Ріжучий матеріал

Вступ

Металоріжучий інструмент є одним із головних знарядь промисловості.  Він використовується при обробці  різноманітних  деталей на металоріжучих  верстатах.  Ріжуча частина інструменту  безпосередньо торкається  з матеріалом заготовки і  зрізає його у вигляді  стружки. В результаті зрізання  частин матеріалу заготовки формується  оброблена поверхня деталі. В даний  час  використовується велика кількість різноманітних ріжучих інструментів. Наприклад, токарні різці мають одну ріжучу частину, а такі складі інструменти, як фрези, мають декілька десятків ріжучих зубців.

 Ускладнення конструкції  машин, підвищення їх точності  та якості призводить до того, що  не дивлячись на  розвиток  інших  методів обробки   металів, доля обробки різанням  в машинобудуванні суттєво не зміниться,  а обсяг її значно зросте.

 

  

 

1. Розрахунок фрези.

Дано: фреза черв’ячна  модульна m=2.25.

Оброблюємий матеріал: Сталь 45.

1. Основні конструктивні і розрахункові розміри фрези приймаємо по ГОСТ 9324-80. Відповідно табл. 2[2 ст. 46] для нарізання колеса з сталі 45 с 113-241 при шорсткості Ra=6.3 ГОСТ 2789-73 подача S=1.2-2.2 мм/об., швидкість різання V=18 м/хв.

Для цільних фрез класу  АА – тип 1 по табл. 1[2 ст. 59]:

• зовнішній діаметр фрези d₀=90 мм;
• діаметр посадочного отвору d=40 мм;
• діаметр буртика d=60 мм;
• довжина фрези L=90мм;
• довжина буртиків L=90мм;
• ширина буртиків l=5 мм;
• крок зібів t₀=14.

2. Розміри профіля зубів в нормальному перерізі по табл. 1[2 ст. 32].

 

• крок профіля зуба в нормальному перерізі Pr₀=7.068 мм.;
• висота зуба h₀=5.63 мм;
• висота головки зуба h₀₀=2,83 мм;
• висота ножки зуба до фланця h f₀=2.24 мм;
• радіус заокруглення зуба r_a=0.85;
• радіус заокруглення ножки зуба r_f=0.67.

3. Розміри профіля зуба в осьовому перерізі по табл. 2[2 ст. 35].

• крок профіля зуба в осьовому перерізі P_xo=7.071 мм;
• профільний кут правої сторони a_пр=20°02¢;
• профільний кут правої сторони a_лів=19°59¢ по табл. 1[2 ст. 40];
• середній розрахунковий діаметр фрези d_та=83.17 мм;
• кут підйому витка рівний куту нахилу стружкових канавок n_m0=l_m0=1(33×;
• затилування К=4 мм;
• додаткове затилування К=1.4×К=5.6 мм;
• Хід гвинтової стружкової канавки P_z=10441 мм.

4. Елементи стружкових канавок фрези.
• Глибина канавки мм;
• кут профілю стружкової канавки q=18°;
• радіус заокруглення дна канавки:

мм.

5. Розміри посадочних отворів і посадочного паза по СТСЕВ 152–75:

d=40H5(^+0.011);

C=43.6H12(^+0.25);

b=12C11( ).

6. Розміри канавок для полегшення сили довбання профіля зуба вибираємо відповідно рекомендацій [3 ст. 265]:

H=1мм;

R=1 мм;

B= 0.3 × S_НО=0.3×3.64=1.092.

7. Технічні вимоги  на фрезу типу 1, класу АА приймаємо  по ГОСТ 9324–80.

 

 

 

 

 

 

2. Розрахунок  різця.

Ефективність  роботи різців з механічним кріпленням твердосплавних пластин визначається конструкцією та якістю виготовлення ріжучих елементів, кріпленням їх на державці різця.

В обробці металів  різанням використовується призматична  пластина багатогранної форми з  центральним отвором згідно ГОСТ 19064-80, що кріпиться в гнізді державки гвинтовим притиском. Стружкоподріблення і додатні передні кути на плоских основах призми забезпечуються виконанням уздовж граней відповідних канавок (ГОСТ 24247-80 і ГОСТ 19064 - 80). Для утворення задніх кутів ріжучого леза, пластину в державці розташовують так, що її вісь нахилена у бік оброблюваної поверхні. При цьому від’ємний передній кут на пластинці та додатній кут нахилу  ріжучого леза, значно збільшують сили різання і вібрацію пластини щодо державки, таким чином зменшується стійкість і підвищується ймовірність катастрофічного руйнування ріжучого леза і пластини в цілому.

