Выбор инструментального материала

При выборе инструментального материала необходимо учитывать, что материал должен иметь повышенную сопротивляемость к ударным нагрузкам и пониженную к прижогам при шлифовании инструмента. Твердосплавные материалы используются редко в связи с большими проблемами, связанными с механической обработкой. В таблице 6 при­водятся марки и физико-химические свойства некоторых распростра­ненных быстрорежущих сталей, а также рекомендации по их примене­нию.

Выбор инструментального материала - student2.ru Таблица 6 - Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73)

Марки   Химический состав   Твердость HRC Красностойкость
  С Сг W V Мо Со
Р6М5 0,80- 0,88 3,8- 4,4 5,5- 6,5 1,7- 2Д 5,0- 5,5   64-65
     
10Р6М5 1,00- 1,15 3,8- 4,4 5,5- 6,5 1,8- 2,2 4,5- 5,5   64-65
       
Р9К5 0,9- 1,0 3,8- 4,4 9,0- 10,5 2,0- 2,6 ≤1,0 5,0- 6,0 64-66
     
Р9К10 0,9- 1,0 3,8- 4,4 9,0- 10,5 2,0- 2,6 ≤1,0 9,0- 10,5 65-66
     
Р6М5К5 0,80- 0,88 3,8- 4,3 6,0- 7,0 1,7- 2,2 4,8- 5,3 4,8- 5,3 65-66
     

Р6М5 - применяется для изготовления всех видов режущих инст­рументов при обработке на обычных скоростях резания углеродистых и среднелегированных конструкционных сталей с прочностью до 900-1000 МПа, а также зуборезных и резьборезных инструментов при об­работке нержавеющих сталей.

10Р6М5 - применяется для изготовления всех видов режущих инст­рументов при обработке на обычных скоростях резания углеродистых и среднелегированных конструкционных сталей с прочностью до 900-1000 МПа, а также зуборезных и резьбонарезных инструментов при обработке нержавеющих сталей.

Р9К5 - применяется для изготовления черновых и получистовых режущих инструментов (фрез, долбяков, метчиков и т.п.), предназна­ченных для обработки углеродистых и легированных конструкционных сталей на повышенных режимах резания, а также для обработки раз­личных труднообрабатываемых материалов.

Р9К10 - применяется для изготовления черновых и получистовых режущих инструментов (резцов, червячных фрез, зенкеров и т.п.), при обработке на повышенных режимах резания углеродистых и легиро­ванных конструкционных сталей, а также для обработки нержавеющих, высокопрочных сталей и некоторых жаропрочных сплавов.

Р6М5К5 основная марка быстрорежущей стали повышенной про­изводительности, применяемая для изготовления различных черновых и получистовых инструментов (фрез, долбяков, зенкеров, резьбонарез­ных и т.п.), предназначенных для обработки углеродистых и легиро­ванных конструкционных сталей на повышенных режимах резания, а также нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.

Выбор инструментального материала - student2.ru Исходя из методических указаний принимаем инструментальный материал сталь Р6М5.

Марки   Химический состав   Твердость HRC Красностойкость
  С Сг W V Мо Со
Р6М5 0,80- 0,88 3,8- 4,4 5,5- 6,5 1,7- 2Д 5,0- 5,5   64-65
     

3.2 Параметры исходной инструментальной рейки(рисунок 1).

Для зуборезных инструментов основные параметры зубьев в опре­деленном (исходном) сечении задаются равными параметрам зуба ис­ходной инструментальной рейки.

Выбор инструментального материала - student2.ru

Рисунок 1 - Параметры инструментальной рейки

В частном случае, при Z = ∞ эвольвента становится прямой ли­нией. Это дает основания использовать в эвольвентном зацеплении рейку с прямобочным профилем. Тогда начальная окружность dw1 нарезаемого колеса обкатывается по начальной прямой рейки, а угол профиля рейки а0 становится равным углу зацепления зуб­чатых колес а.

В соответствии с действующими стандартами для эвольвентного зацепления исходная инструментальная рейка будет иметь пара­метры (для немодифицированных колес), указанные в таблице 5.

