Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

h_p = R·sinα ₆ = 20·sin12° = 4,158 мм.

 

Расстояние от оси резца до плоскости передней поверхности

 

H_p = R·sin(γ ₆ + α ₆ ) = 20·sin32° = 10,598 мм.

 

Определение длины резца

 

Расчет производим по схеме, изображенной на рис. 1.1.4, где указанные в скобках размеры относятся к числовому примеру.

 

Выбор глубины заточки

 

По максимальной глубине профиля детали t_max по табл.1.1.2 выбира­ем глубину выточки по передней поверхности резца К = 3 мм.

 

Коррекционный расчет профиля резца

 

Коррекционный расчет профиля резца производим во схеме, изображенной на рис. 1.1.5: а) – общая схема расчета; б) – расчет размеров R_i; в) – расчет радиусов резца А _i .

 

Рис.1.1.4.

 

 

II. ПРОТЯЖКИ

Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием. Высокая производительность процесса протягивания объясняется тем, что одновременно находится в работе несколько зубьев инструмента с большой суммарной длиной режущих кромок. Исключение составляет протягивание деталей тел вращения, где это условие в большинстве случаев не соблюдается.

Протяжки позволяют получать поверхности высокой точности
(7...8-й квалитет) и низкой шероховатости (Ra 0,63...25 мкм). При
обработке отверстий протягивание с успехом заменяет зенкерование
и развертывание, а также чистовое растачивание.

При обработке наружных поверхностей по производительности;
точности и качеству обработанной поверхности протягивание во
многих случаях значительно эффективнее строгания, фрезерования,
а иногда и шлифования.

При правильной эксплуатации протяжки имеют высокую стойкость и долговечность. Однако протяжки – это сложный и дорогостоящий многолезвийный инструмент. Он узко специализирован для обработки одной или группы деталей с определенным контуром обрабатываемой поверхности, поэтому его применяют главным образом в массовом и крупносерийном производстве. В мелкосерийном производстве протяжки используют лишь тогда, когда другим способом нельзя получить необходимую точность поверхности детали, например, многошпоночных и многошлицевых отверстий. Другой случай рентабельного применения протяжек в мелкосерийном производстве, когда формы обрабатываемых поверхностей и их размеры нормализованы.

Для некоторых видов поверхностей, таких как эвольвентные,
шлицевые, винтовые отверстия, протягивание является единственным методом их формообразования. Протягивание инструментами из быстрорежущей стали производится при сравнительно низких скоростях резания 3...8 м/мин, получаемых в результате поступательного или вращательного движения протяжки. Исключением является обработка деталей тел вращения, когда окружная скорость вращения деталей 25..35 м/мин.

При протягивании движения подачи, как такового нет, так как
у протяжки каждый последующий зуб имеет превышение по высоте
и ширине относительно предыдущего. Это превышение называется
подъемом зуба протяжки, которое определяет толщину срезаемого
слоя. Ширина срезаемого слоя будет равна длине режущей кромки.

Протяжки подразделяются на внутренние и наружные. Внутренние протяжки служат для обработки отверстий как простых цилиндрических, так и сложного профиля (шлицевых, эвольвентных, многогранных). Наружные протяжки применяют для обработки плоскостей и фасонных поверхностей на призматических деталях, а также цилиндрических и фасонных поверхностей на деталях тел вращения.

По конструкции протяжки бывают цельные и сборные. По схемам резания они различаются на одинарные (обычные) и групповые
(протяжки переменного резания). Протяжки чаще всего делают
комбинированными, выполняющими черновую и чистовую окончательную обработку. Однако в некоторых случаях протяжки изготовляют только с режущими или только с калибрующими или выглаживающими зубьями. Первые удаляют основной припуск под протягивание. Вторые имеют несколько чистовых и калибрующих зубьев, которые окончательно обрабатывают отверстие.

Выглаживающие или уплотняющие протяжки пластически уплотняют поверхностный слой металла при получении низких пара-
метров шероховатости обработанной поверхности. Обычно их применяют для изготовления только круглых отверстий.

В работе протяжки испытывают растягивающие усилия. Если
инструмент этого класса работает на сжатие, то он называется прошивкой. Для обеспечения продольной устойчивости длина прошивки
не должна превышать 15 D. Прошивки по сравнению с протяжками
применяют редко.

Из всех разновидностей чаще всего применяют протяжки для
обработки круглых отверстий, поэтому ниже будут рассмотрены
основы проектирования именно этих протяжек. Основные положения проектирования круглых протяжек справедливы и для других
видов протяжных инструментов. Далее приведены особенности их
расчета и конструирования.

Протяжки для обработки круглых отверстий. Основными размерами цилиндрических отверстий, обрабатываемых протяжками, являются диаметр d = 5...80 мм, длина L = (3...5)·d. Основные части протяжки показаны на рис. 2.1.

