Проектирование участка по изготовлению диска силовой турбины

где – вспомогательное время на установку и снятие детали, закрепление и открепление детали; по [1, ч. 1 с. 78]

 – вспомогательное время, связанное с операцией; по [1, ч. 1 с. 79]

 – вспомогательное время на контрольные измерения; по [1, ч. 1 с. 80]

8. Проектирование режущего инструмента

Исходные данные:

1. Материал детали – жаропрочный никелевый сплав ЭП742-ИД;
2. Длина протягивания ;
3. Вид обработки – окончательная обработка «елочного» паза.
4. Шероховатость обработанной поверхности R_a = 2,5 мкм;
5. Станок – горизонтально-протяжной 7Б56У; максимальное тяговое усилие станка кН; максимальная длина хода станка – 1600 мм.

Методика  расчета и рекомендации принимаются по [5].

1) Выбор схемы  резания.

      При обработке «елочных» профилей протягиванием применяется генераторная, генераторно-ступенчатая и профильная схемы резания. С точки зрения получения оптимальных условий резания наибольший интерес представляет генераторная схема. В этом случае форма каждого зуба идентична форме предварительно подготовленной под протягивание поверхности, и только последние режущие зубья соответствуют форме окончательно обработанной поверхности. Подъем на зуб для этой схемы резания до 0,03…0,09 мм.

      Наличие стружкоразделительных канавок  на режущих зубьях протяжек облегчает ее хорошую сворачиваемость в виток и свободное размещение во впадине между зубьями.

      К недостаткам протяжек, работающих по одинарной схеме, следует отнести  сравнительно невысокую производительность и большую длину режущей части из-за малых значений , что приводит к большому расходу дорогостоящего инструментального материала, уменьшает жесткость протяжек. Кроме того, каждый последующий зуб работает по наклепанному слою, а наличие ребра жесткости в местах стружкоразделительных канавок затрудняет сворачивание стружки в виток.

2) Выбор материалов  для изготовления режущей части. 

      Материал  режущей части протяжки – сталь  Р12Ф2К5М3-МЛ. Конструктивно протяжка состоит из 9-ти секций, устанавливаемых в кассету.

3) Выбор подачи  на зуб. 

      Длина режущей части протяжки определяет производительность обработки. Она  зависит от выбранной схемы резания, а, следовательно, подачи на зуб, шага зубьев, профиля и размеров стружечной канавки.

      Выбор подачи на зуб имеет решающее значение для процесса протягивания. Чем толще стружка, снимаемая одним зубом, тем короче будет протяжка, меньше ее стоимость и выше производительность процесса протягивания. Однако при срезании чрезмерно толстых стружек растут силы резания, что может привести к разрыву протяжки, а объем стружечных канавок может оказаться недостаточным для размещения стружки, и, следовательно, будет низким качество обработанных поверхностей. Кроме того, величиной наибольшей подачи ограничивают срывы или сколы металла, а также задиры на обработанной поверхности.

      Величина  подачи на зуб для выбранной схемы  резания принимается постоянной для зубьев с 1 по 120. На зубьях с 121 по 126 - постоянно уменьшающейся. Последние зубья необходимы для обеспечения плавности падения нагрузки на протяжку, что способствует снижению шероховатости обработанных шлиц. Подача на последний переходный зуб принимается 0,015 мм.

4) Шаг и количество  одновременно работающих зубьев.

      Шаг t, т.е. расстояние между двумя смежными зубьями, является основным параметром протяжки. Чем меньше t, тем короче протяжка, ниже ее стоимость, плавней ход, выше производительность и качество протянутой поверхности. Однако при уменьшении шага и неизменной толщине среза возрастает нагрузка на станок и возникает опасность разрыва протяжки, наблюдается переполнение стружкой канавок между зубьями, уменьшается толщина самих зубьев. А, следовательно, и количество допускаемых переточек.

      Решающими факторами при выборе t для большинства  протяжек является количество одновременно работающих зубьев и степень заполнения стружечных канавок, с чем связаны глубина и ширина этих канавок, а, следовательно, и шаг зубьев.

      Шаг зубьев определяется как:

 (23)

где m – коэффициент, зависящий от величины подачи , от характера производства, условий размещения и выхода стружек из канавок и определяет количество переточек; для средне- и крупносерийного производства – m = 2,25…2,5;

 

Количество  одновременно работающих зубьев, рассчитывается по формуле 3.16:

Округленное значение

      Величина  шага не должна быть одинаковой, так  как на обработанной поверхности  появляются риски. Неравномерность шага колеблется в пределах от 0,3 мм (при t < 8 мм) до 1 мм (при t > 8 мм), причем достаточно сделать неравномерными шаги не всех зубьев, а только каждых трех. Обычно на чертежах протяжек шаг указывают одинаковой величины, так как ошибки, возникающие при изготовлении зубьев, обеспечивают достаточную неравномерность шага.

