Розрахунок режимів різання

Глибину різання t, мм, визначають по формулі

де z- припуск на механічну обробку, рівний 3,0 мм (див. табл.З);

D - діаметр оброблюваної поверхні, рівний 262 мм (див. табл. 3);

d - діаметр обробленої поверхні, рівний 256 мм (див. табл. 3).

2. Призначають подачу s. Величина подачі робить вплив на шорсткість обробленої поверхні, із зменшенням величини подачі значення шорсткості обробленої поверхні зменшується. Оскільки умовою завдання визначена чорнова обробка, то вибирають максимально допустиму величину подачі. Для даного завдання s = 1,5 мм/об.

де Сv- коефіцієнт, що враховує фізико - механічні властивості оброблюваного матеріалу, рівний для чавуну 240,0 (див.табл. К.2); XV, УV - показники ступенів, що враховують умови і рівні відповідно 0,15 та 0,30(див.табл. К.2); Т - стійкість ріжучого інструменту, рівна для інструменту з пластиною з твердого сплаву 60 мін при ВхН=16х25 (див. табл. К.З); m - показник відносної стійкості, рівний для інструменту з пластиною з твердого сплаву m= 0,125.(див.табл. К.4) Звертаємо увагу, на те що при визначенні показника стійкості ріжучого інструменту Т вибираємо матеріал ріжучої частини різця. Для виготовлення ріжучого інструменту застосовують різні інструментальні матеріали: швидкорізальні сталі тверді сплави і мінералокераміку. Швидкорізальні сталі використовують при обробці сталей, чавунів і сплавів кольорових металів. Вольфрамомолібденові швидкорізальні сталі (Р9М4, Р6МЗ) використовують для інструментів, що працюють в умовах чорнової обробки. Тверді сплави групи ВК використовують для обробки чавунів й кольорових металів. Сплав ВК6 використовують для чорнової обробки, а сплави ВК2 і ВК3 -для чистової обробки. Тверді сплави групи ТК застосовують переважно при обробці сталевих заготівок (Т15К6).

3. Визначають швидкість різання V. Швидкість різання V, м/хв, розраховують по формулі

4 Визначають частоту n, об/мин, обертання шпинделя, відповідну отриманій швидкості різання

5 По відомих величинах глибини різання, подачі і швидкості різання визначають ефективну потужність різання і потужність електродвигуна верстата. Для цього розраховують тангенціальну Рz і осьову Рх складові сил різання. Значення тангенціальної складової Рz, Н, визначають по формулі

Pz = 10 · Cp · t_Xp · s_yp = 10 · 107,0 · 3,01,0 · 1,5 ^0,73 = 4301,4

де Ср - коефіцієнт, що враховує властивості оброблюваного матеріалу і рівний для чавуну 107,0 (див. табл. К.5, К.6, К.7); хр, ур - показники ступенів, умови обробки, що враховують, і рівні відповідно 0,10 і 0,73 (див. табл. К.7);

Між тангенціальними і осьовими тими, що становлять Рх, Н, існує співвідношення:

Рх = 0,4 · Рz = 0,4 · 4301,4 = 1720,6.

Ефективну потужність Nв, кВт, затрачувану на процес різання при подовжньому точінні, визначають, використовуючи формулу

6. Визначають потужність електродвигуна верстата N'зд, кВт, використовуючи значення ефективної потужності різання Nе:

де η - коефіцієнт корисної дії механізмів верстата, рівний 0,75-0,80.

7. Визначаємо основний (машинний) технологічний час Т₀.Основним технологічним часом називають час, затрачуваний в процесі обробки деталі безпосередньо на зміну форми й розмірів заготівки. Для визначення основного технологічного часу Т₀ обчислюють розрахункову довжину обробленої поверхні L, мм, по формулі

де L -довжина обробленої поверхні, рівна для завдання що розглядається 112,0 мм;

l₁ - довжина урізування різця, мм. Довжину урізування визначають із співвідношення

l₁ = t· ctg φ = 3,0· ctg 45° = 3,0 мм;

l₂ - довжина перебігу, що приймається рівною 1... 3,0мм.

Основний (машинний) технологічний час Т₀, хв, визначають, використовуючи вираз

де і - число проходів різця, рівне 1.

Ескіз ріжучого інструменту, вживаного при обробці поверхні 3.

Ескізи ріжучого інструменту приведені в [11]. Для обробки поверхні 3 застосовують різець підрізний правий, який показаний на рисунку 21

Рисунок 21 – Різець підрізний правий

Приклад 4 На ескізах (додаток В згідно номера варіанту) приведені дані про конструктивні елементи з'єднання і шва зварної конструкції, ручної дугової зварки покритими електродами, що виготовляється методом. Розробіть технологічний процес зварки даного з'єднання. При виконанні завдання визначите:

а) тип і марку електродів;

б) розрахунковий тип шва і спосіб його виконання;

в) параметри режимів зварки;

г) тип джерела зварювального струму;

д) техніко-економічні показники розробленого технологічного процесу.