Хвостовик служит для закрепления протяжки в патроне станка.
Хвостовик делается под патрон с клиновым креплением и под
быстродействующий патрон с автоматическим креплением. В хвостовике первой разновидности делается продолговатое отверстие,
в которое через патрон вставляют клин, удерживающий протяжку
в работе. Такое крепление неэффективно, поэтому его редко применяют на практике. Достоинством хвостовика с круговой выточкой
являются быстрота закрепления и раскрепления протяжки, простота
изготовления, достаточно высокая прочность.

Диаметр хвостовика d₁= d₀–(0,5...1), мм, где d₀ – диаметр
предварительно подготовленного отверстия. Длина хвостовика l₁ = (2...5)· d₁, здесь меньший коэффициент принимается для больших протяжек. Диаметр выточки d' = (0,7...0,8)· d₁ Указанные размеры хвостовика должны быть согласованы с нормализованными значениями диаметров в соответствии с имеющимся на станке патроном. Допуск на диаметр хвостовика обычно принимают по посадке f9.

Рис. 2.1. Части цилиндрической протяжки:

1 – хвостовик; 2 – шейка; 3 – переходный конус; 4 – передняя направляющая часть; 5 – режущая часть; 6 – калибрующая часть; 7 – концевое направление;   8 – опорная цапфа (для длинных и тяжелых протяжек); 9 – центровое отверстие, которое является базой для изготовления и переточки протяжек

 

Для крепления шпоночных и подобных им протяжек применяют
призматические хвостовики, которые также выполняют под клиновое крепление и под кулачковые быстродействующие патроны (рис. 2.2).

При протягивании одного шпоночного паза или при одностороннем протягивании других поверхностей возникает  внецентровое приложение нагрузки. Протяжка будет работать не только на растяжение, но и на изгиб. Для уменьшения изгибающего момента у призматических хвостовиков, показанных на рис. 2.2, б, в, паз необходимо располагать со стороны режущих зубьев протяжки. Хвостовик, показанный на рис. 2.2, а, сложнее в изготовлении, но имеет большую жесткость, и для случая протягивания двустороннего паза протяжка испытывает относительно меньшие напряжения, так как работает только на растяжение.

Шейка является вспомогательным элементом, связывающим хвостовик с направляющей и рабочей частями протяжки. Длина ее зависит от толщины стола и опорного кольца протяжного станка. Диаметр шейки d₂ равен или на 0,5...1 мм меньше диаметра хвостовика. Обычно на ней маркируют протяжку.

Переходный конус облегчает направление детали или протяжки
в момент входа направляющей части в отверстие. Его шлифуют, длина l₃= 10...25 мм с учетом диаметра протяжки.

Направляющая часть служит для центрирования обрабатываемого отверстия относительно оси протяжки, а также исключает перекос детали на протяжке.

 

 

Рис. 2.2. Призматические хвостовики

 

 

Рис. 2.3. Одинарная (а) переменная (б) схемы резания

 

Форма направляющей части должна соответствовать форме предварительно подготовленного отверстия. Диаметр направляющей части равен наименьшему диаметру подготовленного отверстия, т. е. d₄ = d_{0 min}. Допуск на погрешность изготовления принимается по посадке f7. Длину направляющей части делают равной от 0,75 до 1 длины обрабатываемого отверстия.

Режущая часть протяжки является основной, которая срезает
необходимый металл в заготовке. Она состоит из черновых, получистовых и чистовых зубьев. Режущая часть протяжки определяется
схемой протягивания, параметрами срезаемого слоя, конструктивными элементами и геометрическими параметрами зубьев, числом
зубьев и длиной.

Под схемой резания при протягивании понимают картину постепенного изменения формы и размеров обрабатываемого отверстия
или способ распределения работы между режущими зубьями протяжки. Существуют две схемы резания при протягивании: одинарная и групповая, или переменного резания.

Одинарная, или обычная, схема – это схема, когда каждый режущий зуб срезает широкий b, но тонкий а слой (рис. 2.3, а). В этом
случае диаметр или высота каждого последующего зуба режущей
части протяжки больше предыдущего на определенную, обычно
постоянную величину, равную 2·а или а.

Схема переменного резания такая, когда каждый режущий зуб
срезает короткий b₂, но толстый слой а₂. Режущая часть протяжки
конструируется так, что она состоит из нескольких групп зубьев
разного диаметра или разной высоты, а каждая группа имеет несколько зубьев (2...5) одного диаметра или одной высоты (рис. 2.3, б). Здесь цифрами 1...3 обозначены режущие зубья одной группы, лежащие на одном диаметре, кроме последнего, т. е. третьего. Срезаемые слои с параметрами а₂ и b₂ обозначены соответственно теми же цифрами.

Выкружки на зубьях делаются так, чтобы площадь, срезаемая
каждым зубом данной группы, была одинаковая. Последний зуб
третьей группы без выкружки, сплошной. Он срезает слои не сплошь
по всей окружности, а то, что осталось не срезанным первыми двумя
зубьями (на рисунке не заштрихованный слой). Его диаметр на 0,02...0,04 мм меньше диаметра предыдущих зубьев данной группы. Делается это для того, чтобы исключить резание зубом по всей длине окружности. Такое явление может возникать при уменьшении диаметра отверстия за счет упругих деформаций после прохода предыдущих зубьев этой группы.

