Протягивание – вид обработки металлов резанием, при котором используется специальный режущий инструмент – протяжки. Применяется для обработки внутренних либо наружных поверхностей, металлических и неметаллических материалов. Протягивание применяется в крупносерийном и массовом производстве металлоизделий. Протяжки различных конструкций – наружные, внутренние и дорны, являются одними из наиболее дорогих инструментов для выполнения металлообработки, каждая протяжка при своем изготовлении требует наивысшей точности и правильного расчета. Главное движение, прямолинейное возвратно-поступательное, придается режущему инструменту (протяжке или прошивке), движение подачи заложено в конструкции режущего инструмента в виде подъема на зуб.
Подъем на зуб – превышение по высоте или ширине размера режущей части зуба по отношению к предыдущему зубу.
По характеру движения режущего инструмента различают: протяжки – инструмент вытягивается из отверстия; прошивки – инструмент проталкивается в отверстие.
Протягивание – высокопроизводительный процесс обработки наружных и внутренних поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обработанной поверхности. При протягивании профиль обработанной поверхности копируется профилем режущих зубьев, поэтому протяжки – узкоспециальный инструмент, применяемый для обработки поверхностей со строго заданными формой и размерами.
По характеру обработанной поверхности различают внутренние и наружные протяжки.
Внутренние протяжки предназначены для обработки круглых, квадратных, многогранных и шлицевых отверстий, а также шпоночных и других фигурных пазов.
Наружные протяжки предназначены для обработки наружных поверхностей, пазов, уступов, являются специальным видом инструмента, поэтому не стандартизованы. При наружном протягивании, которое применяется вместо строгания, фрезерования, шлифования, за одну операцию обрабатывают как можно больше сопряженных поверхностей, для этого протяжки соединяют в блоки.
Элементы и геометрия режущей части протяжек
Круглая протяжка (рис. 21) состоит из следующих элементов. Замковая часть 1 (хвостовик) служит для закрепления протяжки в патроне тягового устройства станка; шейка 2 – соединительная поверхность. Направляющий конус 3 и передняя направляющая часть 4 служат для центрирования заготовки в начале резания. Режущая часть 5 состоит из режущих зубьев, высота или ширина которых увеличиваются на высоту срезаемого слоя, и служит для срезания основной доли припуска. Для облегчения образования стружки на режущих зубьях в шахматном порядке выполняются стружколомные канавки.
Калибрующая часть 6 предназначена для придания обработанной поверхности окончательной формы, необходимой точности и шероховатости. Она состоит из калибрующих зубьев, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам обработанной поверхности. Задняя направляющая часть 7 необходима для поддержания протяжки при выходе ее из обработанного отверстия. Черновые и чистовые зубья протяжек имеют различную геометрию.
Черновые зубья (рис. 21, а, сечение А–А) выполняются острозаточенными. Задний угол для внутренних протяжек равен 3°, для наружных – 3–8º. Передний угол выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала в пределах 10–20°. Шаг между зубьями выбирается из требования одновременности работы не менее трех зубьев. Подъем на зуб – 0,06–0,3 мм/зуб.
а
б в
Рис. 21. Протяжки: а, б – круглые; 1 – замковая часть; 2 – шейка; 3 – направляющий конус; 4, 7 – передняя и задняя направляющие части соответственно; 5 – режущая часть (режущие зубья); 6 – калибрующая часть (калибрующие или чистовые зубья); f – ленточка; Sz – подъем на зуб; t – шаг между зубьями; α, γ – главные задний и передний углы соответственно; в – протяжка для выполнения внутреннего шпоночного паза
Чистовые зубья (рис. 21, а, сечение Б–Б) выполняются с ленточкой, равной 0,02–0,3 мм. Передний угол выбирается в зависимости от свойств обрабатываемого материала в пределах 0–15°. Нулевой передний угол обычно назначается для профильных протяжек, что позволяет не потерять геометрическую точность зубьев при переточках. Шаг между зубьями t выбирается из требования участия в работе только одного зуба. Подъем на зуб – 0,015–0,03 мм/зуб.
Лекция 23. Обработка на протяжных станках станках
Характеристика метода протягивания
Протягивание – высокопроизводительный метод обработки внутренних и наружных поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Протягивают многолезвийным режущим инструментом — протяжкой при ее поступательном движении относительно неподвижной заготовки (главное движение).
Принцип протягивания заключается в том, что размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего, при этом каждый зуб срезает с обрабатываемой поверхности заготовки стружку небольшой толщины, вследствие чего обработанная поверхность имеет малую шероховатость. Несмотря на сравнительно низкую скорость резания при протягивании, этот метод является высокопроизводительным вследствие большой суммарной длины одновременно работающих режущих лезвий.
На рис. 58, а, б приведены схемы протягивания и прошивания отверстий. При протягивании заготовка 2 торцовой частью опирается на кронштейн станка 1. Силой Р протяжка 3 протягивается через обрабатываемое отверстие заготовки. При прошивании заготовка 2 опирается на стол пресса 5. Сила Р, приложенная к торцу прошивки 4, проталкивает ее через обрабатываемое отверстие заготовки.
В отличие от протяжки, которая работает на растяжение прошивка работает на сжатие. Длина прошивки во избежание продольного изгиба не превышает 15 ее диаметров.