Рисунок 22 - Конструктивні елементи з'єднання

Рисунок 23 - Конструктивні елементи зварного шва

Початкові дані. У даному розділі приведіть дані згідно заданому варіанту, не вказані на малюнках 14 і 15 (див. додаток В):

- товщину зварюваних заготовок S. = 12,0 мм;

- ширину валу зварного шва е = 20,0 мм

- опуклість валу зварного шва g = 2,0 мм;

- довжину зварного шва L = 0,5 м;

- матеріал зварюваних заготовок - сталь 25;

- положення шва в просторі - стельове (П).

Ручна дугова зварка проводиться у всіх просторових положеннях зварного шва, але найбільш оптимальним є нижнє. Це положення по можливості забезпечують відповідною орієнтацією в просторі зварюваного виробу при розробці технології. У даному прикладі положення зварного шва в просторі задане в учбових цілях.

2.2 Механічні властивості зварюваного металу.

Механічні властивості зварюваного матеріалу визначите по стандартах: ГОСТ 380-88; ГОСТ1050-88-ГОСТ 5520-79; ГОСТ 5521-86; (див. додаток Ж, табл. Ж.1). Матеріалом даного виробу є сталь 25, яка має наступні механічні властивості:

тимчасовий опір розриву σ_В = 460 Мпа;

межа текучості σ_т =300 Мпа;

відносне подовження δs = 21 %.

2.3 Вибір типу і марки електродів.

Тип і марку електродів вибирають з урахуванням забезпечення рівної міцності з'єднання основному металу, т.е механічні властивості наплавленого металу повинні бути не гірше за однойменні властивості металу зварюваного виробу. При виборі типу і марки електроду слід врахувати зварювальний-технологічні властивості їх покриттів.

Кислі покриття дозволяють вести зварку у всіх просторових положеннях на змінному і постійному струмі. Можлива зварка металу з іржавими кромками і окалиною. Їх застосовують для зварки низько вуглецевих та низьколегованих сталей. Наплавлений метал по складу відповідає киплячій сталі. Кислі покриття токсичні, тому їх застосування скорочується.

Покриття рутилові володіють високими зварювально-технологічними властивостями. Їх застосовують для зварки відповідальних конструкцій з низько вуглецевих та низьколегованих сталей. Наплавлений метал по складу відповідає напівспокійній сталі.

Основні покриття мають обмежені зварювальний-технологічні властивості. Зварювання з їх використанням виконують, як правило, на постійному струмі зворотної полярності, метал шва схильний до утворення пір.

Тому перед зваркою необхідне видалення іржі із зварюваних кромок і високотемпературне прокалювання електродів. Наплавлений метал по складу відповідає спокійній сталі. Електроди з основним покриттям застосовуються для зварки відповідальних конструкцій із сталей всіх класів.

Целюлозні покриття особливо придатні при монтажі зварних конструкцій в будь-яких просторових положеннях на змінному і постійному струмі. Їх застосовують для зварки низько вуглецевих та низьколегованих сталей. Наплавлений метал по складу відповідає напівспокійній або спокійній сталі.

Тип і марку електроду, тип покриття визначите по додатку Ж (див. табл. Ж.2 і Ж.З), використовуючи раніше Зупинені однойменні показники механічних властивостей.

Для даного прикладу, одним з варіантів рішення цієї задачі можуть бути електроди з покриттям рутиловим типу Э46, марки АНО-4, які мають наступні показники механічних властивостей наплавленого металу і зварювальний-технологічних характеристик:

- тимчасовий опір розриву σ_В = 460 Мпа;

- межа текучості σ_m = 320 Мпа

- відносне подовження δs = 25 %,

- коефіцієнт наплавлення а_Н = 7,2 г /А ч;

- рід струму - постійний або змінний;

- напруга дуги Ud = 22-25 В;

- коефіцієнт витрати електродів Кр = 1,8.

2.4 Визначення розрахункового типу шва і способу його виконання.

Для даного зварного шва (мал. П2):

– розрахунковий тип шва - стиковою;

– спосіб виконання - односторонній

– кількість проходів - 2.

2.5 Визначення параметрів режиму зварки.

У даному розділі визначають розрахункові тип зварного шва, який для всіх типів зварних з'єднань, що виконуються ручною дуговою зваркою, може бути стиковим або кутовим.

При призначенні способу виконання з'ясовують, яким буде зварний шов: одностороннім або двостороннім. Далі встановлюють кількість проходів, необхідних для провару зварюваних заготовок по всьому перетину. При визначенні кількості проходів необхідно врахувати, що гранична товщина металу, при якій можлива зварка односторонніх розрахункових, стикових швів за один прохід складає 6,0 мм, двосторонніх, - 8,0 мм. Граничний катет розрахункового кутового шва, який зварюють за один прохід, не повинен перевищувати 8,0 мм.