 

 

Рис. 2.4. Многогранные зубья групповой протяжки

 

Формообразование профиля отверстия по схеме переменного
резания производится последовательным или генераторным методом, при котором контур поверхности формируется по участкам последовательно режущими кромками различных зубьев.

При одинарной схеме резания поверхность образуется, как правило, методом подобия или профильным, когда контур режущей кромки каждого зуба подобен профилю окончательно обработанного отверстия (поверхности).

Чем больше число зубьев в группе, тем круговые вырезы получаются более длинными и глубокими. Когда число зубьев в группе больше трех, то выкружки можно заменить плоскостями. Тогда каждый зуб в группе, кроме последнего, будет представлять многогранник, повернутый относительно другого на некоторый угол (рис. 2.4). Для z_р = 4 угол θ = 30°. Такие многогранные зубья легче изготовить, их плоскости шлифуются напроход. На последнем зубе группы лыска не снимается. Он остается круглым, но срезает площадь такую же, как и каждый предыдущий зуб данной группы.

В соответствии со схемами резания существуют также и протяжки одинарного резания и группового, или переменного, резания. Протяжки переменного резания имеют ряд преимуществ по сравнению с протяжками одинарного резания.

1. Чем больше толщина срезаемого слоя, тем меньше давление резания. Зависимость между толщиной срезаемого слоя и давлением резания показана на рис. 2.5. Давление резания р резко возрастает при толщине срезаемого слоя а < 0,025 мм. Такая толщина срезаемого слоя принимается при обработке отверстий из стали круглыми протяжками одинарного резания. Толщина срезаемого слоя протяжками переменного резания в несколько раз больше. Следовательно, давление резания будет значительно меньше, чем при работе протяжками одинарного резания.

 

 

Рис. 2.5. Зависимость давления резания от толщины срезаемого слоя

Рис. 2.6. Образование и геометрия стружкоразделительных канавок

 

При равной площади сечения срезаемого слоя протяжки переменного резания будут создавать меньшие силы резания, или при одинаковой силе ими можно срезать большую площадь. Конструктивно это
скажется на уменьшении числа режущих зубьев, а, следовательно, и длины протяжки.

2. Одинарные протяжки срезают тонкие слои, но большей ширины. При обработке отверстий образующуюся дугообразную стружку большей ширины   трудно деформировать в кольцевой виток. Такой виток получается недостаточно плотным, он требует большего объема канавки для своего размещения. Поэтому увеличивается шаг между режущими зубьями протяжки, а следовательно, и ее длина.

Для лучшего свертывания стружки ее ширину уменьшают путем
прорезания на режущих кромках стружкоразделительных канавок,
которые располагаются на соседних зубьях в шахматном порядке.
Но в этом случае возникает определенный недостаток: канавки предыдущего зуба не срезают металл. В этом месте режущие кромки последующего зуба срезают двойную толщину слоя (см. рис. 2.3). В результате у укороченной, но дугообразной стружки создается ребро жесткости, которое затрудняет ее свертывание в плотный виток или спираль.

Протяжки переменного резания этого недостатка почти не имеют.
Короткая прямая стружка, имеющая большую, но постоянную толщину, равномерно деформируется при завивании и более плотно укладывается во впадине между зубьями. От этого относительная длина шага между режущими зубьями и длина режущей части протяжки уменьшаются на 30 % [2].

3. Стружкоразделительные канавки у протяжек одинарного резания наряду с положительными их функциями имеют существенный недостаток. Их прорезают дисковым кругом, ось которого перпендикулярна к оси протяжки. Протяжку в центрах устанавливают так, чтобы образовать задний угол на дне канавки, равный заднему углу на вершине зубьев. Для цельных круглых протяжек он обычно принимается 2 – 3-й. В результате режущая кромка получается ломаной, ослабленной массивностью угловых участков (рис. 2.6).

В окрестности точек А создается повышенная тепловая напряженность, что ведет к более интенсивному изнашиванию зубьев. Кроме того, боковые задние углы α₆ вспомогательных режущих кромок получаются очень малыми tgα₆ = tgα· sinφ/2, что также способствует более интенсивному изнашиванию угловых режущих кромок. Для уменьшения этого отрицательного влияния угол профиля абразивного круга φ для канавок необходимо принимать не менее 90...100°.

 

 

Рис. 2.7. Образование выкружки

 

Для правильного образования канавок по всей ширине зуба протяжки размер К должен быть равен размеру В. В ряде случаев это сделать невозможно, так как круг может коснуться и срезать кромку следующего зуба. Когда К < В, то начиная от оси круга вправо в канавках создаются отрицательные задние углы по всему контуру. Это еще больше усиливает отрицательное влияние стружкоразделительных канавок на режущие свойства протяжек. На практике условия правильного образования канавок не всегда соблюдаются. Угол φ берется меньше 90⁰, шлифовальный круг быстро осыпается и теряет необходимую форму, правится он вручную с полукруглым'
профилем. В результате даже у новых (непереточенных) протяжек
боковые задние углы в точке А равны нулю или близки к этому.