 Метою даної  розробки є підвищення міцності  ріжучого леза, розширення  технологічного  використання багатогранної гвинтової  пластини шляхом дослідження  зміни кута нахилу ріжучого леза.

В роботі запропоновані  конструктивні схеми гвинтових  багатогранних  пластин. Таке виконання  ріжучої пластини дозволяє отримати обернене значення кута нахилу ріжучого леза до основної площини (в порівнянні з круглою пластиною). Зміна кута нахилу ріжучого леза позитивно впливає на умови роботи вершини ріжучого елемента і підвищує ударну стійкість при будь-яких режимах різання.

На рис.1 показана гвинтова шестигранна  ріжуча пластина із знакозмінним значенням  кута нахилу ріжучого леза .

Рисунок 1 – Гвинтова шестигранна  ріжуча пластина.

Біля вершин пластини 1 і 2 (рис. 1, штрихова лінія) абсолютне  значення кута складається з суми двох кутів: кута підйому гвинтової лінії ^'' і кута ^' = нахилу дотичної до гвинтової лінії, проведеної з вершини ( = ^{' ''}).

У випадку використання ріжучих  пластин, наприклад, з лівою нарізкою для правої схеми різання в  умовах ударно-змінного навантаження вершина ріжучого леза має низьку міцність через велике (по абсолютній величині) від’ємне значення кута (- ). Протилежна вершина 2 (рис. 1, штрихова лінія) і привершинна ділянка ріжучого леза знаходяться в найбільш захищеному від ударів положенні за рахунок додатнього кута .

При лівій схемі різання кінцеві  точки і ділянки ріжучого леза міняються місцями. При цьому  значення кута , яке змінилось на обернене, утворює в більшій мірі негативний ефект, через те що привершинна ділянка ріжучого леза здійснює значний віджим різця від заготовки. Обумовлено це великим додатнім кутом при вершині, яка надійно захищена від ударів кутом ^'. (див. штрихові лінії на рис.1)

При виконанні гвинтової лінії, наприклад, на шестигранному стержні  значення змінного кута міняються на протилежні. Небажані зміни кута заміняються бажаними і зменшуються сили різання, так як криволінійне в плані ріжуче лезо  викликає більші сили різання, ніж прямолінійне. В результаті цього утворюється очевидний позитивний ефект. Цей ефект виражається у підвищенні стійкості вершини і привершинної ділянки ріжучого леза при (- ) з лівим ріжучим гвинтом і правій схемі різання (рис.1). При лівій схемі різання відбувається зміцнення вершини ріжучого леза, зменшення віджимних зусиль при (+ ).  Аналогічні результати отримані і для правого ріжучого гвинта.

В запропонованій ріжучій пластині криволінійне лезо має відповідну зміну  кута , при якій забезпечуються висока міцність її вершини і привершинної ділянки з мінімальними віджимними зусилями її від заготовки при (- ), збільшується міцність зовнішньої найбільш навантаженої ділянки при (+ ) та відбувається відповідне еквівалентне перенесення значень віджимних зусиль в зміцнені ділянки ріжучого леза.

Виконання ріжучих пластин в  виді багатогранних гвинтових витків зі ступінчатими опорними основами (рис.1) дозволяє збирати їх у гвинтові багатогранні чи комбіновані стержні. Гвинтові витки служать стружколамаючими порожками, а центруючі додаткові опорні поверхні, забезпечують отримання ріжучого клину з перемінним кутом нахилу ріжучого леза і переднім кутом .

Можливість повертати  багатогранні пластини в гнізді навколо  вісі дозволяє додатково оновлювати вершину перед зміною ріжучого леза, чим продовжується термін роботи пластин. Якщо кут підйому гвинтової лінії по зовнішньому діаметру круглого елемента (рис.3) , де - кут нахилу гвинтової лінії круглого ріжучого леза, більше необхідного заднього кута , то  кут нахилу прямої mn, яка з’єднує вершини ріжучого леза, наприклад, п’ятигранного гвинтового елемента залишається   від’ємним ( ₅). При односторонній схемі різання, наприклад, лівий п’ятигранний гвинт використовується в якості правого різця. При цьому кут  
 