Режим резания
Скорость резания. При протягивании скоростью резания v является скорость поступательного движения протяжки относительно заготовки. Скорость резания лимитируется условиями получения обработанной поверхности высокого качества и ограничивается технологическими возможностями протяжных станков. Обычно v = 8 –15 м/мин.
Подача. Движение подачи при протягивании как самостоятельное движение инструмента или заготовки отсутствует. За величину подачи sz, определяющую толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т. е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки; sz является одновременно и глубиной резания. Подача в основном зависит от обрабатываемого материала, конструкции протяжки и жесткости заготовки и составляет 0,01—0,2 мм/зуб. Оптимальные величины режима резания выбирают по справочным данным.
Протяжки
По характеру обрабатываемых поверхностей протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Внутренними протяжками обрабатывают различные замкнутые поверхности, а наружными – полузамкнутые и открытые поверхности различного профиля.
По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, многогранные и плоские протяжки. По конструкции зубьев протяжки бывают режущими и уплотняющими. В первом случае зубья имеют острые режущие лезвия, во втором – округленные, работающие по методу пластического деформирования поверхности без снятия стружки. Различают также сборные протяжки со вставными ножами, оснащенными пластинками из твердого сплава.
На рис. 59, а показаны элементы круглой протяжки.
Элементы круглой протяжки. Замковая часть (хвостовик) l1 служит для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства станка; шейка l2 — для соединения замковой части с передней направляющей частью; передняя направляющая часть l3 вместе с направляющим конусом — для центрирования обрабатываемой заготовки в начале резания.
Режущая часть l4 состоит из режущих зубьев, высота которых последовательно увеличивается на толщину срезаемого слоя, и предназначена для срезания припуска.
Калибрующая часть l5 состоит из калибрующих зубьев, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам последнего режущего зуба, и предназначена для придания обработанной поверхности окончательных размеров, необходимой точности и шероховатости.
Задняя направляющая часть l6 служит для направления и поддержания протяжки от провисания в момент выхода последних зубьев калибрующей части из отверстия. Для облегчения образования стружки на режущих зубьях выполняют стружколомные канавки в шахматном порядке.
Рис. 59. Элементы и геометрия зуба круглой протяжки
Геометрия зуба протяжки. Геометрия зубьев режущей и калибрующей частей показана на рис. 59, б. Передние и задние углы протяжки измеряют в плоскости, перпендикулярной к главному режущему лезвию. Передний угол γ (5–20°) выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол α (1–4°) – в зависимости от класса точности обработки.
Калибрующие зубья имеют на задней поверхности фаску (ленточку) шириной f = 0,2 – 0,3 мм, у которой задний угол αк= 0°. Фаска необходима для того, чтобы после переточки по передней поверхности зуба размеры протяжки не изменялись.
Шаг режущих зубьев tp протяжки определяют в зависимости от длины L протягиваемой поверхности, при этом исходят из того, чтобы в резании участвовало одновременно не менее трех зубьев. Шаг режущих зубьев tp = (1,25–1,5) мм; шаг калибрующих зубьев tк = (0,6 – 0,7) tp мм.
Особенности процесса протягивания
Каждый зуб протяжки работает как строгальный резец. Малая высота зубьев и высокая жесткость протяжки в диаметральной плоскости позволяют назначать достаточно высокие режимы резания. За один рабочий ход генерируется весь профиль обработанной поверхности, поэтому протягивание является высокопроизводительным процессом, однако имеет особенности, которые необходимо учитывать при выборе протяжки и схемы обработки.
При резании стружка, снимаемая каждым зубом, должна разместиться во впадине между зубьями. Если объем срезаемой стружки с учетом ее усадки будет больше объема впадины между зубьями, протяжку заклинит и произойдет поломка инструмента.
Рис. 22. Схемы протягивания отверстий: а – на сферической опоре; б – многогранных; в – прямых шлицевых; г – винтовых шлицевых; д – шпоночных пазов; 1 – сферическая опора; 2 – протяжка; 3 – заготовка; 4 – направляющая втулка
Протягивание с прямолинейным движением резания – процесс прерывистый. Необходимо возвратно-поступательное движение исполнительного механизма главного движения. Прямой ход – рабочее движение, обратный – холостой ход. Инерция масс исполнительного механизма главного движения не позволяет работать на высоких скоростях резания, обычно принимают 8–15 м/мин.
Протяжками, или прошивками, обрабатывают цилиндрические отверстия после сверления, растачивания, зенкерования, а также отверстия, полученные на стадии заготовительных операций. При обработке заготовки цилиндрической протяжкой 2 (рис. 22, а) заготовку 3 устанавливают на сферическую опору 1 или на плоскую опору.
При установке на сферическую опору заготовка самоустанавливается по оси протяжки, но торец может получиться не перпендикулярным оси отверстия, поэтому такую установку применяют, если торец заготовки обрабатывается после протягивания. При установке на плоскую опору торец перпендикулярен оси отверстия, но возможна поломка протяжки из-за разницы припусков в диаметральной плоскости протяжки.
Многогранные отверстия протягивают многогранными протяжками (рис. 22, б). В заготовке сверлят круглое отверстие. В зависимости от величины припуска на обработку применяют ту или иную схему срезания припуска. Шлицевые отверстия получают шлицевыми протяжками. Нарезание прямых шлицов ведут при прямолинейном главном движении (рис. 22, в), при нарезании винтовых шлицов (рис. 22, г) протяжке придают дополнительное движение для получения винтового движения резания. Шпоночные или иные пазы протягивают шпоночными протяжками (рис. 22, д). Профиль поперечного сечения зуба должен соответствовать профилю поперечного сечения паза. Заготовку устанавливают на плоскую опору, для направления протяжки 2 применяют направляющую втулку 4.