Протяжки переменного резания почти не имеют этих недостатков. Массивность вершин зубьев у них больше. У многогранных зубьев задние углы по всему контуру равны а, а зубья с выкружками затачиваются по задней поверхности так, как показано на рис. 2.7. Здесь ось конического круга и ось протяжки лежат в одной плоскости. Боковые задние углы на выкружке получаются почти такими же, как и основной задний угол α = 3...4°. В результате стойкость протяжек группового резания получается в 2 раза выше стойкости протяжек одинарного резания.

4. Толщина срезаемого слоя протяжками переменного резания
в 5...8 раз больше толщины срезаемого слоя протяжками одинарного
резания. Поэтому ими можно в ряде случаев обрабатывать отверстия, полученные после литья, ковки или штамповки. При этом режущие
кромки не будут работать по корке вследствие большой толщины
среза.

Благодаря перечисленным преимуществам протяжки переменного
резания являются более прогрессивными инструментами и все!
больше применяются в машиностроении, Итак, схемы резания определяют основные конструктивные параметры режущей части; диа-1
метр зубьев протяжки, число и шаг зубьев.

Диаметр (высота) режущих зубьев. Режущая часть состоит из
черновых, получистовых и чистовых зубьев. Для протяжек одинарного резания первый режущий зуб делается по форме подготовленного отверстия. Диаметр (высота) первого зуба равен номинальному диаметру (высоте) предварительно подготовленного отверстия (поверхности), т. е. D₁ < d₀. Диаметр первой группы зубьев у протяжек переменного резания D₁= d₀ + 0,5а_г. Диаметр каждого последующего чернового зуба или группы черновых зубьев будет увеличиваться на две толщины срезаемого слоя для двусторонних протяжек, или высота каждого последующего зуба будет увеличиваться на одну
толщину срезаемого слоя для односторонних протяжек (типа шпоночных).

Так, для двусторонних протяжек

для односторонних протяжек

где а' = а – толщина срезаемого слоя для протяжек одинарного резания; а' = а_г – толщина для протяжек переменного резания; Н₁, Н₂, Н _h – высота зуба соответственно шпоночной или другой призматической протяжки, измеряемая от ее опорной плоскости.

Для устранения неровностей и других дефектов поверхностной
деформации, оставшихся после черновых зубьев, а также для более
плавного перехода режущих зубьев к калибрующим и для повышения равномерности протягивания после черновых выполняют получистовые и чистовые зубья или группы зубьев.

У протяжек одинарного резания число таких переходных зубьев
принимается от 2 до 5 в зависимости от формы, точности и шероховатости поверхности обработанного отверстия.

Большее число получистовых и чистовых зубьев делается для
обработки круглых отверстий.

Переходными зубьями удаляется припуск, равный толщине слоя,
срезаемого черновым зубом протяжки. Толщина срезаемого слоя
каждым переходным зубом уменьшается от первого к последнему.
Если рассмотреть три переходных зуба, то первый — получистовой срезает слой шириной а₁ = 0,5·а, второй – чистовой – а₂ = 0,3·а, третий – чистовой – а₃ = 0,2а.

При этом минимальная толщина слоя, срезаемая последним
чистовым зубом а ₃, должна быть не менее 0,008...0,01 мм. При
меньших толщинах вследствие наличия радиуса скругления режу-
щей кромки слой режущей кромкой не срезается, а подминается и
вдавливается в обрабатываемую поверхность.

В соответствии с этим будут увеличиваться и диаметры или высоты получистового и чистовых зубьев. Диаметр последнего чистового зуба D = d_max при протягивании отверстий в вязких металлах тонкостенных деталей, когда происходит усадка отверстия, и D = d_max – 0,3·δ при протягивании отверстий в толстостенных Деталях, для которых наблюдается разбивка отверстия, где d_max – наибольший диаметр протягиваемого отверстия; δ – допуск на изготовление отверстия.

Диаметр последнего чистового зуба можно принимать равным
номинальному диаметру обрабатываемого отверстия. Тогда усадка
или разбивка отверстия, а также допуск на погрешность его изготовления будут восприниматься и корректироваться калибрующими зубьями. На получистовых и чистовых зубьях стружко-разделительные канавки не делают.

Для протяжек группового резания обычно одну-две секции
выполняют получистовыми и одну-две секции, или три-пять зубьев,
чистовыми. Припуск на все переходные зубья принимается также равным толщине срезаемого слоя одной группой черновых зубьев. Первая получистовая секция или группа зубьев срезает толщину, равную 0,6·а_г. Она имеет столько же зубьев, сколько их в каждой черновой группе. Обычно число чистовых зубьев в группе равно количеству черновых. Они также имеют выкружки, но диаметр их в группе одинаковый. Если же чистовые зубья выполнены кольцевыми, то они работают по одинарной схеме резания. Толщины срезаемого слоя каждым чистовым зубом, и их диаметры или высотные размеры определяются так же, как для чистовых зубьев одинарных протяжек. Стружкоразделительных канавок на них также нет.

