Расчёт основных конструктивных элементов инструмента

Методика расчёта и все справочные, и табличные материалы для расчёта основных конструктивных элементов комбинированной шлицевой протяжки производятся по методу изложенному в справочнике [5] разработанному в МГТУ им. Н.Э. Баумана 2008 год.

1) Исходные данные для расчета:

1.1) Параметры шлицевой втулки: d = 56^+0,190 мм; D = 65^+0,030 мм; b = мм; r ≤ 0,5 мм; f = 56^+0,20 мм (шлицевое соединение D - 8´56´65 ´10 ).

1.2) Длина протягивания: l_o = 50 мм.

1.3) Материал втулки – сталь 45 группа обрабатываемости У2 ([5], таблица 3).

2) Выбираем комбинированную протяжку, групповую схему срезания припуска, с последовательностью секций Ф – Ш – К.

3) Диаметр отверстия под протягивание:

d_o = d - A_i (4.1)

d_o = 56 – 1,3 = 54,7 мм (припуск A_i = 1,3 мм выбран по [5] таблице 5 с учетом протягивания отверстия без последующей его обработки).

4) Выбор размера хвостовика:

D₁ = d_o – (1...2) мм (4.2)

D₁₌54,7 – (1...2) = 53,7...52,7 мм. Выбираем D₁ = 50 мм, F_ox = 1134,1 мм ( [2] таблица 6).

5) Допустимая сила протягивания:

P = F_ox × [s_p] × K_и (4.3)

P = 1134,1 × 250 × 0,9 = 255173Н = 255,2 кН > 200 кН (200 кН – наибольшее тяговое усилие вертикально протяжных станков по [5] таблица 11), поэтому допустимая сила протягивания, назначенная для дальнейшего проектирования, не должна превышать величину:

P = P_T × k (4.4)

P = 200000 × 0,9 = 180000 Н.

Рассчитаем также предельно допустимое усилие в сечении по дну канавки у первого зуба:

P₁ = F₁ × [s_p] × K_и (4.5)

P₁ = × 400 × 0,9 = 90 × p × (d_o – 2h)², (4.6)

где h – высота стружечной канавки.

6) Шаг режущих зубьев:

t = k_cpt × (4.7)

t= 2,0 × = 14,14 мм.

Назначаем шаг режущих зубьев t = 14 мм ( [2] таблица 7). При этом высота стружечной канавки h = 6 мм. Таким образом: P₁ = 90 × p × (54,7 – 2 × 6)² = 515523 Н = 515,5 кН > 180 кН.

7) Число одновременно режущих зубьев:

Z_po = (4.8)

Z_po = = 4,57 зуба. Округляем до меньшего целого числа и получаем Z_po = 4 зубьев.

8) Проверка числа зубьев на центрирование: 2 < 4 < 6 ... 7 – проходит.

9) Суммарный периметр режущих кромок:

9.1) По шлицевой части:

(4.9)

мм;

9.2) По круглой части:

(4.10)

мм.

10) Удельная сила резания на 1 мм длины режущей кромки протяжки:

10.1) Для шлицевой секции:

p = (4.11)

p = 180000 / 160 = 1125 Н/мм;

10.2) Для круглой секции:

p = (4.12)

p= 180000 / 384 = 469 Н/мм.

11) По [5] таблице 8 для группы обрабатываемости У2 – подача на зуб для шлицевой секции > 0,3 мм, а для круглой секции – = 0,19 мм.

12) Подача на зуб по условию размещения стружки в стружечной канавке:

(4.13)

мм.

Принимаем решение: подача на зуб для фасочной секции S_zф = 0,21 мм;

подача на зуб для шлицевой секции S_zш =0,21 мм;

подача на зуб для круглой секции S_zк =0,19 мм.

13) Расчет числа зубьев протяжки:

Расчетный внутренний диаметр:

d_p = d + d_d – a (4.14)

d_p = 56 + 0,19 – 0,03 = 56,16 мм;

Диаметр фаски: d_f = d + 2×f + d_f (4.15)

d_f = 56 + 2×0,5 + 0,2 = 57,2 мм;

Наибольший диаметр фасочной секции:

d_fk = d_f + 2 × i × S_z (4.16)

d_fk = 57,2 + 2 × 3 × 0,21 = 58,46 мм;

Расчетный наружный диаметр:

D_p = D + d_D – a (4.17)

D_p = 65 + 0,03 – 0,004 = 65,026 мм.

