Пример решения задачи 3

Как изменится исходная стойкость резца из стали Р18 и резца оснащенного твердым сплавом Т15К6, если скорость резания увеличить на % при прочих равных условиях. Исходная стойкость резца из стали Р18 составляет 30 мин, а исходная стойкость резца, оснащенного твердым сплавом Т15К6 - 60 мин.

№ вар.
%

РЕШЕНИЕ:

Решим задачу, используя следствия из формулы, которые имеют следующий вид:

,

где - первоначальная скорость резания (принятая за 100%);

- изменившаяся скорость резания на n%, т.е.

;

- период стойкости резца, соответствующий первоначальной скорости резания, (30 мин для резца из быстрорежущей стали, 60 мин – оснащенного твердосплавной пластиной);

- искомый период стойкости резца, соответствующий изменившейся скорости резания;

- показатель относительной стойкости, который для резцов из быстрорежущей стали равен 0,125, а для резцов, оснащенных твердосплавной пластиной равен 0,2.

Ответ: Период стойкости резца из быстрорежущей стали станет 1,17 мин., а стали из твёрдой пластины 7,9 мин.

3.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ 4.

1. Выпишите исходные данные из таблицы 4.

2. Зарисуйте схему обтачивания или растачивания (в соответствии с вашими исходными данными), указав диаметры обрабатываемой и обработанной поверхностей; направления главного движения и движения подачи.

3. Выполните выбор резца.

• Выберите тип резца.

Для обтачивания следует выбирать резцы проходные с отогнутой головкой или резцы проходные упорные.

Для растачивания следует выбирать резцы расточные проходные или резцы расточные упорные.

• Выберите материал режущей части резца. Учитывая высокие
  скорости резания, целесообразно выбирать для оснащения режущей части резцов твердые сплавы, принимая во внимание следующие рекомендации:

При обработке конструкционной стали ( < 1000 МПа):

- при черновом точении рекомендуется использовать твердый сплав Т5К10;

- при получистовом точении рекомендуется использовать твердый сплав Т15К6;

- при чистовом точении рекомендуется использовать твер­дый сплав Т30К4.

При обработке чугунов (НВ < 200):

- при черновом точении рекомендуется использовать твер­дый сплав ВК8;

- при получистовом точении рекомендуется использовать твердый сплав ВК6;

- при чистовом точении рекомендуется использовать твер­дый сплав ВКЗ и ВК6М.

• Выберите конструктивные и геометрические параметры резца.

Конструкция резцов. Рекомендуется использовать резцы с напаянными пластинками из твердого сплава или с пластинами с механическими креплениями.

Выбор конструктивных параметров выполняйте по справочни­ку [2].

Геометрические параметры. Для токарных резцов с напаянными пластинками из твердого сплава следует выбрать: форму передней поверхности; передний угол ; задний угол ; углы в плане и ; радиус при вершине . Форма поверхности выбирается:

• плоской, если обрабатывают твердые материалы, дающие сыпучую стружку (стружка надлома);
• криволинейной, если обрабатывают пластичные мате­риалы, дающие лентовидную стружку (сливная струж­ка).

Величину переднего угла () по пластине рекомендуется выбирать в зависимости от обрабатываемого материала:

- для обработки конструкционной стали = 10° - 15°;

- для обработки чугунов = 5° - 7°;

Величину заднего угла ():

- для чернового точения = 6° - 8°;

- для чистового точения = 10° - 12°;

Величину главного угла в плане () рекомендуется выби­рать в зависимости от жесткости системы СПИД:

- при низкой жесткости системы СПИД = 90°;

- при нормальной жесткости системы СПИД = 45° - 90°;

- при высокой жесткости системы СПИД = 30° - 45°.
Величину вспомогательного угла в плане () рекомендуется принимать в пределах от 7° до 10°.

Величина радиуса при вершине резца () выбирается в зависимости от требований к шероховатости поверхности в пределах от 0,2 мм до 2,0 мм. Чем выше класс шероховато­сти, тем больше величина .

• В заключении выбора резца изобразите его эскиз с указанием конструктивных параметров и геометрических параметров.

4. Определите элементы режима резания.

• Определите глубину резания ():

Глубину резания при точении определяют по формуле:

Для наружного точения:

, мм

где D - диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

d - диаметр обработанной поверхности, мм.

Для растачивания:

, мм

где D - диаметр обработанной поверхности, мм;

d - диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

Рекомендуется окончательно назначать глубину резания максимально возможной с учетом технических требований и вида обработки:

• при черновом точении = 5 - 7мм;
• при получистовом точении = (0,5 - 5) мм;
• при чистовом точении < 0,5мм;

• Выберите величину подачи на оборот ().

При выборе подачи следует пользоваться справочником [2].

Выбранную по справочнику подачу нужно откорректировать по паспорту станка (прил. 1-5). Принимать следует величину, бли­жайшую к справочной.

• Рассчитайте скорость резания (V).

Расчёт скорости резания следует выполнять по справочнику [2], используя эмпирическую формулу:

Значения постоянной , периода стойкости Т, показателей степеней m, x, y и системы коэффициентов выбираем из справочника [2].

Рассчитав скорость резания, определите соответствующее число оборотов шпинделя станка (n) по формуле:

, где

V - рассчитанная скорость резания, м/мин;

D - диаметр обрабатываемой (или обработанной при растачи­вании) поверхности, мм.