Число черновых зубьев для протяжек одинарного резания

                                               2.1

где А_ч – припуск на сторону, оставляемый под черновые зубья; А_ч = А – A₁ здесь А – общий припуск на сторону под протягивание; А _i – припуск на сторону, оставляемый под чистовые зубья. Как указывалось ранее, А₁=а. Единица в формулу (2.1) добавляется потому, что первый зуб протяжек одинарного резания номинально не работает, его размер равен размеру предварительно подготовленного отверстия (поверхности).

В отличие от протяжек одинарного резания для групповых протяжек первая секция зубьев снимает половину толщины срезаемого
слоя, т. е. 0,5а_г. Поэтому для протяжек переменного резания число
черновых зубьев

здесь                                                                                 2.2

Тогда                                

 

где z_г – число зубьев в каждой группе; а_г – толщина слоя, срезаемого каждой группой зубьев; А'_ч – припуск на сторону, срезаемый черновыми зубьями без первой группы зубьев.

Отношение А_ч/а_г = n, т.е. равно числу черновых групп протяжки. Число получистовых и чистовых зубьев, как указывалось ранее,
для протяжек одинарного резания z_l = 2...5, а для протяжек переменного резания z₁ = z _г + (3...5).

Припуск под протягивание определяется профилем отверстия
или поверхности и зависит от их размеров. Он на основании экспериментальных исследований и производственного опыта определяется по нормативным таблицам НИИТавтопрома или по эмпирическим формулам. Для протяжек одинарного и переменного резания припуск одинаковый. Для круглых отверстий припуск под протягивание на диаметр (рис. 2.8) можно рассчитывать по уравнениям:

при подготовке отверстия сверлом

                           2.3

 

Рис. 2.8. Припуск под протягивание

 

при подготовке отверстия зенкерованием или растачиванием

 

                2.4

где А₀ – припуск под протягивание на диаметр; d – минимальный диаметр
обрабатываемого отверстия; l – длина протягиваемого отверстия; δ – допуск на изготовление отверстия.

Для шпоночных и шлицевых пазов, а также для многогранных
отверстий к найденному припуску по формулам (2.3) и (2.4) необходимо добавлять высоту пазов и высоту угловых элементов. Тогда диаметр отверстия, подготовленного под протягивание, d₀ = d_max – А₀, где d_max – d + (0,7...1) δ.

Толщина срезаемого слоя для протяжек одинарного резания
принимается небольшая. Она зависит от вида протяжек или протягиваемого отверстия и от обрабатываемого материала. В табл. 2.1 приведены толщины срезаемого слоя при обработке протяжками одинарного резания для наиболее употребительных типов протяжек и обрабатываемых материалов[3].

Толщина срезаемого слоя менее 0,010 – 0,015 мм нежелательна,
гак как она становится соизмеримой с радиусом скругления режу-
щей кромки зуба. В этом случае процесс резания затрудняется,
режущая кромка не захватывает такую малую толщину слоя, кото-
рый подминается задней поверхностью и вдавливается в заготовку.
Обработанная поверхность упрочняется, получается наклепанной.
Вследствие этого давление резания резко возрастает, и при малых
значениях задних углов происходит интенсивное изнашивание
зубьев инструмента.

Большие значения толщины срезаемого слоя ограничиваются
илами резания, условиями размещения стружки во впадине между
зубьями, прочностью протяжки и качеством обработанной поверх-
ности.

 

Рис. 2.9. Элементы зубьев и канавок протяжки

Таблица 2.1.

 

Толщина срезаемого слоя при протягивании, мм

Протяжка

Обрабатываемый материал

Сталь

Чугун

Круглая

0,015 – 0,04

0,03 – 0,010 Шлицевая, эвольвентно-шлицевая, для наружных пазов

0,03 – 0,01

0,05 – 0,12 Квадратная и шестигранная

0,03 – 0,15

0,05 – 0,020 Шпоночная

0,05 – 0,12

0,05 – 0,020        

Для протяжек переменного резания толщина срезаемого слоя значительно больше, чем для протяжек одинарного резания. Она
составляет 0,3...0,4 мм при обработке сталей и 1,0...1,2 мм при
обработке чугуна. Объясняется это тем, что срезаемый слой короткий, стружка почти прямая, относительно легче деформируется и •
более плотно укладывается во впадине между зубьями. Этому способствует и лучшая геометрия режущих зубьев у протяжек переменного резания.

Шаг и стружечные канавки между зубьями. На выбор шага влияют
два противоречивых направления. С одной стороны, желательно проектировать протяжки с наименьшим шагом. Чем меньше шаг, тем короче протяжка и ниже ее стоимость, больше число зубьев одновременно участвующих в работе, и выше плавность процесса протягивания, повышается производительность и качество обработанной поверхности.

С другой стороны, чем меньше шаг, тем больше сила протягивания и возникает опасность разрыва самой протяжки, тем меньше
толщина зуба и пространство для размещения стружки. Отсюда видно, что на шаг влияет большое число факторов, которые учесть весьма трудно. Поэтому предварительно шаг зубьев определяют по формулам:

для протяжек одинарного резания

                                     2.5

 

для протяжек группового резания

                                     2.6

 

где l – длина обрабатываемого отверстия.