Розрахунковий тип зварного шва і спосіб його виконання визначають по взаємному розташуванню зварюваних елементів і зварного шва, параметрам конструктивних елементів з'єднання і шва (див. мал. 22 і 23). Для даного зварного шва (див. рис. 23):

До основних параметрів режиму ручної дугової зварки відносять діаметр електроду і силу зварювального струму.

Діаметр електроду d₃, мм, визначають по формулі

де S - товщина зварюваного металу, мм.

При зварці багатопрохідних швів за товщину зварюваного металу для розрахункових стикових швів приймають граничну товщину металу, що зварюється за один прохід, для розрахункових кутових швів - граничний катет, що зварюється за один прохід. При зварці першого проходу стикових і кутових швів діаметр електроду вибирають не більше 4 мм, щоб забезпечити його доступ в глибину оброблення кромок. Щоб обмежити витікання металу із зварювальної ванни при зварці вертикальних стикових і кутових швів діаметр електроду призначають не більше 5 мм, стельових, - не більше 4 мм. При визначенні діаметру слід врахувати, що промисловість проводить електроди діаметром.1,6-12,0 мм з інтервалом значень 0,5 мм, проте переважне застосування електродів діаметром 3, 4 і 5 мм.

Приймаємо діаметр електроду d₃ = 5 мм

Розрахункове значення сили зварювального струму I_св, А, визначуваний по формулі

l_ce = (20 + k• d_Э ) · d_Э = (20 + 3,3 · 5,0) · 5,0 = 182,5 А,

де d_э - діаметр електроду, мм;

k - коефіцієнт, залежний від типу покриття і положення шва в просторі. Значення коефіцієнта до визначите, використовуючи додаток Ж (див. табл. Ж.4). Для даного прикладу при стельовому розташуванні зварного шва і покритті рутилу електроду коефіцієнт k = 5,0.

Одним з допоміжних параметрів режиму ручної дугової зварки є швидкість зварки. Швидкість в процесі зварки контролюється побічно і вибирається те оптимальним умовам формування шва. Для наближеної оцінки швидкості зварки за сумарну кількість проходів заздалегідь визначають загальну площу поперечного перетину наплавленого металу.

На малюнку 23 приведена схема визначення площі поперечного перетину наплавленого металу для даного прикладу.

Площа поперечного перетину наплавленого металу FHO, см, розраховуємо як суму площ елементарних геометричних фігур:

Рисунок 23 - Схема визначення площі поперечного перетину наплавленого металу

F_H0 = F_H1 +F_H2 + F_H3 =0.75*e*g+0.5*+b*S =0.75*20*2+0,5*(18-1)² +2*18= 210,5мм2 = 2,1 см²

де F_H1, F_H2, Fнз - площі елементарних фігур, см².

Швидкість зварки Vcв, м/ч, за сумарну кількість проходів визначуваний по формулі

де α_Н- коефіцієнт наплавлення, г/А ч;

g · щільність металу (для сталі g =7,8 г/см3).

2.6 Вибір джерела живлення. Джерело живлення зварювальної дуги вибираємо по раніше певних характеристиках, які відображають умови зварки:

рід струму;

розрахункове значення сили зварювального струму;

напруга дуги.

Вибране джерело живлення повинне забезпечувати необхідний рід струму, а номінальні значення напруги і струму повинні бути не нижче за розрахункові значення сили зварювального струму і напруги дуги. Характеристики джерел живлення приведені в додатку Ж (табл. Ж.5). приймаємо як джерело живлення випрямляч ВСУ-300, який має наступні характеристики:

- номінальний струм Iн = 240 А;
номінальна напруга U_H = 30В;
потужність холостого ходу Рхх = 0,4кВт;

- коефіцієнт корисної дії η = 0,68.

2.7 Техніко-економічні показники зварки

До основних техніко-економічних показників зварки відносяться витрата електродів, основний час зварки і загальна витрата електроенергії на довжину шва.

Початковими даними для розрахунку витрати електродів є загальна площа поперечного перетину наплавленого металу F_HO довжина шва L_Ш і коефіцієнт витрати електродів kp даної марки.

Витрата електродів Ме, кг, при зварці визначуваний по формулі

M₃=

де k_p - коефіцієнт витрати електродів;

l_м - довжина шва, див.

Сп- коефіцієнт, що враховує положення шва в просторі.

При зварці в нижньому положенні С_п=1,0

Основний час зварки Т₀, ч

Загальна витрата електроенергії W3, кВт-ч, на отримання зварного шва заданої довжини визначають по формулі

=

де W_c - витрата електроенергії під час зварки, Квт-ч;

W_x - витрата електроенергії під час неодруженої роботи джерела живлення, кВт -ч;

U_d - напруга дуги, В;

η - коефіцієнт корисної дії джерела живлення;

р_хх - потужність холостого ходу джерела живлення;

k_x - коефіцієнт неодруженої роботи джерела живлення.