Работа на протяжных станках
На протяжных станках (внутренних и наружных) могут использоваться в отдельных случаях общие для других металлорежущих станков универсальные приспособления. К этим приспособлениям можно отнести прижимные планки, машинные тиски (у наружных протяжных станков).
Однако для основных работ на внутрипротяжных станках применяют для упора заготовок кронштейн станка или дополнительную прокладку к нему, а для работы на наружнопротяжных станках — специальные приспособления.
Типы вспомогательного инструмента зависят от вида замковой части протяжек. Например, цилиндрический замок с продольным окном стопорится чекой (клином), цилиндрический замок с боковыми срезами — скобой, плоский замок — поперечной шпонкой.
Работы, выполняемые на протяжных станках. Протягивание внутренних и наружных поверхностей получило широкое применение на заводах крупносерийного и массового производства благодаря высокой производительности и точности обработки. Протягивание, как правило, исключает возможность брака по размерам и чистоте обработанных поверхностей.
Протягивание применяют для обработки симметричных и асимметричных сквозных отверстий различных форм (рис. 356, а
), сквозных пазов и полуоткрытых отверстий (
рис. 356, б
), наружных поверхностей: плоскостных, канавок, фасонных (
рис. 356, в
), тел вращения (
рис. 356, г
).
Рис. 356.
Типы поверхностей, обрабатываемых протягиванием: О. П. — обрабатываемые поверхности.
Предварительная подготовка заготовок. Отверстия под протяжку обычно предварительно сверлят или растачивают. Наружные поверхности обрабатывают протяжками в черном виде без предварительной обработки. Профильная схема протягивания плоскости предусматривает предварительную обработку этой плоскости на строгальном станке.
Конструктивные особенности протяжек и заготовок. В результате наличия у протяжек режущих и калибрующих зубьев они выполняют одновременно и черновую, и чистовую обработку. Длина протягиваемых отверстий l не должна превышать трехкратной величины диаметра отверстия D, т. е. L = 3 ּ D и менее.
Диаметр протяжек для отверстий колеблется от 3 до 300 мм.
Протягивание отверстий. Предварительно полученное исходное отверстие далее обрабатывают протяжкой. Порченные протягиванием отверстия показаны на рис. 357
. Пример обработки шпоночной канавки дан на
рис. 358, а
. Направляющая втулка одним концом входит в кронштейн, второй ее конец входит в отверстие заготовок. Вдоль втулки сделана прорезь, в которой скользит протяжка. Таким образом, одношпоночная протяжка получает надежное направление при работе, что обеспечивает хорошее качество работы и высокую точность обработки.
Рис. 357.
Различные формы отверстий, получаемые протягиванием.
Если у заготовки один торец не обработан, то при протягивании заготовку необработанным торцом устанавливают на сферическую подкладку (рис. 358, б
). Под действием силы резания заготовка поворачивается на сферической подкладке и устанавливается по протяжке. Обработанный торец предохраняет зубья протяжки от действия окалины.
Рис. 358.
Протягивание отверстий: а — шпоночной канавки; б — круглого отверстия: 1 — протяжка; 2 — заготовка; 3 — направляющая втулка; 4 — упорный кронштейн станины станка; 5 — сферическая подкладка; 6 — втулка-седло под сферическую подкладку 5.
Наружное протягивание. Протягивание вертикальных плоскостей или поверхности фигурного профиля показано на рис. 359, а
. Здесь наружная протяжка 1 обрабатывает заготовку 2, закрепленную в приспособлении 3. На
рис. 359, б
приведен пример обработки горизонтальной плоскости наружной протяжкой. Здесь в работе одновременно участвуют несколько зубцов, протяжка движется со скоростью резания V м/мин, подача на зуб Sz есть одновременно толщина срезаемого слоя а мм и глубина резания t мм, т. е. t = а = Sz мм/зуб.
Рис. 359.
Протягивание наружных поверхностей: а, б — плоскостей (вертикальной и горизонтальной); в, г — поверхностей (плоских и фигурных) на наружнопротяжных станках непрерывного действия (с транспортером или круглым столом); д, е — тел вращения (плоской и улиточной протяжкой).
Общий припуск А срезается за один проход протяжки, чем и объясняется высокая производительность процесса протяги вания. Этот припуск А срезают протяжкой, у которой на режущей части изготовлено А/Sz зубцов.
Два принципа работы наружнопротяжных станков непрерывного действия показаны на рис. 359, в и г
. В первом случае наружная протяжка 1 неподвижна, а обрабатываемые детали 2, установленные в приспособлении 3 на транспортере 4, перемещаются под протяжкой, осуществляя этим главное движение. Во втором случае наружная протяжка 1 также неподвижна, а обрабатываемыe детали 4, установленные в приспособлениях 2 на круглом столе 3, вращаются вместе со столом. Установка и снятие происходит на ходу станка.
При протягивании тел вращения плоскими протяжками (рис. 359, д
) заготовке сообщается главное вращательное движение, а протяжка совершает поступательное движение по направлению касательной к заготовке.
На рис. 359, е показан принцип обработки тел вращения улиточной протяжкой. Эту протяжку можно рассматривать как обычную плоскую протяжку для наружного протягивания, навернутую на цилиндр.