Полученное число оборотов (n) соотнесите с паспортными данны­ми станка (прил. 1 - 5). Выберите ближайшее к рассчитанному - n_ст. Если n и n_ст не совпадают, необходимо рассчитать скорость реза­ния, соответствующую V_ст:

Изменение скорости резания по сравнению с рассчитанной требует корректировки принятого периода стойкости (Т). Рассчитайте действительный период Т_д, соответствующей V_ст:

5. Выполните проверку выбранного режима, резания.

• Рассчитайте составляющие силы резания (Р_х, Р_y, Р_z), пользуясь справочником [2], по формулам:

, Н,

• Проверьте величину выбранной подачи по прочности детали.

Условием сохранения прочности обрабатываемой детали является выполнение неравенства:

,где (1)

- сила, допускаемая прочностью детали, которая определяется по формуле:

, Н, где

C - коэффициент, учитывающий способ крепления детали в приспособлении;

W - момент сопротивления детали, мм³;

- предел прочности обрабатываемого материала, МПа;

l - длина детали, мм.

Коэффициент С может принимать следующие значения:

- при установке детали в патроне, С = 3;

• при установке детали в центрах, С = 48;
• при установке детали в патроне с поджатым задним центром, С =110.

Момент сопротивления детали W определяется по формуле для тел вращения:

, мм³

где D - диаметр детали, мм.;

Предел прочности обрабатываемого материала () приведен в числе исходных данных в таблице 4.

Внимание! Рассчитывая приведите в соответствие единицы измерения величин W и l, учитывая, что МПа = Н/м², а W и l выра­жены в мм³ и мм, и их нужно перевести в м³ и м.

Если неравенство (1) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

• Проверьте величину выбранной подачи по жесткости детали.

Условием сохранения жесткости и связанной с ней точности изготовления детали является соблюдение неравенства:

,где (2)

- сила, допускаемая жесткостью детали, которая определяется по формуле:

, Н, где

C - коэффициент, учитывающий способ крепления детали в приспособлении;

Е - модуль упругости, Н/мм³;

J - момент инерции, мм⁴;

l - длина детали, мм;

f - стрела прогиба, мм.

Стрела прогиба определяется по формуле: , мм.

Модуль упругости для стали Е = (2,0 - 2,2) 10⁵, Н/мм, а для чугуна Е = (0,8 - 1,6) 10⁵, Н/мм².

Момент инерции (J) для тел вращения определяется по формуле:

, мм⁴

Если неравенство (2) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

• Проверьте величину выбранной подачи по прочности резца.

Условием сохранения прочности резца служит соблюдение неравенства:

, (3)

где - момент от силы , изгибающий резец;

- момент, допустимый по прочности державки резца.

Момент от силы определяется по формуле: ,

где L - длина вылета резца, определяемая по формуле: ,

где Н - высота сечения державки, мм.

Момент, допустимый по прочности державки резца определяется по формуле: ,

где - допускаемое напряжение на изгиб материала державки резца, МПа. Для стали 45 = 200 МПа;

W - момент сопротивления прямоугольного сечения державки резца, определяемое по формуле: , мм³,

где В, Н - соответственно ширина и высота сечения державки, мм.

Внимание! Рассчитывая М_изг и М_доп приведите в соответствие едини­цы измерения величин, чтобы в результате выразить момент в (Н м).

Если неравенство (3) не выполняется, выбранную подачу следует уменьшить.

• Проверьте выбранную подачу по прочности механизма подачи токарного станка.

Условием сохранения прочности механизма подачи станка, служит выполнение следующего неравенства:

, (4)

где - сила, допускаемая прочностью зуба реечной шестерни механизма подачи станка, Н.

Величина берется по паспортным данным станка (прил. 1-5) и сравнить ее с величиной силы Р_х.

Если неравенство (4) не выполняется, величину подачи следует снизить.

• Проверьте величину скорости резания по мощности станка.
  Обработка детали на станке с определенной скоростью резания может выполняться, если эффективная мощность резания (N_е) не будет превышать расчетную мощность станка (N_р), т.е. будет выполняться неравенство:

(5)

Расчетная мощность станка определяется по формуле:

, кВт

где - мощность электродвигателя станка, кВт, выбирается по паспортным данным станка [прил. 1-5];

- К.П.Д. механизма главного движения станка. К.П.Д станка выбирается по паспортным данным [прил.1-5].

Эффективная мощность станка определяется по формуле:

, кВт,

где Р_z - тангенциальная составляющая силы резания, Н;

V_ст - скорость резания, откорректированная, м/мин.

Если неравенство (5) не выдерживается необходимо либо выбрать более мощный станок, либо уменьшить скорость резания. В последнем случае откорректированная скорость резания (V_корр) может быть определена из неравенства:

При снижении скорости резания (V_корр) следует рассчитать соответствующий ей период стойкости (Т_корр):

, мин.

6. Рассчитайте основное машинное время и ресурс режущего инструмента.

• Основное машинное время определяется по формуле:

, мин

где l - длина обработанной поверхности детали, мм;

n - число оборотов станка, соответствующее либо V_ст, либо V_корр (если скорость резания корректировалась в ходе проверки); об/мин;

- откорректированная подача, мм/об.,

• Ресурс резца (Р) определяется количеством заготовок, обработанных за период его стойкости, и рассчитывается по формуле:

, заг

где Т - период стойкости резца, мин. В расчете используется Т_д или Т_корр (если скорость резания и период стойкости корректирова­лись в ходе проверки);

- основное машинное время, мин.

7. Сформулируйте вывод о возможности обработки задан­ной детали на заданном станке в рассчитанном режиме резания и за­пишите окончательные значения t; S₀; V; Т; n;ф_o; Р.