Затем в зависимости от шага определяются другие элементы зуба
и основные размеры стружечной канавки (рис. 2.9): толщина зуба
с = (0,30...0,35)· t; высота зуба или глубина канавки h = (0,35...0,45)· t радиус дна канавки r = 0,5· h или r = (0,18...0,22)· t; ширина канавки Е = (0,65...0,7)· t; радиус спинки зуба, если она вогнутая, r' = (0,65...0,7)· t.

Вогнутую спинку зуба (рис. 2.9,а) делают у протяжек для обработки вязких материалов, когда образуется сливная стружка, требующая большого объема для осевого размещения. Для таких материалов принимается и больший коэффициент при определении глубины канавки h в целях увеличения ее объема.

Для обработки хрупких материалов спинку зуба делают прв
нелинейной (рис. 2.9, б). В этом случае образуется элементная стружка, которая более равномерно и полнее заполняет канавку. Поэтому она может иметь относительно меньший объем

Рис. 2.10. Схема расчетной площади канавки

 

При обработке длинных отверстий шаг зубьев получается сравнительно большим, объем срезаемого слоя увеличивается. Поэтому
для увеличения объема стружечных канавок их дно рекомендуется
делать с прямолинейным участком (рис.2.9,в). Относительная толщина зуба для них уменьшается с = (0,2...0,25)· t. Прямолинейная спинка зуба имеет угол наклона β = 50...55°.

Более правильно элементы зубьев и канавок определять с учетом не только длины протягиваемого отверстия, но и толщины срезаемого слоя, а также объемного коэффициента стружки. При расчете учитывается нормальное, свободное размещение стружки в объеме или в площади активной части канавки.

Как показано на рис. 2.10, площадь активной части канавки
принимается равной площади окружности радиуса r или диаметра h,
т. е. F_к = π h²/4.

Дополнительная площадь канавки F_доп составляет 25...30% общей площади канавки. Она является как бы резервной; при нормальном размещении сливной стружки она почти не участвует в работе. Площадь, занимаемая стружкой, F_c = F_K. Площадь осевого сечения слоя металла, срезаемого одним зубом протяжки,

F_м = a · l .

Отношение площади объема, занимаемой стружкой, к площади
осевого сечения (объему) срезаемого слоя называется коэффициентом
заполнения стружечной канавки, или объемным коэффициентом стружки, т. е.

, , а .

Откуда . , получим

                                        2.7

Уравнение (2.7) справедливо для обработки вязких металлов,
когда образуется сливная стружка.

При обработке хрупких материалов образуется элементная
стружка, которая более равномерно заполняет почти весь объем
канавки. При такой обработке площадь канавки может быть меньше

                                  2.8

Коэффициент заполнения стружечной канавки, или объемный
коэффициент стружки, определяется экспериментальным путем. Он за-
висит от толщины срезаемого слоя и обрабатываемого материала. Его
значение всегда больше единицы и изменяется от 2 до 5 в зависимости
от указанных условий обработки. Так, для протяжек одинарного резания        k = 2,5...5, для протяжек группового резания к = 2...3,5. Причем, чем меньше толщина срезаемого слоя а и чем более вязкий обрабатываемый материал, тем больше коэффициент k .

Рис. 4.11. Положение зубьев протяжки относительно поверхности детали

 

Все элементы зуба и канавки определяются в зависимости от h

; ; ; ;    2.9

Этот способ расчета позволяет более правильно определить
площадь или объем стружечной канавки, не завышать ее размеры,
вследствие чего уменьшается шаг t и длина режущей части протяжки.

Определив шаг, необходимо проверить, чтобы число зубьев,
одновременно участвующих в работе, было не менее двух

                                         2.10

Чаще всего это отношение – целое число с десятыми долями.
По времени оно означает усредненное число зубьев, одновременно участвующих в работе. Например, если z_одн=3,5, то половину
определенного времени работают три зуба, а половину – четыре зуба. Таким образом, в действительности в каждый момент времени
одновременно работает целое число зубьев. Если учитывать только
номинальный размер шага без допуска, то всегда разница между максимальным и минимальным числом зубьев, одновременно находящихся в работе,

                                  2.11

 

Для повышения плавности процесса протягивания лучше, когда
Z_min = 3...4. При обработке длинных отверстий число одновременно работающих зубьев может достигать 7...8, если это допускается
прочностью протяжки и тяговой силой протяжного станка. Во всех
случаях процесс протягивания является неравномерным, силы резания не остаются постоянными, так как число одновременно работающих зубьев изменяется на единицу.

Для повышения плавности процесса протягивания расчетный шаг необходимо корректировать.