Для осуществления процесса наружного протягивания улиточными протяжками заготовка получает быстрое главное вращательное движение со скоростью резания V м/мин, а протяжка — медленное вращательное движение подачи Sк. Кроме того, радиальная подача Sz осуществляется за счет превышения одного зубца над другим на величину
Sz = R2 — R1 мм.
Схема работы плоской протяжкой по профильной схеме представлена на рис. 360
, а. Зубья протяжки изготовляются с наклоном под углом ω = 10 — 20°, облегчающим процесс протягиваня. Режущие зубья снабжены канавками, которые располагаются в шахматном порядке и служат для дробления стружки на части.Заготовки, полученные после штамповки и ковки, обрабатывают протяжками прогрессивного типа (рис. 360, б). У такой протяжки нет превышения Sz между зубцами, но она устанавливается несколько наклонно к вертикали, под углом φ. В этом случае Sz = tр ּ sin φ мм, где tр — шаг между зубцами протяжки.
Рис. 360.
Работа плоскими протяжками: а — по профильной схеме: 1 — протяжка; 2 — заготовка; б — по прогрессивной схеме: 1— плита; 2 — заготовка; 3 — вторая рабочая секция протяжки; 4 — первая рабочая секция протяжки.
Протяжные станки
Станки для протягивания отличаются простой конструкцией и большой жесткостью; это объясняется тем, что в станках отсутствует цепь движения подачи. Основными характеристиками протяжного станка являются тяговое усилие на штоке и ход штока рабочего цилиндра.
Горизонтально-протяжной станок (рис. 23, а) – станок для протягивания внутренних поверхностей. На станине 1 расположены гидроцилиндр 3 и насосная станция 2. На переднем конце штока 4 установлен захват 5 с кареткой 7, которая может перемещаться по направляющим станины. Протяжка устанавливается в захвате 5 и протаскивается сквозь отверстие в заготовке, опирающейся торцом на опорную поверхность кронштейна 6. Поступательное движение протяжке сообщается до тех пор, пока она не выйдет из отверстия в заготовке. Заготовка падает в поддон 8. Протяжка возвращается в исходное положение, и процесс повторяется.
Рис. 23. Протяжные станки: а – горизонтально-протяжной; б – вертикальнопротяжной; 1 – станина; 2 – насосная станция; 3 – гидроцилиндр; 4 – шток; 5 – захват; 6 – кронштейн; 7 – каретка; 8 – поддон; 9 – вертикальная колонна; 10 – стол
Вертикально-протяжной станок (рис. 23, б) – станок для обработки наружных поверхностей. На станине 1 установлена вертикальная колонна 9 с рабочим гидроцилиндром, насосной станцией 2 и кареткой 7. На левом конце станины расположен стол 10, в рабочем приспособлении которого устанавливают заготовку. Протяжку закрепляют в каретке. Гидроцилиндр перемещает протяжку сверху вниз (рабочий ход).
302
Обработка заготовок на протяжных станках
ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ПРОТЯЖНЫХ СТАНКАХ
1. Характеристика метода протягивания
Протягивание—
высокопроизводительный метод обработки внутренних и наружных поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Протягивают многолезвийным режущим инструментом — протяжкой при ее поступательном движении относительно неподвижной заготовки (главное движение).
Принцип протягивания заключается в том, что размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего, при этом каждый зуб срезает с обрабатываемой поверхности заготовки стружку небольшой толщины, вследствие чего обработанная поверхность имеет малую шероховатость. Несмотря на сравнительно низкую скорость резания при протягивании, этот метод является высокопроизводительным вследствие большой суммарной длины одновременно работающих режущих лезвий.
На рис. 1 а, б
приведены схемы протягивания и прошивания отверстий. При протягивании заготовка
2
торцовой частью опирается на кронштейн станка
1.
Силой
Р
протяжка
3
протягивается через обрабатываемое отверстие заготовки. При прошивании заготовка
2
опирается на стол пресса 5. Сила Р, приложенная к торцу прошивки
4,
проталкивает ее через обрабатываемое отверстие заготовки, В отличие от протяжки, которая работает на растяжение прошивка работает на сжатие. Длина прошивки во избежание продольного изгиба не превышает 15 ее диаметров.
2. Режим резания
Скорость резания.
При протягивании скоростью резания
и
является скорость поступательного движения протяжки относительно заготовки. Скорость резания лимитируется условиями получения обработанной поверхности высокого качества и ограничивается технологическими возможностями протяжных станков. Обычно
и
= 8-ь15 м/мин.
Подача. Движение подачи при протягивании как самостоятельное движение инструмента или заготовки отсутствует. За величину подачи sz,
определяющую толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т. е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки;
sz
является одновременно и глубиной резания. Подача в основном зависит от обрабатываемого материала, конструкции протяжки и жесткости заготовки и составляет 0,01—0,2 мм/зуб. Оптимальные величины режима резания выбирают по справочным данным.
3. Протяжки
По характеру обрабатываемых поверхностей протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Внутренними протяжками обрабатывают различные замкнутые поверхности, а наружными — полузамкнутые и открытые поверхности различного профиля.
По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, многогранные и плоские протяжки. По конструкции зубьев протяжки бывают режущими и уплотняющими. В первом случае зубья имеют острые режущие лезвия, во втором — округленные, работающие по методу пластического деформирования поверхности без снятия стружки. Различают также сборные протяжки со вставными ножами, оснащенными пластинками из твердого сплава.