Таблица 5 - Основные параметры инструментальной рейки

Шаг зубьев P0 = πmn=3,14*2,5=7,85;
Угол профиля а0=а=20;
Высота головки зуба hao =(ha *+c*)mn=(1+0,25)*2,5 = 3,125;
Высота ножки зуба hfo= hao=3,125;
Высота зуба ho =hao+hf0=3,125+3,125=6,25;
Радиус закругления головки зуба ra0 = 0.25mn=0,25*2,5=0,625;
Радиус закругления ножки зуба rf0 = 0. 3mn=0,75;
Толщина зуба:  
для чистовой фрезы Sn0 = Po - Snl=7,85- 4,285=3,565; (где Snl см. поз. (1.1.13)

Выбор инструментального материала - student2.ru 4 Расчет конструктивно-геометрических параметров долбяка

Фактический диаметр делительной окружности d0 =125 мм.

Диаметр окружности выступов da0, мм

Делительная высота головке зуба ha0=3.125, мм

Делительная высота ножки зуба hf0=3.125,мм

Делительная толщина зуба Sn0=3.565 мм

Чисто зубьев долбяка z0=50

Смещение исходного сечения нового долбяка А =2.72 мм

Смещение исходного контура предельно сточенного долбяка Ас=14.54мм

Высота долбяка В =22 мм

Задний угол aa0=6°

Передний угол γa0=5°

Диаметр окружности вершин зубьев в плоскости переднего торца dta0=131.46 мм

Высота головки зуба в плоскости переднего торна hta0 = 3.41 мм

Толщина зуба на окружности выступов в пл. переднего торца Sta0=1.0648мм

Профильный угол долбяка на делительном цилиндре а0=20.17°

Боковой задний угол на делительном цилиндре aδ=2,21°

Боковой задний угол на основном цилиндре aδn = 2,076°

Диаметр основной окружности долбяка db0,= 117,33 мм

Высота головки до хорды на передней поверхности Выбор инструментального материала - student2.ru 3.45 мм

Толщина зуба по хорде на передней поверхности Выбор инструментального материала - student2.ru 3,658 мм

Результаты проверок расчетов конструкции долбяка:

на минимально допустимую толщину зуба при вершине:

Sta0≥S'ta0: 1.0648>0,84;

на отсутствие интерференции:

ρ12≥ ρ10: 9.3>9,2789;

на отсутствие срезания головки зуба нарезаемого колеса:

w20 sin ас20 - 0.5 Выбор инструментального материала - student2.ru ) > 0: Выбор инструментального материала - student2.ru

на отсутствие подрезания ножки зуба нарезаемого колеса:

Выбор инструментального материала - student2.ru : Выбор инструментального материала - student2.ru ;

Выводы:

Так как все условия выполняются, то оформляем рабочий чертеж долбяка.

4.1 Выбрать основные габаритные размеры долбяка (табл.2.1)[1].

Габаритные размеры долбяка (рисунок 2.2) [1]: диаметр отверстия d1; диаметр выточки d2, высота долбяка В и ширина ступицы В1, выби­раются по заданным модулю m и номинальному диаметру делительной окружности долбяка dном.

d1=44.45 мм; B=22 мм; B1=10 мм; d2=80 мм;

Выбор инструментального материала - student2.ru 4.2 Выбрать геометрические параметры режущей части дол­бяка.

С увеличением переднего γао и заднего (αао углов при вершине зу­ба долбяка улучшаются условия резания, повышается количество пере­точек, но снижается точность профиля нарезаемых колес. Поэтому рекомендуется [2.1] для угла зацепления а = 20° принять эти углы: для чистовых долбяков αао=6°, γао=5°, а для черновых αао=6°, γао=10°.

4.3 Определить число зубьев долбяка.

Выбор zo зависит от модуля, габаритных размеров заготовки (диа­метр и ширина зубчатого венца колеса) и номинального делительного диаметра зубодолбежного станка. Следует учесть, что чем больше zo, тем выше стойкость долбяка, больше запас на переточку и меньше по­грешность при зубонарезании.

Расчетное количество зубьев долбяка zop определим по формуле:

zop = doном /m = 125/2.5 = 50.

(Полученное значение zop округлить до целого четного числа zo).

zo=50;

4.4 Уточнить фактический диаметр делительной окружности долбяка do=m*zo=2.5*50=125 мм.

4.5 Рассчитать размеры зубьев долбяка в исходном сечении.