Целесообразно расчетный шаг t сделать равным t', подчинив
его условию, по которому при выходе очередного зуба из детали
входящий зуб должен отстоять от торца детали на расстояние х = 0,1· t' (рис. 2.11). Тогда t'· Z_max = l + 0,1· t'. Откуда

,                                           2.12

 

где Z_max = ( l/ t)+1

Качество поверхности в основном определяется работой чистовых зубьев протяжки. Для устранения волнистости обработанной поверхности шаг чистовых зубьев делается переменным. Номинальное значение шага чистовых зубьев принимают равным шагу черновых зубьев или же уменьшенным примерно на 0,25. Шаг между первым и вторым чистовым зубом принимается равным номинальному, между последующими зубьями на 5...10 % меньше.

Геометрия режущих зубьев. Передний угол зубьев протяжек
в основном зависит от качества обрабатываемого материала. Для
обработки сталей он принимается 12...18°, чугуна γ = 5...10°, для
вязких цветных металлов и сплавов γ = 25°.

Переточку протяжек по мере изнашивания зубьев производят
по передней поверхности. При небольших значениях заднего угла этим
достигается незначительное изменение диаметра или высоты зубьев
и увеличение срока службы протяжки. Для сохранения диаметральных или высотных размеров после переточки задние углы у зубьев многих видов протяжек принимаются малыми. Так, для внутренних протяжек α = 2...3⁰ при обработке отверстий 6-го квалитета точности, α = 3...4⁰ при обработке отверстий меньшей точности. Для шпоночных и наружных нерегулируемых протяжек α = 4...7⁰. Для наружных протяжек сборной конструкции с зубьями, регулируемыми по высоте, задний угол α = 8...12⁰.

Как указывалось ранее, для лучшей деформации стружки, т. е.
для более плотного ее завивания и размещения во впадине, на черновых зубьях у протяжек одинарного резания при обработке вязких металлов делают стружкоразделительные канавки (см. рис. 2.6). Их располагают в шахматном порядке на последующем зубе на расстоянии 8...12 мм. Па переходных режущих зубьях, т. е. на получистовых и чистовых, стружкоразделительные канавки не выполняют.

Калибрующая часть протяжек имеет несколько зубьев, которые
придают поверхности или отверстию окончательную точность и
шероховатость. Теоретически калибрующие зубья не режут, так
как они не имеют подъема на зуб. Практически первый калибрующий
зуб может срезать весьма тонкие стружки за счет его некоторого
превышения над размером последнего чистового режущего зуба.
По мере изнашивания протяжки получистовые и чистовые зубья
постепенно переводят в черновые, а калибрующие зубья – в режущие чистовые.

Число калибрующих зубьев зависит от точности обработки и
принимается от 2 до 7. С повышением точности обработки число
калибрующих зубьев увеличивается.

Шаг калибрующих зубьев принимается такой же, как и у режущих, если обработка ведется по 11-му и более низкому квалитету
точности. Для изделий 7...9-го квалитета точности t _к = 0,75· t '. Шаг калибрующих зубьев неравномерный, так же как у чистовых
зубьев. Передний угол у калибрующих зубьев обычно берется таким же, как у черновых. Однако для более точных протяжек передний угол рекомендуется делать значительно меньше (для стали 5⁰ и для чугуна 0⁰).

В целях повышения размерной стойкости протяжек задний угол
калибрующих зубьев меньше, чем режущих. Для внутренних протяжек у калибрующих зубьев α = 0,5...1⁰, для шпоночных и наружных α = 1,5...2⁰, для протяжек с регулируемыми зубьями α = 3...4⁰. Для внутренних протяжек диаметр калибрующих зубьев такой же, как у последнего чистового режущего зуба.

В более общем случае на практике диаметр калибрующих зубьев принимают равным наибольшему диаметру обработанного отверстия. Окончательно диаметр устанавливается опытным путем после»
первого пробного протягивания отверстия. Затем размер калибрующих зубьев доводится до необходимого. Допуск на изготовление калибрующей части внутренних протяжек δ_И берется по системе вала. При этом для обработки отверстий 7 – 9-го квалитета точности δ_И = h₅, для отверстий 11-го и больших квалитетов точности δ_и = h_в или δ_и = (1/4...1/5)·δ.

Концевое направление не допускает перекоса обработанной детали в момент выхода из нее последних калибрующих зубьев протяжки и тем самым устраняет повреждение обработанной поверхности и поломку зубьев инструмента. Форма концевого направления может не соответствовать профилю обработанного отверстия. Так, концевое направление может быть цилиндрическим не только для круглого, но и для  квадратного, многогранного и шлицевого отверстия. У одношпоночных и наружных протяжек нет концевого направления. Длина концевой направляющей части l₇ = (0,5...0,75)·l, но не более 60...70 мм. Диаметр концевого направления равен но-
минальному диаметру обрабатываемого отверстия, допуск на изготовление выполняется по посадке f7.

Для длинных и тяжелых протяжек, работающих на горизонтально-протяжных станках, за концевой направляющей делается цапфа, которая в скользящем люнете поддерживает протяжку от провисания.

