прогрессивная, генераторная или смешанная.

Наиболее широкое применение получили протяжки групповой схемы резания. Групповая схема резания характеризуется тем, что слои металла по всему профилю срезаются не каждым зубом, а группой или секцией из двух-пяти зубьев. При этом первые зубья секции прорезают в слоях металла канавки, а последующие зубья срезают оставшиеся выступы. Стружечные канавки обычно имеют двухрадиусную форму, у которых сливная и суставчатая стружки, образующиеся при протягивании, располагаются более экономично при сравнительно небольшом коэффициенте заполнения. При обработке поверхностей сложной формы применяются протяжки генераторной схемы резания, у которых срезания основного припуска обычно производится черновыми зубьями. При этом упрощается конструкция протяжки и облегчается процесс её заточки и изготовления.

2.2. Определяем припуск под протягивание по формуле:

Δ= A+f [5, стр.273];

где А− глубина канавки, мм;

f− стрелка дуги, мм.

f= 0,5× b×tan5°=0,5×2,8×tan5°=0,12 мм.

Δ= 2,8+0,12=2,92 мм.

2.3. Предварительно определяем шаг зубьев протяжки t по уравнению:

t= (1,5…1,7) ,

с последующей проверкой на количество одновременно работающих зубьев протяжки и объём впадины. Число одновременно работающих зубьев должно быть 3…7.

t=1,5√40 =9,48 мм.

Наибольшее значение коэффициента принимается при обработке чугунов, для сталей – наименьший.

Число одновременно работающих зубьев:

L/t < z₀ < L/t+1.

z₀ всегда целое число:

40/9,48< z₀ < 40/9,8+1;

4,2 < z₀ < 5,2.

Принимаем z₀ = 5. Условие одновременности работы 3…7 зубьев выполняется.

2.4. Определение подъёма на зуб:

По нормативам подъем на зуб S_Z для шпоночной протяжки при протягивании углеродистой стали S_ZT= 0,05─ 0,15 [4, стр. 192, табл. 35 ]. Принимаю S_Z = 0,06. Между режущими и калибрующими зубьями делается несколько зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъёмом на зуб. Принимаем S_з = 3 и распределяем подъём на зуб следующим образом: ½ S_Z = 0,03 мм первый зуб, 1/3S_Z = 0,02 мм второй зуб, 1/6 S_Z = 0,01 мм третий зуб.

2.5. Площадь сечения впадин между зубьями:

k= F_в/F_c = 2…5[2 стр. 176].

где F_в─ площадь сечения впадин, мм²;

F_c─ площадь сечения металла, снимаемого одним зубом.

F_c = L× S_Z [2 стр. 176];

где L─ длина протягивания, мм.

S_Z ─ подъём на зуб

F_c= 40×0,06= 2,4 мм².

F_в=k× F_c [2 стр. 176].

Объёмный коэффициент заполнения впадины зуба протяжки k = 3[2 стр. 176].

F_в = 3×2,4= 7,2 мм².

Для значения F_в= 7,2 мм² при криволинейной форме впадины получаем: шаг протяжки t = 8 мм, глубина впадины h= 3 мм, ширина задней поверхности b= 3 мм , радиус закругления впадины r= 1,5 мм, радиус спинки зуба R= 5 мм [2, стр. 178, табл. 93].

Режущие зубья Калибрующие зубья

Рис. 2.2 – Профиль зубьев протяжки

Шаг калибрующих зубьев t_к= t= 8 мм [2, стр. 176]. Для получения лучшего качества обработанной поверхности шаг режущих зубьев протяжки делается переменным от t + (0,2÷ 1,0) до t- ( 0,2 ÷ 1,0). Принимаем изменение шага ± 0,2. Тогда из двух сменных шагов один равен: 8 + 0,2= 8,2 мм, а второй 8 - 0,2=7,8 мм. Фаска f на калибрующих зубьях плавно увеличивается от первого зуба к последнему от 0,2 до 0,8 мм[2, стр. 176].

2.6. Геометрические параметры зубьев протяжки:

У режущих зубьев передний: угол: γ = 15°, задний угол α= 3°.

У калибрующих зубьев: передний угол γ= 15°, задний угол α= 1° [4, стр.196 табл. 37,38]. Количество стружкоразделительных канавок n= 1, шириной m= 0,9 мм, глубиной h_к= 0,6 мм, радиус закругления r = 0,3 мм [2, стр.179 табл. 95]. Расcтояние между канавками b_k= t/n = 8,1/1= 8,1 мм, расстояние от боковой стороны протяжки до первой канавки b_k= 0,4× b_k= 0,4×8,1= 3,24 мм. [2, стр.180 табл. 95, примечание 1].

