可轉(zhuǎn)位車刀設(shè)計(jì) 35# (6~10題)
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一、 原始條件及設(shè)計(jì)要求
已知工件為35#鋼。
工件材料
σ/GPa
HB
D±0.1/mm
L/mm
A
35鋼
0.52
143-178
70
250
3.2
技術(shù)要求:
(1)表面無接痕;
(2)表面硬化程度不超過20%;
(3)表面無殘余應(yīng)力和微裂紋。
任務(wù)參考:
(1)選擇(設(shè)計(jì))刀具
(2)確定切削用量
(3)強(qiáng)度校核
二、 刀具結(jié)構(gòu)型式的確定
機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是將可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械的方法夾持在刀桿上形成的車刀,一般由刀片、刀墊、夾緊元件和刀體組成。
根據(jù)夾緊結(jié)構(gòu)的不同可分為以下幾種形式。
·偏心式
偏心式夾緊結(jié)構(gòu)利用螺釘上端的一個(gè)偏心心軸將刀片夾緊在刀桿上,該結(jié)構(gòu)依靠偏心夾緊,螺釘自鎖,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,但不能雙邊定位。當(dāng)偏心量過小時(shí),要求刀片制造的精度高,若偏心量過大時(shí),在切削力沖擊作用下刀片易松動(dòng),因此偏心式夾緊結(jié)構(gòu)適于連續(xù)平穩(wěn)切削的場(chǎng)合。
·杠桿式
杠桿式夾緊結(jié)構(gòu)應(yīng)用杠桿原理對(duì)刀片進(jìn)行夾緊。當(dāng)旋動(dòng)螺釘時(shí),通過杠桿產(chǎn)生夾緊力,從而將刀片定位在刀槽側(cè)面上,旋出螺釘時(shí),刀片松開,半圓筒形彈簧片可保持刀墊位置不動(dòng)。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是定位精度高、夾固牢靠、受力合理、適用方便,但工藝性較差。
·楔塊式
刀片內(nèi)孔定位在刀片槽的銷軸上,帶有斜面的壓塊由壓緊螺釘下壓時(shí),楔塊一面靠緊刀桿上的凸臺(tái),另一面將刀片推往刀片中間孔的圓柱銷上壓緊刀片。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是操作簡單方便,但定位精度較低,且夾緊力與切削力相反。
不論采用何種夾緊方式,刀片在夾緊時(shí)必須滿足以下條件:①刀片裝夾定位要符合切削力的定位夾緊原理,即切削力的合力必須作用在刀片支承面周界內(nèi)。②刀片周邊尺寸定位需滿足三點(diǎn)定位原理。③切削力與裝夾力的合力在定位基面(刀片與刀體)上所產(chǎn)生的摩擦力必須大于切削振動(dòng)等引起的使刀片脫離定位基面的交變力。
選擇刀片加固結(jié)構(gòu),考慮到加工在普通機(jī)床上進(jìn)行,且屬于連續(xù)加工,采用偏心式刀片加工結(jié)構(gòu)。
工件的直徑D為 142mm,工件長度L=100mm.因此可以在普通機(jī)床CA6140上加工.
表面粗糙度要求1.6μm,為精加工,但由于可轉(zhuǎn)為車刀刃傾角通常取負(fù)值,切屑流向已加工表面從而劃傷工件,因此只能達(dá)到半精加工.
參照《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程補(bǔ)充資料》表2.1典型刀片結(jié)構(gòu)簡圖和特點(diǎn),采用偏心式刀片加固結(jié)構(gòu)較為合適。
三、 刀具材料的確定
選擇刀片材料,
35#鋼:屬于合金結(jié)構(gòu)鋼,塑性韌性良好,中碳鋼,調(diào)質(zhì)后切削加工型好。
成分:碳0.37~0.45%,硅0.17~0.37%,錳0.5~0.8,鉻0.8~1.1%
調(diào)質(zhì)處理:850℃淬火加熱油淬,520℃回火后,抗拉強(qiáng)度為980Mpa,屈服強(qiáng)度為800Mpa,斷面收縮率45%,伸長率18%,沖擊韌性為588.3KJ/㎡,熱導(dǎo)率33.6w/(m.k).