Выглаживающие зубья. Для обработки круглых отверстий высокой точности и низкой шероховатости, от которых требуется повышенная износостойкость, применяют комбинированные протяжки, которые имеют еще и выглаживающие зубья (как правило, из твердого сплава). Их в виде колец или общего блока насаживают на цилиндрическую выточку протяжки и располагают за концевым направлением.

Число выглаживающих зубьев выбирают от 1 до 5 в зависимости от точности, шероховатости отверстия и качества обрабатываемого
материала. Выглаживающие зубья сферические или двусторонне
конические с цилиндрическим пояском посередине. Они не режут, а уплотняют поверхностный слой вследствие пластического деформирования, в результате чего повышается износостойкость детали.

Припуск на диаметр под выглаживающую часть протяжки небольшой 0,05...0,1 мм. Он распределяется между зубьями неравномерно. От первого выглаживающего зуба до последнего натяга т. е. толщина деформируемого слоя, уменьшается. Диаметр последнего выглаживающего зуба берется по максимальному размеру заданного отверстия. Затем после пробного прохода он доводится до нужного диаметра.

При наличии выглаживающей части протяжки диаметр чистовых и калибрующих зубьев уменьшается на величину натяга, оставляемого под выглаживание. Шаг выглаживающих зубьев такой же, как и калибрующих. После выглаживающих зубьев также делается концевое направление, но более короткое, чем после калибрующих зубьев. Оно тоже насадное и закрепляется в конце протяжки гайкой.

ПРОЧНОСТЬ ПРОТЯЖЕК

Протяжки работают на растяжение, поэтому их рассчитывают
па прочность при растяжении от основной составляющей силы резания Р, направленной вдоль оси протяжки. Условие прочности
протяжки выполняется, если

                                         2.13

где σ – нормальные напряжения, возникающие в опасном сечении протяжки; P_zmax – наибольшая сила резания при протягивании; F_min – наименьшая площадь поперечного сечения протяжки; [σ] – допускаемое напряжение на разрыв. Сила резания при протягивании

,                  2.14

 

где С_р – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала
и формы протяжки; b – ширина срезаемого слоя, равная длине
периметра или длине окружности чернового режущего зуба, имею-
щего наибольший диаметр; а – толщина срезаемого слоя; у – пока-
затель степени; z_max – максимальное число зубьев, одновременно находящихся в работе, z_max = ( l/ t^') + 1; К _γ, К_и, K_с – поправочные коэффициенты соответственно на передний угол, на изнашивание зубьев и на СОЖ.

Коэффициент С_р представляет собой единичную силу, приходящуюся на 1 мм² площади сечения срезаемого слоя. Давление резания зависит и от толщины срезаемого слоя а. Чем меньше толщина
срезаемого слоя, тем больше давление резания. Зависимость давления резания от толщины срезаемого слоя при протягивании по-
казана на рис. 2.5.

Значения коэффициента С_р и показателя степени у приведены
в табл. 2.2.

Поправочные коэффициенты для измененных условий резания
можно принимать следующие; К _γ = 1, если γ = 10⁰. Изменение
переднего угла на 1⁰ приводит к изменению силы резания на 1...1,5%.
Для острых протяжек К_и = 1 и для затупившихся К_и = 1,15. При обработке сталей К_с = 1, если применяется сульфофрезол или эмульсия; К_с = 0,9, если применяется растительное масло.

 

Таблица 2.2.

Значение коэффициента С_р при протягивании

Обрабатываемый материал	σ, МПа, или НВ	Коэффициент Ср, МПа, для протяжек			???
		Шпоночных и пазовых	шлицевых	круглых
Сталь углеродистая конструкционная	До 700 700 – 800 Св. 800	1770 2020 2500	2120 2300 2840	7000 7620 8420	0,85
Сталь легированная конструкционная	До 700 700 – 800 Св. 800	2020 2500 2820	2300 2840 3150	7620 8420 10000	0,85
Чугун серый	HB ≤ 200 HB > 200	1150 1370	1250 1500	3000 3540	0,73

 

При обработке чугуна К_с = 0,9 для эмульсии и К_с = 1 без смазывания и охлаждения.

Наибольшая сила резания при протягивании должна быть равна
или меньше тягового усилия Q протяжного станка, а точнее, чтобы
не вызывать перегрузки станка Р _zmaz = (0,8...0,9)· Q. Опасным у протяжек является то поперечное сечение, которое имеет наименьшую площадь (с учетом материала инструмента). Это шейка хвостовика под патрон или же сечение во впадине перед первым режущим зубом. В первом случае

 мм²,                                    2.15

во втором

 мм²                                     2.16

 

Допускаемое напряжение следует принимать [σ] = 200 МПа для хвостовика, если он сделан из сталей 45 и 40Х и сварен встык с рабочей частью протяжки; [σ] = 250 МПа для протяжек из стали ХВГ; [σ] = 350...400 МПа для протяжек из быстрорежущих сталей.

Если спроектированная протяжка не удовлетворяет условиям
прочности, необходимо увеличить шаг зубьев или уменьшить толщину срезаемого слоя, т. е. уменьшить Р _zmax и провести поверочный расчет на прочность при измененных условиях.