Проектирование круглых протяжек

Несмотря на многообразие протяжек для обработки внутренних поверхностей их разновидности имеют те же конструктивные и геометрические параметры, что и протяжки для обработки цилиндрических отверстий (рис. 3.20).

Рис. 26.1. Конструктивные параметры протяжки (1 – хвостовик; 2 – шейка; 3 – переходный конус; 4 – передняя направляющая часть; 8 – опорная цапфа)

Хвостовик служит для закрепления протяжки в патроне протяжного станка. Формы и размеры хвостовиков протяжек нормализованы: ГОСТ 4044-70 – хвостовики круглые для протяжек, ГОСТ 4043-70 – хвостовики плоские для протяжек.

Передняя направляющая часть протяжки (или просто: передняя направляющая) предназначена для установки обрабатываемой детали на протяжке перед протягиванием. Она обеспечивает плавный, без перекосов, переход детали на режущую часть протяжки. Длина передней направляющей должна быть не меньше длины детали.

Номинальные размеры диаметров передней направляющей и предварительно подготовленного отверстия одинаковы, а зазор обеспечивается выбором посадок. Диаметр выполняется по посадке . Шейка 2 и переходной конус 3 связывают хвостовик с передней направляющей. На шейку обычно наносят маркировку протяжки: ; мм в зависимости от размеров протяжки

Режущая часть протяжки снабжается большим количеством зубьев и производит всю работу по срезанию припуска. Профили режущих кромок и поперечные размеры зубьев режущей части постепенно изменяются: первый зуб соответствует размерам предварительного отверстия, последний – форме и размерам готового отверстия. Промежуточные режущие зубья последовательно увеличиваются в размерах, благодаря чему при протягивании осуществляется срезание зубьями припуска без движения подачи.

Калибрующая часть протяжки также имеет зубья, но в меньшем количестве; их размеры и форма одинаковы и соответствуют форме и размерам готового отверстия. Поэтому калибрующая часть гарантирует получение размеров готового отверстия и пополняет режущие зубья, выходящие из строя от износа, при переточках (первый калибрующий зуб становится последним режущим и т.д.).

Задняя направляющая препятствует перекосу детали на протяжке и повреждению обработанной поверхности детали в момент выхода из отверстия последних калибрующих зубьев; ее диаметр образует с диаметром обработанного отверстия сопряжение типа посадки .

Опорная цапфа выполняется только на тяжелых и длинных протяжках и служит для их поддержания с помощью люнета.

Геометрические параметры зубьев протяжки и размеры среза покажем на примере шпоночной протяжки (рис. 3.21). Размеры зубьев протяжки характеризуются следующими величинами:

- осевой шаг (измеряется параллельно оси протяжки);

- глубина стружечной канавки;

- ширина задней поверхности;

- радиус закругления дна стружечной канавки;

- ширина зуба (ширина среза);

и - передний и задний углы;

- вспомогательный угол (угол поднутрения) выполняется на зубьях шпоночных и шлицевых протяжек.

Рис. 26.2. Геометрические параметры зубьев протяжки и размеры среза при протягивании

Величины углов зависят от обрабатываемого материала и типа протяжки и изменяются в пределах . Меньшее значение следует выбирать для обработки чугуна; для углеродистых и малолегированных сталей принимается .

У протяжек с односторонним расположением зубьев и свободным направлением в отверстии не делают больше во избежание «подхватывания» протяжки обрабатываемым материалом.

У протяжек задний угол для точных отверстий обычно выбирают в пределах с целью сохранения размера зубьев. Для других типов протяжек принимают:

- протяжки круглые и гранные для отверстий Н7-Н9 - ; для отверстий грубее Н9 - для шпоночных и пазовых с односторонним расположением зубьев , а для наружных протяжек .

Размеры срезаемого каждым зубом слоя определяются следующими параметрами: - подача на зуб, - ширина среза, - длина протягивания.

Разность размеров соседних зубьев протяжки по высоте называется подъемом протяжки на зуб ; эта величина и определяет толщину среза : .