На рис. 2, а
показаны элементы круглой протяжки.
Элементы круглой протяжки.
Замковая часть (хвостовик)
1Х
служит для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства станка; шейка /2 — для соединения замковой части с передней направляющей частью; передняя направляющая часть /3 вместе с направляющим конусом — для центрирования обрабатываемой заготовки в начале резания.
Режущая часть l4 состоит из режущих зубьев, высота которых последовательно увеличивается на толщину срезаемого слоя, и предназначена для срезания припуска.
Калибрующая часть 4 состоит из калибрующих зубьев, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам последнего режущего зуба, и предназначена для придания обработанной поверхности окончательных размеров, необходимой точности и шероховатости.
Задняя направляющая часть /в служит для направления и поддержания протяжки от провисания в момент выхода последних зубьев калибрующей части из отверстия. Для облегчения образования стружки на режущих зубьях выполняют стружколомные канавки в шахматном порядке.
Геометрия зуба протяжки
. Геометрия зубьев режущей и калибрующей частей показана на рис. 2, б. Передние и задние
углы протяжки измеряют в плоскости, перпендикулярной к главному режущему лезвию. Передний угол у
(5—20°) выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол а (1—4°) в зависимости от класса точности обработки.
(«1») Калибрующие зубья имеют на задней поверхности фаску (ленточку) шириной / = 0,2-^0,3 мм, у которой задний угол ак= 0°. Фаска необходима для того, чтобы после переточки по передней поверхности зуба размеры протяжки не изменялись.
Шаг режущих зубьев tv
протяжки определяют в зависимости от длины
L
протягиваемой поверхности, при этом исходят из того, чтобы в резании участвовало одновременно не менее трех зубьев. Шаг режущих зубьев
tv
= (1,25-*-1,5)
VL
мм; шаг калибрующих зубьев
tK =
(0,6-f-0,7)
tv
мм.
4. Силы резания и мощность при протягивании
Сила резания при протягивании складывается из сил, приложенных ко всем одновременно участвующим в резании зубьям. Сила, действующая на каждый зуб протяжки, может быть разложена на две составляющие: PtJ
направленную вдоль оси,
иРу1
направленную перпендикулярно оси.
Практическое значение имеет лишь осевая составляющая PZf
направленная в сторону, противоположную движению протяжки. Она создает напряжения
ц
протяжке. Для круглых протяжек сила резания (в Н)
для шпоночных и шлицевых протяжек
где Cpz
— коэффициент, характеризующий материал заготовки и условия обработки;
sz
— подача на зуб, мм;
xpz
показатель степени при подаче;
D
— диаметр отверстия, мм;
z
—- число одновременно работающих зубьев протяжки;
п —
число шлицев;
Ку, Ка, Ки, К0
— соответственно коэффициенты, характеризующие влияние переднего и заднего углов, износа и смазочно-охлажда-ющей жидкости.
Значения CPz, хрг, Ку, Ка, Кл, К0
приводятся в справочных материалах по выбору режимов резания. По силе резания
Рг
рассчитывают прочность протяжки на растяжение, эффективную мощность и проверяют возможность выполнения заданного процесса резания на данном станке (тяговая сила станка должна быть больше силы резания).
Эффективная мощность (в кВт)
5. Обработка поверхностей заготовок на протяжных станках
Протяжные станки отличаются простотой конструкции и эксплуатации. Это обусловлено тем, что форма поверхности при обработке на протяжном станке зависит от формы режущих лезвий зубьев инструмента. Основными характеристиками протяжного станка яв-. ляются тяговое усилие и длина хода протяжки. Протяжные станки имеют гидравлический привод и часто работают по полуавтоматическому циклу. В зависимости от вида обрабатываемых поверхностей их делят на станки для внутреннего и наружного протягивания; по направлению главного движения—на горизонтальные и вертикальные.
Горизонтально-протяжной станок.
Этот станок для внутреннего протягивания (рис. 3) состоит из станины 2, насосной
станции 2, гидроцилиндра 5, каретки 4, опорного кронштейна 5
и корыта
6.
Протяжку хвостовой частью вставляют в предварительно обработанное отверстие заготовки и закрепляют в патроне каретки
4.
Каретка с протяжкой получает поступательное движение от штока поршня гидроцилиндра — главное движение iy
Заготовка при протягивании опирается торцом на опорную поверхность кронштейна 5. Поступательное движение протяжке сообщают до тех пор, пока она не выйдет из отверстия заготовки. После окончания протягивания заготовка падает в корыто б, протяжка извлекается из каретки 4,
последняя возвращается в исходное положение (холостой ход ух) и цикл обработки повторяется.
Вертикально-протяжной станок.
Этот станок для наружного протягивания (рис. 4) состоит из основания 7, станины 5, насосной станции
4,
каретки 5, стола
2.
Заготовку устанавливают в приспособлении на столе станка. Протяжку закрепляют в каретке и
от
гидропривода сообщают ей вертикальное поступательное перемещение — главное движение. Протяжка, опускаясь (рабочий ход
vv),
обрабатывает заготовку. Обработанную заготовку снимают, и подвижная каретка быстро возвращается в исходное положение (холостой ход
vx).
(«2») Протяжные станки непрерывной обработки
(рис. 5). Эти станки являются станками высокой производительности. На них обрабатывают заготовки непрерывно. Заготовки
2
устанавливают в приспособлениях замкнутой цепи
1
и сообщают им главное поступательное движение со скоростью
v
относительно неподвижной протяжки
3.