Число режущих зубьев подсчитывается по формуле:

Z_p= Δ/(S_z )+ (2…3)

Z_p= 2,92/0,06+ 3= 51,6

Принимаем Z_p= 50

Число калибрующих зубьев для данного типа протяжки принимаем Z_k= 4 [2, стр.181].Длину протяжки от торца хвостовика до первого зуба принимают в зависимости от патрона, толщины опорной плиты, зазора между ними, длины заготовки и других элементов.

l₀= l₁+ l_з+ l_C+ l_H+ l₅,

l₁- длина входа хвостовика в патрон, мм;

l_з- зазор между патроном и стенкой опорной плиты станка, мм;

l_C- толщина стенки опорной плиты станка, мм;

l_H- высота выступающей части планшета, мм;

l₅- длина передней направляющей, мм .

l₁=125 мм, l_з=5 мм, l_C= 50 мм, l_H= 20 мм, l₅=60 мм. [2, стр. 181]

l₀=125+5+50+20+60=260 мм.

2.7. Выбираем конструктивные размеры хвостовой части протяжки : l₁= 20 мм, l₂= 16 мм,l_x= 100 мм, l₄=5÷40 мм. Принимаем l₄= 20 мм, l₆= l₀-(l_x+ l₄+l₅)= 260-(100+20+60)= 80 мм. [2, стр. 182].

Определяем общую длину протяжки:

L= l₀+ l_р+ l_з+ l_к+ l_з.н,

где l₀- длина хвостовика, мм;

l_р- длина режущих зубьев, мм;

l_з- длина зачищающих зубьев, мм;

l_к- длина калибрующих зубьев, мм;

l_з.н- длина задней направляющей, мм,

Определяем длину режущих зубьев:

l_р= t × Z_p;

где t- шаг режущих зубьев, мм.

Z_p- количество режущих зубьев.

l_р= 8×352= 416 мм.

Определяем длину зачищающих зубьев:

l_з= t × Z_з;

где Z_з- количество зачищающих зубьев.

l_з= 8× 3= 24 мм.

Определяем длину калибрующих зубьев:

l_к= t× Z_k;

где Z_k – количество калибрующих зубьев.

l_к= 8× 4= 32 мм.

l_з.н= 30 мм [2, стр.183 табл. 98].

L= 260+ 416+ 24+ 32+ 30= 762 мм.

2.8. Определение допускаемых сил резания

Максимально допускаемая сила резания[2, стр. 183]:

P_{Z MAX}= C_p× ×D_max × Z_max×K_γ×K_c×K_и

где Z_max- Число одновременно работающих зубьев;

K_γ, K_c, K_и- коэффициенты =1 [6, стр.126-127].

P_{Z MAX}= 177×0,091× 32×5= 2591,32 Н.

По паспорту протяжного станка 7Б510 номинальное тяговое усилие 100000 Н, что больше P_{Z MAX}= 2591,32 Н, т.е. протягивание возможно.

Проверка конструкции протяжки на прочность:

Расчет конструкции на разрыв во впадине первого зуба

P_{Z MAX}/F ≤ σ_н [2, стр.183];

где F- площадь опасного сечения по впадине первого зуба;

σ_н- допускаемое напряжение в опасном сечении хвостовика, МПа.

F= π (D₃-2h)²/4 = 3,14(32-2×3)²/4= 530,92 мм².

Для режущей части протяжки из быстрорежущей стали σ_н= 350 МПа:

σ_н= 2591,32/530,92=4,88 МПа <350 МПа

Технические требования

1. Материал режущей части- быстрорежущая сталь Р6М5 ГОСТ 19265, материал хвостовой части – сталь 40Х ГОСТ 4345-71.

2. Твердость: режущей и направляющей части HRC 62…65, передней направляющей части HRC 60…65, хвостовой части HRC 40…47.

3. Шов сварного соединения должен располагаться по шейке или на переходном конусе.

4. Протяжки должны удовлетворять требованиям ГОСТ 28442-90.

5. Маркировать: диаметр протягиваемого отверстия и его посадку, пределы длин протягивания, марку стали протягиваемого изделия, марку стали протяжки и товарный знак завода-изготовителя.

6. Общие допуски согласно ДСТУ ISO 2768-mK.