Для протяжек с односторонними зубьями (плоские, шпоночные) подъем на зуб равен:

; (3.21)

для симметричного расположения зубьев относительно оси протяжки (круглые, шлицевые, квадратные):

. (3.22)

Разность между размерами последнего и первого зубьев протяжки называется суммарным подъемом протяжки:

(3.23)

При проектировании протяжек применяют профильную, генераторную и прогрессивную (групповую) схемы резания (срезания припуска). На рис. 3.22 показаны схемы резания для некоторых характерных операций протягивания.

По профильной схеме каждый режущий зуб протяжки срезает относительно тонкие и широкие слои материала параллельно обработанной поверхности. Эта схема применяется в основном для протяжек, обрабатывающих поверхности простых форм, например цилиндрических, так как изготовление точного профиля на всех зубьях протяжки, имеющих разные размеры, и их заточка затруднительны.

Рис. 26.3. Схемы срезания припуска при протягивании

При работе с прогрессивной (групповой) схемой резания широкий слой металла снимается не каждым зубом, а группой из нескольких (2...5) зубьев, имеющих одинаковый диаметр или высоту, при этом первые зубья вырезают в металле канавки, а последующие – промежутки. Каждый зуб срезает узкую, но более толстую стружку, чем по профильной схеме. Обработанная поверхность окончательно оформляется зубьями, работающими по профильной схеме.

Ступенчатая (генераторная) схема протягивания характеризуется срезанием припуска относительно узкими слоями, расположенными перпендикулярно или наклонно к обработанной поверхности. Срезание припуска производится режущими зубьями, имеющими переменный профиль, постепенно переходящий от прямолинейной или круглой формы к заданному профилю. Окончательное формирование поверхности изделия производится зубьями, имеющими профиль, совпадающий с заданным. Преимуществом генераторных протяжек является их технологичность, недостатком – более низкая точность профиля изделия по сравнению с профильной схемой.

Протяжки для обработки плоскостей и цилиндрических отверстий по профильной схеме получаются конструктивно и технологически проще, чем по прогрессивной и генераторной схемам. Квадратные и шестигранные, а также плоские протяжки для фасонных поверхностей, выполненные по генераторному принципу, легче в изготовлении, чем протяжки обыкновенной конструкции (профильные).

С другой стороны, следует иметь в виду и условия эксплуатации протяжек. Например, зубья плоской протяжки обыкновенной конструкции при работе по корке выкрашиваются, а по генераторной схеме, перерезая корку поперек, хорошо сопротивляются выкрашиванию.

Цилиндрические протяжки с прогрессивной схемой резания срезают более толстую стружку и получаются короче.

Во многих случаях протягивания сложных поверхностей отдельные их участки образуются по профильной схеме, другие – по генераторной, т.е. комбинированно. Например, при протягивании шпоночных пазов и шлицевых отверстий дно канавок образуется по профильной схеме, боковые стороны – по генераторной.

Припуски при протягивании выбираются в зависимости от вида протягивания и качества выполнения предварительного отверстия. Различают припуск на сторону А и припуск на диаметр: (рис26.4).

Рис. 26.4. Припуски при протягивании различных видов отверстий (а – круглое отверстие; б – шлицевое отверстие; в – гранное отверстие)

При обработке протяжками цилиндрических отверстий величина в зависимости от диаметра и длины протягивания изменяется от 0,3 до 1,6 мм; для плоских протяжек при черновой обработке мм, после предварительной обработки - мм.

Диаметр предварительного отверстия определяется как

где - диаметр окончательного отверстия, который равен - для отверстий Н7 и Н9 и - для отверстий, выполняемых по Н10 и грубее.

Для гранных отверстий, профиль которых образован прямыми линиями, наименьший диаметр обработки принимается равным диаметру вписанной окружности (рис. 3.23, в).

Зуб протяжки должен удовлетворять следующим требованиям:

1) геометрическая форма зуба должна обеспечивать наибольшую стойкость и возможно большее число переточек;

2) форма канавки должна обеспечивать свободное стружкообразование и завивание, а объем канавки должен быть достаточным для размещения стружки.

