OBSER
Nagniatanie
Nr projektu 5
Zajęcia wtorkowe 10-12
Kowalczyk Karol ID-II-51
1. Obróbka nagniataniem
Obróbka nagniataniem zewnętrznych powierzchni walcowych jest stosowana jako wykańczająca w technologii następujących części: wałków gładkich i stopniowych, czopów łożyskowych, drążków, śrub, zwrotnic, szpilek oraz długich osi, drągów, tłoczysk i innych.
Jest to metoda obróbki wykańczającej, polegająca na wykorzystywaniu miejscowego odkształcenia plastycznego, wytworzonego w warstwie wierzchniej na skutek współdziałania narzędzia z powierzchnią obrabianą. Narzędziem może być: rolka, kulka lub krążek.
Poniższy projekt dotyczy obróbki nagniataniem powierzchni walcowej szpilki, stosowanej jako obróbka wykańczająca. Celem tej obróbki jest polepszenie wykończenia powierzchniowego, zwiększenie własności wytrzymałościowych i eksploatacyjnych, poprawa kalibracji wymiarowej, zwiększenie gładkości powierzchni δ~0,9mm i czynniki ekonomiczne. Obróbkę nagniataniem wałków stosuje się w tym przypadku przy użyciu głowicy trzykrążkowej pneumatycznej.
2. Założenia:
Przedmiotem obrabianym jest szpilka.
Materiał –18H2N4WA ulepszona cieplnie 34-38 HRC
Produkcja (roczna) – masowa
3. Obróbka poprzedzająca nagniatanie:
sposób obróbki – toczenie według kopiału
chropowatość Ra [μm] – 5-2,5
4. Obróbka nagniataniem:
narzędzie nagniatające – głowica trzykrążkowa preumatyczna
Promień zaokrąglenia krążka R=10mm,
obrabiarka – TPC40
5. Parametry charakterystyczne tokarki TPC40:
-rozstaw kłów: 1000mm,-wznios kłów: 200mm,-przelot nad łożem: 400mm,-przelot w przednim wybraniu łoża: 450mm,-przelot nad suportem: 225mm,-szerokość łoża: 400mm,-gniazdo we wrzecionie: stożek Morsea Nr 6,-średnica otworu we wrzecionie: 45mm,-ilość prędkości wrzeciona: 18,-zakres obrotów wrzeciona: 28-1400obr/min,-ilość posuwóww całym zakresie obrotów wrzeciona: 42,-moc silnika głównego: 7,5kW,-masa tokarki: 2600kg.
6. Warunki nagniatania:
F= 2 [kN]
v = 1,15 [m/s]
p = 0,2 [mm/obr]
i = 1
ciecz chłodząca – olej CM lub nafta
chropowatość - Ra [μm] - 0,63-0,32
klasa dokładności IT – 12
zwiększenie gładkości powierzchni δ~0,9mm
7. Dobór narzędzia:
Zalecaną głowicą do obróbki szpilek jest głowica PN3- trzykrążkowa pneumatyczna (R=10mm), dostosowana do tokarki uniwersalnej TUE40.
[“Technologia obróbki nagniataniem” – Doc. Dr inż W. Przybylski]
Schemat przedstawiający głowicę pneumatyczną, trzykrążkową:
Głowica PN3 z dławikiem na przewodzie odprowadzającym powietrze z cylindrów i zaworem do ręcznego sterowania. Ma ona ma najkorzystniejszy układ krążkowania szpilek. Schemat nagniatania wałka przedstawia poniższy rysunek.
8. Schemat kinematyczny:
Krążkowanie stopniowych powierzchni walcowych wraz z promieniowymi przejściami, pneumatyczną głowicą trzykrążkową jest tanim i wydajnym procesem obróbkowym. Podczas tego rodzaju obróbki jest wymaganee jedynie zgrubne ustawienie głowicy w osi wrzeciona. Stosuje się krążki o odpowiednich promieniach zaokrąglenia oraz sprężone powietrze o ciśnieniu 0,4-0,7 MPa. Podczas obróbki w strefę nagniatania należy doprowadzić obfity strumień oleju CM.
Dobrany przeze mnie układ krążkowania wałków na tokarkach, jest (zgodnie z literaturą*) najkorzystniejszy z dostępnych.
*[“Technologia obróbki nagniataniem” – Doc. Dr inż W. Przybylski]
Konstrukcja PN3 jest przystosowana do zasilania sprężonym powietrzem z butli o ciśnieniu do 15Mpa. W tym przypadku trzeba zastosować dwustopniową redukcję ciśnienia:
Korzystając z sieci sprężonego powietrza w układzie zasilania powinien pracować zbiornik wyrównawczy jako stabilizator ciśnienia, ponieważ w warunkach produkcyjnych jest ono zmienne. Zmiany ciśnienia powodują niedopuszczalne, zwłaszcza w obróbce umacniającej, zmiany wartości siły nagniatania.
Glowicę ustala się kołkami stożkowymi i mocuje się po zdjęciu imaka na suporcie tokarki.
9. Dobór parametrów
Zaproponowane parametry należy zweryfikować z wartościami teoretycznymi w literaturze – przede wszystkim siłę docisku F. Po procesie oczekujemy zwiększenia gładkości powierzchni δ~0,9mm.
Zgodnie z ww. literaturą, dla podanych założeń odczytuję z TABLICY 8-8 (str. 265)
Wartość posuwu oraz liczbę przejść:
posuw: p=0,30
liczba przejść: i=1
Dzielę przedmiot obrabiany (PO) na 2 sekcje:
10. Prędkość obrotowa - n (dla każdej sekcji)
n1=(v*1000)/(3,14*d)=(0,3*1000)/(3,14*21)= 4,5 [obr/sek]= 272 [obr/min]
n2=(v*1000)/(3,14*d)=(0,3*1000)/(3,14*18)= 5,3 [obr/sek]= 318 [obr/min]
11. Czas maszynowy nagniatania
tm1=(1*55,8)/(60*0,3*4,5)=0,68 [s]
tm2=(1*313,5)/(60*0,3*5,3)= 3,3 [s]
Gdzie:
n- prędkość obrotowa przedmiotu [obr/s]
L- długość drogi narzędzia (lub przedmiotu) dla jednego przejścia obróbkowego [mm]
p- posuw nagniatania [mm/obr]
i-ilość przejść obróbkowych
12. Dopuszczalny posuw wzdłużny
Rz- wysokość nierówności powierzchni po nagniataniu
R- promień zaokrąglenia krążka
f=2,87*(10*0,0063)=0,72[mm/obr]
13. Siła docisku F nagniatania [wzór Кудря́вцевa]
F=0,01(50*[(d^2)]/6 [kN]
F1=0,01(50*[(21^2)]/6=1,235 [kN]
F2=0,01(50*[(18^2)]/6=1,04 [kN]
gdzie:
d – średnica obrabianej powierzchni szpilki [mm]
14. Podsumowanie i wnioski
Krążkowanie powierzchni walcowych pneumatyczną głowicą trzykrążkową jest tanim i wydajnym procesem obróbkowym.
Po skończonej obróbce część partii przekazać do laboratorium w celu kontroli. Przed kontrolą przedmiot należy umyć i konserwować.
Kontrolować zadane parametry procesu (prędkość, siłę, posuw, wymiary). Po skończonej obróbce obrabiarkę należy wyczyścić i zabezpieczać przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi.
7
m.szpaner