由表4-3查出35#鋼各項(xiàng)性能的加工性等級(jí)為:4-5-2-3-6,所以35#鋼是較難切削的金屬材料。
加工工件材料為35#鋼,正火處理,連續(xù)切屑,且加工工序?yàn)榇周?半精車了兩道工序.由于加工材料為鋼材料,因此刀片材料可以采用YG系列,YG8宜粗加工,YG3宜精加工,本題第三步要求達(dá)到半精加工,因此材料選擇YG3硬質(zhì)合金。
四、 刀具幾何參數(shù)的合理選擇及其計(jì)算
刀具角度:
根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》刀具合理幾何參數(shù)的選擇,并考慮可轉(zhuǎn)位車刀幾何角度的形成特點(diǎn),四個(gè)角度做如下選擇:
①前角:根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》表3.16,工件材料為中碳鋼(正火),半精車,因此前角可選=10°,
② 后角:根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》表3.17,工件材料為鑄造材料,精車,因此后角可選=7°
③ 主偏角:根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》表3.16,主偏角=75°
④ 刃傾角:為獲得大于0的后角及大于0的副刃后角,刃傾角=-5
后角的實(shí)際數(shù)值及副刃后角和副偏角在計(jì)算刀槽角度時(shí)經(jīng)校驗(yàn)確定.
刀具幾何參數(shù):
選取如下五個(gè)主要角度。
粗加工
前角γo=13o 硬質(zhì)合金刀具的抗彎強(qiáng)度較低,故前角選擇小,為了增大刀的強(qiáng)度使刀更加鋒利,減小切屑變形和摩擦。
后角αo=8o 后角主要影響刀具后面與切削表面間摩擦,為了提高刀具的強(qiáng)度。大的后角可以減小摩擦,提高已加工表面質(zhì)量,延長刀的壽命
主副偏角Kr=75o Kr’=15o 增大主偏角,使背向力Fp減小,讓切屑平穩(wěn),切屑厚度增加,切屑性能變好。
刃傾角λs=-3o 選用負(fù)的刃傾角可以增大刀頭強(qiáng)度,提高切削刃的抗沖擊能力。
精加工
前角γo=15o 精加工切削量小,大的前角可以使刀更加鋒利,減少摩擦降低切屑力與熱
后角αo=10o 為了提高刀具的強(qiáng)度。大的后角可以減小摩擦,提高已加工表面質(zhì)量,延長刀的壽命
主副偏角Kr=75o Kr’=15o 減小表面粗糙度
刃傾角λs=3o 防止切屑劃傷已加工表面。
綜上得
角
γo
αo
αo’
Kr
Kr’
λs
粗加工
13°
8°
8°
75°
15°
-3°
精加工
16°
10°
10
75°
15°
3°
5、 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算和驗(yàn)算
可轉(zhuǎn)為車刀幾何角度,刀片幾何角度,刀槽幾何角度之間的關(guān)系:
刀槽角度的計(jì)算:
刀桿主偏角
==75
② 刀槽刃傾角
==-5
③ 刀槽前角
將=20, =25, =-5代入下式
tan ==-0.089
則=-5.089,取=-5
④ 驗(yàn)算車刀后角a.
