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.

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.

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.

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 d_w1 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)

4 Расчет конструктивно-геометрических параметров долбяка

Фактический диаметр делительной окружности d₀ =125 мм.

Диаметр окружности выступов d_a0, мм

Делительная высота головке зуба h_a0=3.125, мм

Делительная высота ножки зуба h_f0=3.125,мм

Делительная толщина зуба S_n0=3.565 мм

Чисто зубьев долбяка z₀=50

Смещение исходного сечения нового долбяка А =2.72 мм

Смещение исходного контура предельно сточенного долбяка А_с=14.54мм

Высота долбяка В =22 мм

Задний угол a_a0=6°

Передний угол γ_a0=5°

Диаметр окружности вершин зубьев в плоскости переднего торца d_ta0=131.46 мм

Высота головки зуба в плоскости переднего торна h_ta0 = 3.41 мм

Толщина зуба на окружности выступов в пл. переднего торца S_ta0=1.0648мм

Профильный угол долбяка на делительном цилиндре а₀=20.17°

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

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

Диаметр основной окружности долбяка d_b0,= 117,33 мм

Высота головки до хорды на передней поверхности 3.45 мм

Толщина зуба по хорде на передней поверхности 3,658 мм

Результаты проверок расчетов конструкции долбяка:

на минимально допустимую толщину зуба при вершине:

S_ta0≥S'_ta0: 1.0648>0,84;

на отсутствие интерференции:

ρ₁₂≥ ρ₁₀: 9.3>9,2789;

на отсутствие срезания головки зуба нарезаемого колеса:

(а_w20 sin а_с20 - 0.5 ) > 0:

на отсутствие подрезания ножки зуба нарезаемого колеса:

: ;

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 d_1; диаметр выточки d₂, высота долбяка В и ширина ступицы В₁, выби­раются по заданным модулю m и номинальному диаметру делительной окружности долбяка d_ном.

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

4.2 Выбрать геометрические параметры режущей части дол­бяка.

С увеличением переднего γ_ао и заднего (α_ао 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 α_ао=6°, γ_ао=5°, а для черновых α_ао=6°, γ_ао=10°.

4.3 Определить число зубьев долбяка.

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

Расчетное количество зубьев долбяка z_op определим по формуле:

z_op ⁼ d_oном /m = 125/2.5 = 50.

(Полученное значение z_op округлить до целого четного числа z_o).

z_o=50;

4.4 Уточнить фактический диаметр делительной окружности долбяка d_o=m*z_o=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].

h_ao =(h_a *+c*)m_n=(1+0,25)*2,5 = 3,125;

h_fo= h_ao=3,125;

S_n0 = P_o - S_nl=7,85- 4,285=3,565;

(где S_nl см. поз. (1.1.13);

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

tga₀= = =0,367 откуда a₀= 20,17°=20°10'

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

d_b0 = 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 d_o

tga_δ=tga_ao*tga₀=tg6*0,367 =0,03857 откуда a_δ=2,21°=2°12'32"

- в нормальном (к боковой поверхности зуба) сечении плоскостью N - N, касательной к основному цилиндру r_b0

tga_n =tga_ao* sin а₀=tg6* sin 20,17°=0,03624 откуда a_n=2,076°=2°4'32''

Условие (a_δ, a_n) >2° выполняется

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 S_tao 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]:

= =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 h_ta0 = h_a0 +А*tga_a0= 3,125 + 2,72*0,105=3.41;

- высоту ножки зуба h_tf0 = h_f0 +А*tga _a0= 3,125 - 2.72* 0,105 =2.84;

- диаметр окружности вершин зубьев d_ta0 = d₀ + 2h_a0 + 2A*tga_δ = 125 + 2*3,125 + 2*2,72*0,03857 = 131,46;

- угол зацепления в этом сечении a_ta0=arccos = arccos =26.81 = 26°48'32''

- толщину зуба по дуге делительной окружности

S_t0=S_n0+2A*tga_δ=3,565+2*2,72*0,03857 = 3.77;

-толщину зуба на окружности выступов

S_tao= d_tao* = 131.46* =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: S_tao > S'_tao

Условие выполняется 1.0648 > 0,84;

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 z_i долбяком:

invα₁₀= +inva = 0,0207; α₁₀=22°15';

- межосевое расстояние при нарезании колеса z₂ долбяком

α_w10= = =102,798 мм;

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

ρ₁₀ = α_w10 sinα₁₀- = 102,798*sin22°15'- = 9,2789;

- угол зацепления при работе зубчатых колес z₁ и z₂:

invα₁₂= +inva = 0,0188;α₁₂=21,35°;

- межосевое расстояние при сцеплении зубчатых колес zi и Z2 :

α_w12= = =118,71;

- радиус кривизны граничной точки профиля зуба колеса z₁,

необходимый для нормального зацепления с колесом z₂:

ρ₁₂ = α_w12 sinα₁₂- = 118,71*sin21°35'- =

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 А_с 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

B_С = 3 = 3* = 4.74 > 4.

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

- Определить диаметр окружности по вершинам зубьев предельно сточенного долбяка: d_ca0 = d₀ + 2h_a0 + 2A_j * tga_ao = 125+2*3,125+2*2,72*tg6°= 125+6.25+0.57 = 131.82 мм.

-

Рассчитать теоретический угол зацепления сточенного долбяка и колеса z₂ , сопрягаемого с нарезаемым z₁:

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

мм.

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

Условие выполняется.

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

Условие выполняется.

4.17 Оценить полноту использования положительного A_i и от­рицательного A_ci исходных расстояний долбяка по неравенству:

(A_i +A_ci)≤ (В+В_с)

(2,72 +14.54)≤ (22+4.74)

Неравенство выполняется. Оптимальные величины исходныхрасстояний A_i и A_ci будут использованы полностью.

4.18 Рассчитать размеры зубьев нового долбяка на передней поверхности.

Так как долбяк всегда имеет передний угол γ_ао > 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 = S_n0 + (А - h_ta0 * tgγ_a0 )* tga_δ = 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 =1,677°

- высота головки зуба до хорды =

=3.45

- толщину зуба по хорде =3,658;

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

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.