Жесткие направляющие
4
обеспечивают параллельное перемещение цепи в зоне прохождения заготовок под протяжкой.
На протяжных станках непрерывной обработки карусельного типа заготовки устанавливают на вращающемся круглом столе.
Отверстия различной геометрической формы протягивают на горизонтально-протяжных станках для внутреннего протягивания. Размеры протягиваемых отверстий составляют 5—250 мм.
Цилиндрические отверстия протягивают круглыми протяжками после сверления, растачивания или зенкерования. Применяют также протягивание отверстий, полученных
при литье и штамповке, без предварительной их обработки. Обычно длина отверстий не превышает трех диаметров.
Если торец отверстия в заготовке но обработан, то для ее установки применяют приспособления со сферической опорной поверхностью (рис. 6, а).
Заготовка в этом случае может самоустанавливаться (центрироваться) по оси протяжки, даже если торец заготовки не перпендикулярен оси отверстия. В тех случаях, когда при предыдущей обработке предусмотрено получение торца отверстия, перпендикулярного к его оси, заготовка опирается на жесткую (неподвижную) поверхность.
Многогранные отверстия (треугольные, квадратные и т. п.) протягивают многогранными протяжками. Исходной поверхностью для протягивания является круглое отверстие.
На рис. 6, б
приведена схема протягивания квадратного отверстия.
Шлицевые отверстия с различным профилем шлицев протягивают многошлицевыми протяжками, формирующими одновременно весь профиль отверстия.
На рис. 6, в
приведена схема протягивания прямых шлицев. Винтовые шлицы протягивают протяжкой, режущие зубья которой расположены по винтовой линии, с приспособлением, обеспечивающим дополнительное вращение протяжки (рис. VI. 6,
г)
или заготовки.
Шпоночные и другие пазы протягивают протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствует профилю протягиваемого паза. Шпоночные пазы протягивают плоской шпоночной протяжкой (рис. VI. 6, д)
с применением специального приспособления — направляющей втулки
3.
Вдоль всей втулки прорезают прямоугольный паз, который является направляющим для протяжки.
Наружные поверхности различной геометрической формы с прямолинейной образующей протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания, а также на станках непрерывной обработки конвейерного типа.
Протягивание наружных поверхностей успешно применяют вместо других методов обработки с целью снижения ее трудоемкости и стоимости. Наружным протягиванием можно заменить строгание, фрезерование, а в некоторых случаях и шлифование. При протягивании сложных фасонных контуров взамен фрезерования (например, плоских кулачков) не только снижается трудоемкость обработки, но и обеспечивается высокое качество обработанной поверхности. Плоские и более сложные наружные поверхности протягивают плоскими протяжками прямого и фасонного профиля.
На рис. 6, е
приведена схема протягивания вертикальной плоскости.
На специальных протяжных станках можно обрабатывать наружные поверхности заготовок формы тел вращения плоскими (рис. 6, ж)
и дисковыми (рис 6,
з)
протяжками. В обоих случаях заготовке сообщают круговую подачу. Плоская протяжка имеет главное движение — поступательное, а дисковая протяжка — вращательное вокруг своей оси.
Цилиндрические и конические зубчатые колеса наружного зацепления протягивают следующим образом. Цилиндрические зубчатые колеса с прямыми зубьями и другие детали, имеющие наружные пазы, изготовляют последовательным протягиванием впадины между зубьями за один или несколько проходов на горизонтальных и вертикальных протяжных станках с делительными автоматическими устройствами. На специальных протяжных автоматах с непрерывно вращающейся круглой протяжкой специальной конструкции нарезают цилиндрические и конические зубчатые колеса с прямыми зубьями.
При протягивании больших плоскостей применяют протяжные станки туннельного типа,
принцип действия которых заключается в следующем: после закрепления обрабатываемой заготовки на столе станка ее поднимают на установленную высоту; на заготовку надвигается протяжка и обрабатывает ее; после обработки заготовку опускают, освобождают от зажима и удаляют через загрузочное отверстие, а протяжка возвращается в исходное положение.
(«3») 6. Технологические требования к конструкциям деталей машин,
обрабатываемых на протяжных станках
Обрабатывать протягиванием можно лишь отверстия с достаточно толстыми стенками равномерной толщины.
При протягивании отверстий в тонкостенных втулках с буртиками (рис. 7, а)
возникают значительное радиальное давление и неравномерная деформация по длине обрабатываемой поверхности, приводящие к искажению формы отверстия.
Торец протягиваемой заготовки должен быть перпендикулярен оси отверстия со стороны входа и выхода протяжки (рис. 7, б).
Протягивание отверстия в заготовке с наклонным торцом (рис. 7,
в)
вызывает неравномерную нагрузку на зубья протяжки и ее перекос.
Не рекомендуется протягивать отверстия с фасонным сечением: следует максимально упрощать их форму и делать симметричными. Симметричное отверстие (рис. 7, г)
более технологично для протягивания. Для обработки несимметричного отверстия (рис. 7,
д)
требуется протяжка сложной конфигурации.
Наиболее технологично квадратное (или восьмигранное) фасонное отверстие с неполной поверхностью боковых сторон. При этом отверстие сверлят или растачивают до требуемого диаметра „ после чего протягивают углы (рис. 7, е).
Конструкция, показанная на рис. 7,
ж,
менее технологична.