車刀后角a的驗(yàn)算公式為:
tan a=
當(dāng)=0時(shí),則上式成為:
tan a=-
將=-5, =-5代入上式得a=5.05
前面所選后角a=6,與驗(yàn)算值有差距,故車刀后角a應(yīng)選a=5才能與驗(yàn)算角度接近
而刀桿后角a≈a=5
⑤ 刀槽副偏角
k=k=180-=
k=,=
因此k=180--
車刀刀尖角的計(jì)算公式為
cos=[cos]cos
當(dāng)=90時(shí),上式變?yōu)閏os= - cos
將=-5, =-5代入上式得=90.4
故k≈k=180-75-90.4=14.6
取k=14.6
⑥ 驗(yàn)算車刀副后角a
車刀副后角的驗(yàn)算公式為:
tan a=
當(dāng)a=0時(shí), tan a= -
而tan=sin+tan sin
tan=sin+tan sin
將=-5, ==-5,==90.4代入上式
tan=tan(-5)sin90.4+tan (-5)sin90.4 => =-4.97
tan=sin90.4+tan (-5)sin90.4 => =-4.97
再將=-4.97 =-4.97代入得
tan a= - => a=4.93可以滿足切削要求
刀槽副后角a≈a,故a=4.93,取a=5
綜上述計(jì)算結(jié)果,可以歸納出:
車刀的幾何角度: =20, =6, =75, k=14.6,=-5, a=4.93
刀槽的幾何角度: =-5 , a=5, k=75 , k=14.6, =-5, a=5
六、 刀具強(qiáng)度、剛度校核
可轉(zhuǎn)位車刀變形量
δ1=±Fm×L/EA=±644.688×320/20.6×104×π×252=±0.00505mm
接觸變形量
δ2=0.0013×
=0.0013×2
=0.0070mm
在這里Fyj=Fm/3=3352.6/3=1118N
Z=πdm/Dw=3.14×50/3.969=39.56
Z∑=39.56×3.5×1=138.48
總變形量
δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm
查表知E級(jí)精度允許的誤差為0.015mm,故強(qiáng)度合格
已知FP=38N跨度150mm許用應(yīng)力800Mpa
許可用撓度【W(wǎng)】=0.02
E=210GPa I=2370cm4
W==0.16699<0.2
所以剛度滿足。
七、 確定刀具工作圖的技術(shù)條件
偏心式75硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位外圓車刀如下圖
八、 設(shè)計(jì)體會(huì)
課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束,回顧整個(gè)過程,我覺得受益匪淺。
課程設(shè)計(jì)是應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論,專業(yè)知識(shí)與技能去分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的一次綜合訓(xùn)練。通過這次課程設(shè)計(jì)鞏固、擴(kuò)大和強(qiáng)化了自己所學(xué)到的理論知識(shí)與技能,提高自己設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖、編寫技術(shù)文件的能力,學(xué)會(huì)正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等工具書,并在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實(shí)際,嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和獨(dú)立工作能力,為畢業(yè)后從事技術(shù)工作打下了良好的基礎(chǔ)。
我是在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、并充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件保證工人具有良好而安全的勞動(dòng)條件的前提下,進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的。
由于自己能力所限,設(shè)計(jì)中還有許多不足之處,懇請(qǐng)各位老師、同學(xué)們批評(píng)指正。一次又一次的學(xué)習(xí),我們慢慢地在體會(huì),研究和感悟,終于開始領(lǐng)會(huì)到將近成功的那一份喜悅,從開始撰寫,查找資料,程序設(shè)計(jì)上,我們學(xué)會(huì)了細(xì)心和耐心,也品嘗到了酸、甜、苦、辣,無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我們的研究成果。興趣是自發(fā)形成的,而默契是慢慢培養(yǎng)出來的。當(dāng)前的社會(huì),科技迅速發(fā)展,知識(shí)更新速度大大加快,只有我們共同去探索,用自己的雙手去征服每一片天空,用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領(lǐng)域。
本次課程設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了很多困難,但是在老師和同學(xué)的幫助下,都順利的渡過了。感謝我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師,他對(duì)我進(jìn)行了細(xì)心的指導(dǎo)和幫助,他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成,都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo),無論何時(shí)何地都會(huì)為我解答疑問。在多次修改過后,才完成了畢業(yè)論文。
感謝本文所涉及到的各位學(xué)者,本文參考了他們的研究文獻(xiàn)。本文通過各學(xué)者的研究成果的啟發(fā)得以完成。
最后,向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位專家表示衷心的感謝!祝愿所有老師工作順利,身體健康。
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