Так как параметры зубьев долбяка в исходном сечении соответст­вуют параметрам инструментальной рейки, то воспользуемся форму­лами, приведенными в разделе 1.2, таблица 5[1].

hao =(ha *+c*)mn=(1+0,25)*2,5 = 3,125;

hfo= hao=3,125;

Sn0 = Po - Snl=7,85- 4,285=3,565;

(где Snl см. поз. (1.1.13);

4.6 Рассчитать профильный угол долбяка на делительном ци­линдре (с точностью до г):

tga0= Выбор инструментального материала - student2.ru = Выбор инструментального материала - student2.ru =0,367 откуда a0= 20,17°=20°10'

4.7 Уточнить диаметр основной окружности долбяка (с точ­ностью до 0,0001мм):

db0 = d0*cosa0= 125*cos20,17°=117,33 мм;

4.8 Рассчитать боковые задние углы (углы наклона винто­вых линий на боковой поверхности зуба) долбяка с точностью до 1" (рисунок 2.2.)[1]:

- в сечении плоскостью А - А, касательной к делительной окруж­ности do

tgaδ=tgaao*tga0=tg6*0,367 =0,03857 откуда aδ=2,21°=2°12'32"

- в нормальном (к боковой поверхности зуба) сечении плоскостью N - N, касательной к основному цилиндру rb0

tgan =tgaao* sin а0=tg6* sin 20,17°=0,03624 откуда an=2,076°=2°4'32''

Условие (aδ, an) >2° выполняется

Выбор инструментального материала - student2.ru 4.9 Выбрать начальную величину смещения А исходного се­чения нового долбяка (рисунок 2.1.)[1] относительно вершины зуба.

Экспериментально установлено, что при увеличении А повышают­ся: стойкость долбяка, качество обработанной поверхности и количе­ство переточек. Однако, в этом случае уменьшается толщина Stao зуба долбяка при вершине и появляется опасность возникновения интерфе­ренции зубчатых колес, нарезанных долбяком.

На начальном этане воспользуемся уравнением, которое можно получить из рисунка 2.1[1]:

Выбор инструментального материала - student2.ru = Выбор инструментального материала - student2.ru =2,72;

где х0 -коэффициент смещения исходного контура долбяка;

Для выбора коэффициента смещения х0 можно воспользоваться рекомендациями ГОСТ 9323 -79:

х0 = 0,01 (z0 - 10)= 0.01 (50 - 10)=0.4.

Так как величина А оказывает существенное влияние на конструк­цию и эксплуатацию долбяка, то в дальнейшем при проверочных расчетах её необходимо оптимизировать. Оптимизация осуществляется путем изменения А с шагом ∆Ai = 0,5 и выбора оптимальной ве­личины Ai.

4.10 Определить размеры долбяка в плоскости t-t переднего торца (рисунок 2.1)[1]:

- высоту головки зуба hta0 = ha0 +А*tgaa0= 3,125 + 2,72*0,105=3.41;

- высоту ножки зуба htf0 = hf0 +А*tga a0= 3,125 - 2.72* 0,105 =2.84;

- диаметр окружности вершин зубьев dta0 = d0 + 2ha0 + 2A*tgaδ = 125 + 2*3,125 + 2*2,72*0,03857 = 131,46;

- угол зацепления в этом сечении ata0=arccos Выбор инструментального материала - student2.ru = arccos Выбор инструментального материала - student2.ru =26.81 = 26°48'32''

- толщину зуба по дуге делительной окружности

St0=Sn0+2A*tgaδ=3,565+2*2,72*0,03857 = 3.77;

-толщину зуба на окружности выступов

Stao= dtao* Выбор инструментального материала - student2.ru = 131.46* Выбор инструментального материала - student2.ru =131.46*( 0,0302+ 0,0153 - 0,0374)= 1.0648;

Ориентировочно можно принять минимально допустимую толщину зуба S'tao ( мм) при вершине в следующих пределах:

для m = l,75, S'tao = 0,7; для m = 2,0, S'tao =0,72 ; для m = 2,5, S'tao =0,84;

для m = 2,75, S'tao = 0, 87; для m = 3,0, S'tao = 0, 90 .

Принять для m = 2,5, S'tao =0,84;

4.11 Проверить проектируемый долбяк на минимально до­пустимую толщину зуба при вершине: Stao > S'tao

Условие выполняется 1.0648 > 0,84;

Выбор инструментального материала - student2.ru 4.12 Выполнить проверку нового долбяка на отсутствие ин­терференции, т.е. возможного наличия неэвольвентных участков на зубьях, нарезанных долбяком.