Шлицевые отверстия не должны иметь выточек в средней части (рис. 7, з).
Наличие в отверстии выточки (рис. 7,
и)
может привести к поломке зубьев протяжки вследствие неравномерного съема металла по длине отверстия. При подрезании торцов после протягивания шлицев необходимо на торцах отверстия предусматривать выточки (рис. 7., к), обеспечивающие безударную работу резца.
7.Схемы резания при протягивании
и прошивании
Схема резания при протягивании или прошивании определяется порядком, в котором режущие зубья протяжки или прошивки срезают припуск на обработку. В зависимости от формы, точности и размеров обрабатываемых поверхностей, состояния поверхностных слоев заготовки используют следующие схемы резания: профильную, генераторную
и
прогрессивную.
Профильная схема резания
характеризуется тем, что профиль режущих кромок зубьев протяжки или прошивки соответствует (подобен) профилю обработанной поверхности, то есть каждый зуб срезает слой материала, параллельный обработанной поверхности. Например, при обработке квадратного отверстия (рис. 8, а) все зубья протяжки имеют форму квадрата, стороны которого для каждого зуба увеличены на
2sz.
Обеспечивая высокое качество обработанной поверхности, профильная схема резания вместе с тем имеет следующие недостатки: трудность изготовления и заточки фасонного профиля режущих кромок зубьев; возникновение в некоторых случаях большой силы резания, превышающей или предел прочности протяжки из-за большой ширины среза, равной периметру режущей кромки, или тяговую силу протяжного станка.
Генераторная схема резания
является такой, при которой профиль режущих кромок зубьев протяжки или прошивки не соответствует (не подобен) профилю обработанной поверхности, а представляет собой прямые или дугообразные линии, расположенные по концентрическим окружностям вокруг оси протяжки или прошивки. Каждый зуб протяжки или прошивки при этой схеме резания формирует небольшую часть обработанной поверхности. Следовательно, обработанная поверхность получается только после участия в работе всех зубьев, то есть она образуется суммированием (генерированием) отдельных участков поверхности, обработанных соответствующим зубом. Это и определило название схемы резания.
На рис. 8, б показано, как обрабатывают квадратное отверстие по генераторной схеме резания. Каждый зуб протяжки имеет форму дуги. Радиус каждого последующего зуба возрастает на величину Sz.
Шероховатость обработанной поверхности при генераторной ч:хеме резания большая, чем при профильной схеме резания, поскольку остаются следы между участками поверхности от обработки отдельными зубьями.
Прогрессивная схема резания
представляет собой такую схему, при которой режущие кромки на зубьях протяжки или прошивки расположены не по всему периметру зуба, а на части его. Например, при протягивании отверстия (рис. 8, в) или плоскости (рис. 8, г) первый и второй зуб срезают материал толщиной
sz
не по всей длине зуба, а только определенные участки материала: первый зуб — участки, показанные на рис. 8,
в, г
темными, второй — светлыми. В результате последовательной работы двух зубьев удаляется слой материала толщиной sz. Далее в работу вступает третий зуб, который снимает в следующем слое лишь одни (темные) участки материала толщиной
sZt
а четвертый зуб— лишь другие (светлые). Таким образом, снимается второй слой толщиной
sz
и т. д., пока не будет срезан весь припуск.
Режущая часть протяжки при прогрессивной схеме резания разделена на несколько групп (секций) по два-четыре зуба в каждой группе с общим подъемом sz
каждой следующей группы относительно предыдущей. Внутри группы зубья не имеют подъема относительно друг друга.
(«4») Такое разделение работы зубьев приводит к значительному снижению силы резания. Это позволяет каждому зубу протяжки срезать слой материала толщиной, в 3—10 раз большей, чем при профильной схеме резания, так как этот слой срезается не одним зубом, а несколькими зубьями, входящими в отдельные группы, внутри которых отсутствует подъем на зуб. Поэтому длина режущей части протяжки или прошивки при прогрессивной схеме резания почти такая же, как и при профильной схеме.
Прогрессивную схему резания применяют для обработки заготовок с твердой коркой (литье, поковка), а также для обработки внутренних поверхностей значительных размеров. Кроме того, при Прогрессивной схеме резания можно снимать значительно большие припуски, чем при профильной.
Для уменьшения ширины стружки и лучшего размещения ее во впадинах на режущих кромках делают специальные стружкоразделительные канавки, которые разполагают в шахматном порядке.
8. Износ, стойкость и заточка протяжек
и прошивок
Износ зубьев протяжки или прошивки происходит по задней (% передней поверхностям, по ленточке калибрующих зубьев и по «толкам. Наиболее характерным и чаще всего ограничивающим актором является износ по задней поверхности зубьев h3
(рис. 9).
На рис. 9, а показан износ зубьев шпоночной протяжки без стружкоразделительных канавок. В этом случае наибольший размер площадки износа h3
наблюдается у уголков, то есть в местах. сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок.
При наличии стружкоразделительных канавок наибольший размер площадки износа h3
имеется в местах сопряжения стружко-разделительной канавки с задней поверхностью зубьев. На рис. 52,
б, в
изображены схемы износа зубьев соответственно шпоночной протяжки и круглой прошивки со стружкоразделительными канавками.
Максимальный размер площадки износа в местах сопряжения режущих кромок и стружкор азделительных канавок с задней поверхностью зубьев объясняется тем, что на этих участках температура нагрева режущей кромки несколько выше, чем на всей остальной части зуба, из-за увеличения здесь сил трения ввиду образования радиусов скругления режущих кромок.