14) Определение числа зубьев в секциях протяжки:

14.1) Фасочная секция:

(4.18)

зубьев

14.2) Шлицевая секция Ш₁:

(4.19)

зуба

14.3) Шлицевая секция Ш_2р:

(4.20)

зубьев

14.4) Шлицевые переходные зубья: Ш_2п: Z_ш2п = 6 зубьев.

14.5) Шлицевые калибрующие зубья: Z_ш2к = 5 зубьев.

14.6) Круглая секция К:

(4.21)

зуба

14.7) Круглые переходные зубья: Z_кп = 3.

14.8) Круглые калибрующие зубья: Z_кк = 5.

15) Определение диаметров режущих зубьев:

№ зуба

Диаметр зуба, мм

№ зуба

Диаметр зуба, мм

Таблица 6 – Фасочная секция Ф: (от d_o = 54,7 мм до d_fk = 58,46 мм)

	d1 = do + 2Szф = 54,7 + 2×0,21 = 55,12			d2 = d1 – 0,04 = 55,12 – 0,04 = 55,08
	d3 = d1 + 2Szф = 55,12 + 2×0,21 = 55,54			d4 = d3 – 0,04 = 55,54 - 0,04 = 55,50
	d5 = d3 + 2Szф = 55,54 + 2×0,21 = 55,96			d6 = d5 – 0,04 = 55,96 - 0,04 = 55,92
	d7 = d5 + 2Szф = 55,96 + 2×0,21 = 56,38			d8 = d7 – 0,04 = 56,38 - 0,04 = 56,34
	d9 = d7 + 2Szф = 56,38 + 2×0,21 = 56,80			d10 = d9 – 0,04 = 56,80 - 0,04 = 56,76
	d11 = d9 + 2Szф = 56,80 + 2×0,21 = 57,22			d12 = d11 – 0,04 = 57,22 - 0,04 = 57,18
	d13 = d11 + 2Szф = 57,22 + 2×0,21 = 57,64			d14 = d13 – 0,04 = 57,64 - 0,04 = 57,60
	d15 = d13 + 2Szф = 57,64 + 2×0,21 = 58,06			d16 = d15 – 0,04 = 58,06 - 0,04 = 58,02
	d17 = d15 + 2S'zф = 58,06 + 2×0,2 = 58,46 = dfk			d18 = d17 – 0,04 = 58,46 - 0,04 = 58,42

Таблица 7 – Шлицевая секция Ш1 (от d_f = 57,2 мм до d_fk = 58,46 мм)

	d19 = df + 2Szш = 57,2 + 2×0,21 = 57,62
	d20 = d19+ 2Szш = 57,62 + 2×0,21 = 58,04
	d21 = d20+ 2Szш = 58,04 + 2×0,21 = 58,46 = dfk

Таблица 8 – Шлицевая секция Ш2 (от d_fk = 58,46 мм до D_р = 65,026 мм)