нахилу хвилястого ріжучого леза багатогранного елемента змінний ( ) чи ( ), відповідно, п’ятигранника і тригранника, а вершина ріжучого клину розташована внизу гребеня хвилі. Кут нахилу ріжучого леза біля вершини n додатній (+ ) і захищає її від ударів о заготовку в момент врізання. Біля протилежної  вершини m кут нахилу ріжучого леза від’ємний (- ₃). Лівий гвинт використовується як лівий різець, що забезпечує зниження сил різання. Передній кут міняється від (+ ) до (- ), наприклад, для п’ятигранного елемента (рис.2) в напрямі вершини n. Так точки 29', 28' і m ріжучого леза розташовані вище точок 29₅, 28₅ і m' ріжучого леза (напрям mm' відомий із визначення переднього кута), а точки 26', 25' і n ріжучого  леза розташовані нижче точок 26₅ 25₅ і n' ріжучого леза гвинтової поверхні лівого напрямку. В точках 27', 27'' знак переднього кута міняється на протилежний. Аналогічне розташування точок ріжучих граней гвинтового леза має і тригранний елемент. Так точки 31'', 30'', 29'' і 28'' розташовані вище точок 31₃, 30₃, 29₃ і 28_3, а точки 26'', 25'', 24'' і 23'' розташовані нижче точок 26₃, 25₃, 24₃ і 23₃. Подібне розташування точок ріжучих кромок суміжних з вершинами n і m, наприклад, п’ятигранника, а саме: точки 24', 23' розташовані вище точок 24₅, 23₅; точки 22', 21' 44 розташовані нижче точок 22₅, 21₅, 44₅ і точки 34', 33', 32' вище точок 34₅, 33₅, 32₅; точки 31', 30', m нижче точок 21₅, 30₅, m''.

Випуклість привершинного  участку dl ріжучого леза mn і вігнутість участка lс ріжучого леза nf, з’єднаних перехідним участком радіусом r (рис.3), дає можливість отримати чистоту оброблюваної поверхні на 2-3 класи вище тієї, що досягається при стандартній плоскій багатогранній пластині.

Із збільшенням довжини ріжучого леза за рахунок збільшення кута підйому гвинтової поверхні чи зменшення числа граней, з’являється можливість збільшити стійкість ріжучого леза і міцність одновиткового ріжучого елемента.

В запропонованих ріжучих  пластинах, ріжуче лезо виконано в виді ребра основи призми з гелікоїдною  поверхнею, яка утворюється перетином гелікоїдного витка, що описується рівнянням z=b/arctg y/x, де z, x, y – координати точки гелікоїдного витка; b=h/ , де h – відстань гелікоїда (крок); площиною Ах+Ву+D=0 паралельно аплікаті, для багатогранних призм їх вісь сумісна з аплікатою.

Використання цих рівнянь  дає можливість аналітичного відображення конструктивних особливостей ріжучої  пластини та її окремих елементів, що дає можливість оптимізації констукції ріжучої пластини з використанням  обчислювальної техніки.

Проведені графічні досліди  зміни кута λ багатогранних гвинтових  ріжучих пластинок дозволили  встановити конструктивні схеми, які  забезпечують максимальну стійкість  і довговічність ріжучих лез.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Розрахунок  довбача.

Дано: довбач гашечний, Кількість нарізаних зубів цим довбачем z=40.

1. Основні конструктивні і розрахункові розміри  гашеного довбача приймаємо по ГОСТ 9323-79 (для довбача типа 3, класа точності В).

Визначаємо номінальний  ділильний діаметр довбача. Стандартом передбачено діаметри довбачів 80, 100, 125,160 і 200 мм. діаметри довбачів 80, 100, 125,160 і 200 мм.

Довбачі доцільно приймати з меншим ділильним діаметром, тобто  чим менше цей діаметр тим  менше виліт ріжучих кромок відносно верстата і більш  стійкого закріплення інструмента. Але з зменшенням діаметра ділильної окружності збільшується похибка профілю зуба (евольвенти) нарізаємого колеса.

Відповідно рекомендації [4, ст. 271] для модуля 2.25 мм вибираємо діаметр довбача в границях 80, 100 і 125. Діаметр (ділильний з нарізаємого колеса d₀=B×z=2/25×40=90 мм.

Цей розмір знаходиться  між Æ80 і Æ100. Так як стандартний довбач на  найменшого діаметра 80 має фактичний діаметр 76.5 мм, а для номінального діаметра 100 мм, відповідає 101.25 мм, тобто найближче до шукаємого вибираємо довбач з z=45 і Æ101.25 мм.

Відповідно до таблиці 10 [5, ст. 18-19] вибираємо розміри гашеного довбача.

Z=45;

d₀=101.25 мм;

d_но=108.45 мм (діаметр вершин зубів);

d₁=44.45 мм (діаметр посадочного отвору);

d₂=83 мм (діаметр виточки);

d₃=80 мм (діаметр ступиці);

X₀=0.35 мм (коефіцієнт зміщення вихідного контуру);

b₁=12 мм (ширина ступиці);

b₀=20 мм (довжина зубів);

В=32 мм (висота довбача);