5) Профили зубьев  и форма стружечных канавок. 

      Зубья должны удовлетворять следующим  требованиям:

• обеспечить наибольший период стойкости, что во многом зависит от переднего g и заднего a углов;
• форма стружечной канавки не должна препятствовать образованию и свободному завиванию стружки в виток;
• объем канавки должен быть достаточным для размещения стружки;
• размеры зубьев должны обеспечивать достаточную прочность, виброустойчивость и возможно большее количество переточек, производимых в основном на передней поверхности зубьев.

      Форма стружечных канавок используемых при  обработке материалов с твердостью НВ 3.0…3.5 – двухрадиусные канавки, с небольшим прямолинейным участком по дну.

     Геометрические  параметры зубьев и стружечных канавок находятся по следующим соотношениям:

     Глубина канавки, мм:

       (24)

мм

Радиус  скругления передней поверхности зуба:

 (25)

мм

     Длина зуба:

       (26)

мм.

     Радиус  скругления задней поверхности зуба

 (27)

мм

      По  результатом расчета окончательно принятые геометрические параметры  канавок:

6) Шаг и объем стружечных канавок.

      Шаг и размеры стружечных канавок  во многом зависят от объема срезаемого слоя и возможности размещения стружки. Так как виток стружки занимает большее пространство, чем объем срезаемого слоя металла, то объем активной части канавки должен быть всегда больше объема слоя металла, который превращается в стружку .

      Отношение объема канавки к объему металла  срезаемого каждым зубом, называемое коэффициентом заполнения канавки k, должно быть больше единицы.

  (28)

где

7) Количество режущих зубьев и длина режущей части.

      Для протяжек, у которых подъем зубьев равномерный, число режущих зубьев определяется как:

     (29)

где – суммарный подъем режущих зубьев, равный разнице в высоте последнего калибрующего зуба и первого режущего. Суммарная величина подъема зуба равна глубине впадины «елочного» паза, 2.803 мм.

Полученное значение округляется до ближайшего целого числа, z_р = 126.

      Длина режущей части определяется как, расстояние от вершины первого режущего до вершины первого калибрующего зубьев. Длина режущей части (с 1 по 120 зубья):

  (30)

            Длина режущей части  протяжки:

мм

8) Передние и задние углы. 

      Для обеспечения процесса резания, зубья  протяжек снабжаются передними и  задними углами. Величина переднего угла g выбирается, как и для всех инструментов, в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала.

Для обработки  жаропрочных материалов g = 12º.

      Задний  угол a на режущих зубьях протяжек для обработки внутренних поверхностей имеет небольшую величину в пределах 2…5º, что позволяет обеспечивать размеры протянутых поверхностей после нескольких переточек протяжек. При большом значении a уменьшается число переточек.

Для режущих зубьев с 1 по 120 a = 5º, для зубьев со 121 по 126 a = 3º.

9) Калибрующая часть протяжки.

      Поперечные  размеры и форма калибрующих  зубьев повторяют конфигурацию последнего режущего (переходного) зуба, который соответствует размерам и форме окончательно обработанной поверхности.

      Количество  калибрующих зубьев .

      Шаг калибрующих зубьев равен шагу режущих зубьев t, допускается принимать

      Длина калибрующей части (со 121 по 126 зубья)

10) Число сегментов и общая длина протяжки.

      Для упрощения изготовления и обслуживания протяжки изготовляют сегментными. Длина сегмента является параметром конструктивным и не влияет на результаты протягивания. В зависимости от шага и размера зубьев один сегмент протяжки может включать от 10 до 25 зубьев.

      Общая длина протяжки состоит из длин режущей и калибрующей частей и расстояний между сегментами. Шаг между сегментами принимается равным 5…10 мм.

      Вследствие  того, что указанные параметры  являются чисто конструктивными  и не влияют на результат обработки, для упрощения проектирования принимаются по аналогии с параметрам протяжки, используемой в базовом техпроцессе.

      Число сегментов – 9 шт. 

     Длина сегмента, включающего 14 зубьев – 160 мм.

      Шаг между сегментами – 5 мм.

      Общая длина протяжки – 1440 мм.

9. Проектирование  приспособления для установки детали

    Расчет  зажимного усилия

      Вследствие  увеличения прочности обрабатываемого  материала происходит увеличение сил резания при обработке. При проектировании необходимо рассчитать усилие зажима детали в приспособлении с учетом возросших сил резания.

 Величина необходимого зажимного  усилия определяется путем решения  задачи статики, рассматривая равновесие заготовки под действием приложенных  к ней сил. Силовая схема представлена на рис. 5.

     а) Первоначально, рассматривается равновесие правой части приспособления, считая, что левая часть приспособления является жестко закрепленной.