Протяжку и прошивку применяют в основном для чистовой обработки. Поэтому критерием износа их зубьев является технологический критерий, то есть ухудшение шероховатости, искажение геометрии или изменение размеров обработанной поверхности.
Применение смазывающе-охлаждающих жидкостей снижает интенсивность износа зубьев прошивки и протяжки. Поскольку протягивание или прошивание происходит при невысоких скоростях резания (0,5—14 м/мин), рационально применять смазывающе-охлаждающие жидкости, отличающиеся в большей степени смазывающими свойствами, чем охлаждающими. Например, можно использовать различные растительные масла, сульфофрезол, 20%-ную эмульсию и др.
Допустимый размер износа по задней поверхности зубьев протяжки или прошивки составляет 0,2—0,3 мм. При повышенных требованиях к шероховатости (в пределах Ra =
0,63-0,16 мкм) обработанной поверхности допустимый размер износа
h3
не должен превышать 0,08—0,1 мм.
Стойкость
протяжек и прошивок в зависимости от материала их режущей части, обрабатываемого материала и точности обработки изменяется в широких пределах. Поскольку протяжки и прошивки являются трудоемкими в изготовлении и дорогостоящими, необходимо более точно устанавливать экономически обоснованный период стойкости, который зависит от многих факторов.
Экономическую стойкость протяжки и прошивки можно определить по формуле
где Тэ
— экономическая стойкость, мин;
m
— показатель относительной стойкости, равный 0,5—0,87; i — длина протягиваемой поверхности одной заготовки, мм;
q
— количество одновременно обрабатываемых заготовок;
Lv
— длина рабочего хода станка, мм;
k = v/vx
— коэффициент, учитывающий соотношение между скоростью рабочего хода и обратного (холостого), обычно & = 0,4-=-0,5; т — время простоя станка, связанное с заменой затупившегося инструмента, мин, обычно т = 3ч-5мин; Фд — действительный годовой фонд времени работы станка, ч; Сст — стоимость станка, руб.; Сзд — стоимость 1 м3 здания цеха, где находится станок, руб.; Си — стоимость инструмента, руб.;
at —
процент отчисления на текущий ремонт станка; а2, азд — проценты амортизации станка и здания цеха;
Q
— площадь здания цеха, занимаемая станком, м2;
h
— высота здания цеха над площадью Q, м;
NQ
— мощность электродвигателя станка, кВт;
е
— стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб.; Зст — часовая заработная плата рабочего-станочника, руб.;
РСТ
— процент начисления на заработную плату рабочего-станочника; ft3 — максимально допустимый износ по задней поверхности зубьев, мм; Д — допуск на переточку, мм;
у, а
— соответственно передний и задний угол инструмента;
d
— длина спинки зуба, мм;
Т3
— время, затрачиваемое на одну переточку, мин; 33 — часовая заработная плата заточника, руб.;
Р3
— процент начисления на заработную плату заточника с учетом расходов на транспортировку инструмента в заточное отделение и обратно.
Можно рекомендовать следующие периоды стойкости протяжек и прошивок, изготовленных из быстрорежущей стали, для обработки стальных заготовок: шпоночные -120 мин; шлицевые -420 мин; цилиндрические -180 мин. При обработке чугунных заготовок период стойкости Т
протяжек и прошивок примерно в 1,5 раза больше, чем при обработке стальных заготовок. Стойкость инструмента из легированных сталей (например, ХВГ) в 2—2,5 раза меньше стойкости протяжек и прошивок из быстрорежущей стали, а оснащенных пластинками из твердого сплава — больше в 12—18 раз.
Заточку
протяжек и прошивок выполняют в основном только по передней поверхности зуба. Очень редко эти инструменты затачивают (шлифуют) по задней поверхности. Заточку производят тарельчатыми кругами, у которых радиус боковой конусной поверхности меньше радиуса кривизны передней поверхности зуба в сечении, нормальном к ней. Для заточки используют специальные заточные станки.
9. Сила и скорость резания при протягивании
(«5») и прошивании
Процесс резания при протягивании и прошивании сопровождается теми же явлениями, что и при других видах обработки резанием, например при точении (упругие и пластические деформации срезаемого слоя материала, тепловыделение, наростообразование, трение и износ режущих элементов инструмента).
При обработке стальных заготовок образуется сильно деформированная сливная стружка, а при обработке чугунных — стружка надлома. Нормальная работа протяжки и прошивки зависит главным образом от формы и размеров стружки, поскольку впадины между зубьями должны быть таких размеров, чтобы в них свободно размещалась стружка. Избыток стружки во впадине заклинивает инструмент в отверстии и приводит к его разрыву или продольному изгибу.
В процессе резания на протяжку или прошивку действует сила сопротивления материалов резанию, которую в общем случае (при λ≠0)
можно разложить на три составляющие:
Рг, Ру
и
Рх.
Сила
Р2
действует вдоль оси движения инструмента и в сторону, противоположную главному движению; сила
Ру
перпендикулярна оси движения и плоскости, касательной к режущей кромке в рассматриваемой точке и расположенной параллельно оси движения,, и направлена в зуб; сила
Рх
перпендикулярна силам
Р2
и
Ру
и действует в сторону задней поверхности зубьев протяжки или прошивки.
11. Основные условия техники безопасности при
протяжных работах
preview_end()