Для чего необходимо определить:

- угол зацепления при нарезании колеса zi долбяком:

invα10= Выбор инструментального материала - student2.ru +inva = Выбор инструментального материала - student2.ru 0,0207; α10=22°15';

- межосевое расстояние при нарезании колеса z2 долбяком

αw10= Выбор инструментального материала - student2.ru = Выбор инструментального материала - student2.ru =102,798 мм;

- радиус кривизны граничной точки профиля зуба колеса z1 при на­резании долбяком:

ρ10 = αw10 sinα10- Выбор инструментального материала - student2.ru = 102,798*sin22°15'- Выбор инструментального материала - student2.ru = 9,2789;

- угол зацепления при работе зубчатых колес z1 и z2:

invα12= Выбор инструментального материала - student2.ru +inva = Выбор инструментального материала - student2.ru 0,0188;α12=21,35°;

- межосевое расстояние при сцеплении зубчатых колес zi и Z2 :

αw12= Выбор инструментального материала - student2.ru = Выбор инструментального материала - student2.ru =118,71;

- радиус кривизны граничной точки профиля зуба колеса z1,

необходимый для нормального зацепления с колесом z2:

ρ12 = αw12 sinα12- Выбор инструментального материала - student2.ru = 118,71*sin21°35'- Выбор инструментального материала - student2.ru =

43,668-34,94= 9.3;

4.13 Проверить рассчитанные параметры долбяка на отсут­ствие интерференции по условию: ρ12> ρ10;

9.3>9,2789;

Неравенство выполняется.

4.14 Выполнить проверку рассчитанных параметров долбяка на отсутствие срезания головки зуба нарезаемого колеса.

Для выполнения этой проверки необходимо рассчитать размеры предельно сточенного долбяка (сечение С-С, рисунок 2.1):

- Определить отрицательное смещение Ас исходного сечения предельного сточенного долбяка, допускаемое его прочностью.

Практика [2] показала, что толщину предельно сточенного

долбяка для m = 1... 10 мм можно принимать в пределах

BС = 3 Выбор инструментального материала - student2.ru = 3* Выбор инструментального материала - student2.ru = 4.74 > 4.

Тогда: Ас = В — (Ai + Bc)= 22-(2,72+4.74) = 14.54 мм.

- Определить диаметр окружности по вершинам зубьев предельно сточенного долбяка: dca0 = d0 + 2ha0 + 2Aj * tgaao = 125+2*3,125+2*2,72*tg6°= 125+6.25+0.57 = 131.82 мм.

-

Выбор инструментального материала - student2.ru Рассчитать теоретический угол зацепления сточенного долбяка и колеса z2 , сопрягаемого с нарезаемым z1:

Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

- Определить теоретическое межосевое расстояние сточенный долбяк - сопрягаемое колесо z2:

Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru мм.

4.15 Проверить конструкцию долбяка на отсутствие срезания головки зуба нарезаемого колеса:

Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

Условие выполняется.

4.16 Проверить конструкцию долбяка на отсутствие подреза­ния ножки зуба нарезаемого колеса.

Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

Выбор инструментального материала - student2.ru

Условие выполняется.

4.17 Оценить полноту использования положительного Ai и от­рицательного Aci исходных расстояний долбяка по неравенству:

(Ai +Aci)≤ (В+Вс)

(2,72 +14.54)≤ (22+4.74)

Неравенство выполняется. Оптимальные величины исходныхрасстояний Ai и Aci будут использованы полностью.

4.18 Рассчитать размеры зубьев нового долбяка на передней поверхности.

Так как долбяк всегда имеет передний угол γао > 0, то секущая плоскость t - t (рисунок 2.1) не совпадает с передней поверхностью ин­струмента. Однако, для контроля при изготовлении и эксплуатации долбяков необходимы следующие параметры зуба в плоскости, сов­падающей с передней поверхностью зуба:

- делительную толщина зуба S`n0 = Sn0 + (А - hta0 * tgγa0 )* tgaδ = 3.565 + (2.72 - 3.41 * tg5° )* tg2,21°=3.565 + (2.72 - 3.41 * 0.08749 )* 0,03857=3,658;

- половину угловой толщины зубьев Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru =1,677°

- высота головки зуба до хорды Выбор инструментального материала - student2.ru =

Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru =3.45

- толщину зуба по хорде Выбор инструментального материала - student2.ru Выбор инструментального материала - student2.ru =3,658;

4.19 По ГОСТ 9323-79 установить и описать технические тре­бования на изготовление долбяка.

Выбор инструментального материала - student2.ru ЛИТЕРАТУРА

1. Федоров Ю.В., Леонов С.Л., Черданцев А.О., Карпов Д.А.. Проектирование зуборезных инструментов: долбяков и червячных фрез с использованием ЭВМ. Методическое указание по дисцеплине «Проектирование режущего инструмента». Для студентов направлений: 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»; 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальности 151001 «Технология машиностроения»/ Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. - с.

Наши рекомендации