	d22 = dfk + 2Szш = 58,46 + 2×0,21 = 58,88			d23 = d22 – 0,04 = 58,88 – 0,04 = 58,84
	d24 = d22 + 2Szш = 58,88 + 2×0,21 = 59,30			d25 = d24 – 0,04 = 59,30 – 0,04 = 59,26
	d26 = d24 + 2Szш = 59,30 + 2×0,21 = 59,72			d27 = d26 – 0,04 = 59,72 – 0,04 = 59,68
	d28 = d26 + 2Szш = 59,72 + 2×0,21 = 60,14			d29 = d28 – 0,04 = 60,14 – 0,04 = 60,10
	d30 = d28 + 2Szш = 60,14 + 2×0,21 = 60,56			d31 = d30 – 0,04 = 60,56 – 0,04 = 60,52
	d32 = d30 + 2Szш = 60,56 + 2×0,21 = 60,98			d33 = d32 – 0,04 = 60,98 – 0,04 = 60,94
	d34 = d32 + 2Szш = 60,98 + 2×0,21 = 61,40			d35 = d34 – 0,04 = 61,40 – 0,04 = 61,36
	d36 = d34 + 2Szш = 61,40 + 2×0,21 = 61,82			d37 = d36 – 0,04 = 61,82 – 0,04 = 61,78
	d38 = d36 + 2Szш = 61,82 + 2×0,21 = 62,24			d39 = d38 – 0,04 = 62,24 – 0,04 = 62,20
	d40 = d38 + 2Szш = 62,24 + 2×0,21 = 62,66			d41 = d40 – 0,04 = 62,66 – 0,04 = 62,62
	d42 = d40 + 2Szш = 62,66 + 2×0,21 = 63,08			d43 = d42 – 0,04 = 63,08 – 0,04 = 63,04
	d44 = d42 + 2Szш = 63,08 + 2×0,21 = 63,50			d45 = d44 – 0,04 = 63,50 – 0,04 = 63,46
	d46 = d44 + 2Szш = 63,50 + 2×0,21 = 63,92			d47 = d46 – 0,04 = 63,92 – 0,04 = 63,88
	d48 = d46 + 2Szш = 63,92 + 2×0,21 = 64,34			d49 = d48 – 0,04 = 64,34 – 0,04 = 64,30

Таблица 9 – Шлицевые переходные зубья

	d50 = d48 + 2S'zш = 64,34 + 2×0,15 = 64,64			d51 = d50 – 0,04 = 64,64 – 0,04 = 64,60
	d52 = d50 + 2S''zш = 64,64 + 2×0,1 = 64,84			d53 = d52 – 0,04 = 64,84 – 0,04 = 64,80
	d54 = d52 + 2S'''zш = 64,84 + 2×0,09 = 65,02			d55 = d54 – 0,04 = 65,02 – 0,04 = 64,98

Таблица 10 – Шлицевые калибрующие зубья

	d56 = 65,0229
	d57 = 65,02
	d58 = 65,02
	d59 = 65,02
	d60 = 65,02

Таблица 11 – Круглая секция К:(от d_о=54,7мм до d_р=56,16 мм)

	d61 = dо + 2Szк = 54,70 + 2×0,19 = 55,08
	d62 = d61 + 2Szк = 55,08 + 2×0,19 = 55,46

Таблица 12 – Круглые переходные зубья

	d63 = d62 + 2Szк = 55,46 + 2×0,15 = 55,76
	d64 = d63 + 2Szк = 55,76 + 2×0,11 = 55,98
	d65 = d64 + 2Szк = 55,98 + 2×0,09 = 56,16

Таблица 13 – Круглые калибрующие зубья

	d66 = 56,16
	d67 = 56,16
	d68 = 56,16
	d69 = 56,16
	d70 = 56,16

16) Расчет длины рабочей части протяжки:

L_p = (Z_реж + Z_к × i) × t (4.22)

L_p = 70 × 14 = 980 мм.

17) Выбор модели станка по номинальному тяговому усилию Р_т:

Р_тш = р_ш × S_ш – по шлицевой секции. (4.23)

Р_тш = 488 × 160 = 78080 Н = 78 кН

Р_тк = р_к × S_к – по круглой части. (4.24)

Р_тк = 455 × 384 = 174720 Н = 174,7 кН

где р_ш и р_к – cила резания на 1 мм длины кромки протяжки выбирается в зависимости от подачи на зуб шлицевой и круглой частей протяжки соответственно ([5] таблица 8).

Выбираем вертикально-протяжной станок мод. 7720В с Р_т = 200 кН ([5] таблица 11).

18) Длина протяжки до первого зуба:

l = l_o + l_к + l_п (4.25)

l = 50 + 152 + 40 = 242 мм.

19) Общая длина протяжки:

L = l + L_p + l₅ + l₁ +l_т (4.26)

L = 242+980+35+96+20×2 = 1393мм.

20) Проверка длины протяжки L по условию возможности обработки в центрах:

L = 1393 мм < [L] = 1500 мм ([5] таблица 13) – условие выполняется.

21) Проверка длины протяжки по рабочему ходу станка:

L_px = 1250 мм > L_p + l₅ + l₁ + l_o + D (4.27)

980 + 35 + 96 + 50 + 10 = 1171 мм – условие выполняется.