При протягивании стали и других пластичных металлов этим требованиям удовлетворяют зубья с криволинейной спинкой (рис. 3.24, а). Передняя поверхность, дно канавки и спинка соединены плавными переходами, что обеспечивает беспрепятственное движение стружки и достаточно большой объем для ее размещения.

Рис. 26.5. Профили зубьев протяжки

Зубья с криволинейной спинкой применяются в протяжках прогрессивных конструкций, когда из-за повышенной толщины среза образуется большее количество стружки.

При протягивании хрупких материалов (чугун, бронза), а также стали протяжками обыкновенных конструкций допустимо применение зубьев с прямолинейной спинкой, которая проще в изготовлении (рис. 3.24,б). При больших шагах и мелких канавках может применяться удлиненная форма зуба (рис. 3.24,в).

Элементы профиля зуба связаны следующими соотношениями (см. рис. 3.24):

(3.24)

Расчетные значения и округляются до чисел, кратных 0.5, а радиус - до чисел, кратных 0.1 мм.

Шаг зубьев является вторым основным параметром протяжки после толщины среза . Чем меньше , тем короче протяжка, ниже ее стоимость, плавнее ход и выше качество обработки. С другой стороны, при малых ( постоянно) возрастает нагрузка на станок и опасность разрыва протяжки.

Шаг режущей части и профиль зубьев определяют объем стружечной канавки и длину протягивания. Для упрощения расчетов объем канавки заменяется площадью поперечного сечения круга (рис.3.25).

Рис. 26.6. Схема к определению шага режущих зубьев протяжки

Если - длина протягивания, - подача на зуб, то площадь стружки . Активная площадь канавки . Параметр называется коэффициентом заполнение стружечной канавки и должен иметь минимальное значение:

(3.25)

откуда (3.26)

Зная и учитывая, что , можно определить минимальный шаг:

(3.27)

Величина - при условии, что мм. По зависимости (3.27) определяется ориентировочный шаг. Значения минимальных коэффициентов заполнения стружечной канавки ; для хрупких материалов , для пластичных – .

При работе протяжки (как и фрезы) в каждый момент времени в резании участвует целое число зубьев, но это число периодически становится то больше, то меньше на единицу (см. рис. 3.26).

При увеличении количества одновременно работающих зубьев, т.е. уменьшении шага протяжки , повышается плавность работы и улучшается качество обработки. Обычно при конструировании протяжек в зависимости от длины протягивания; - для коротких отверстий длиной 12...30 мм, а для отверстий длиной более 150 мм величина . Обычно зубьев. Очевидно

(3.28)

Рис. 26.7. К определению количества одновременно работающих зубьев

Если отверстие имеет расточку длиной (рис. 3.27), то количество одновременно работающих зубьев находится по зависимости

(3.29)

Из (3.28) видно, что каждому данному значению и соответствует ряд значений шагов:

(3.30)

Рис. 26.8. К определению одновременно работающих зубьев для протягивания отверстия с выточкой

Поперечные размеры и форма первого зуба протяжки соответствует размерам и форме предварительно подготовленного отверстия:

, (3.31)

а последнего зуба – готовому отверстию и размерам калибрующего зуба:

. (3.32)

Промежуточные зубья имеют форму, изменяющуюся в зависимости от принятой схемы протягивания, а их поперечные размеры получаются последовательным увеличением размера предыдущего на величину подачи:

для протяжек двухстороннего резания

(3.33)

для плоских протяжек

или . (3.34)

Хотя режущие зубья протяжкн не дают окончательного размера детали по диаметру, и по существу их размеры являются свободными, на них назначаются жесткие допуски, зависящие от и номинального диаметра протягивания: для d=18 мм и мм допуск мм; для d=120 мм и мм допуск мм.

Число режущих зубьев определяется суммарным подъемом протяжки (3.23) и величиной подачи на зуб , приходящейся на один зуб или группу зубьев:

для протяжек с симметричным расположением зубьев (круглые, шлицевые, гранные)

; (3.35)

для протяжек с односторонним расположением зубьев (шпоночные, плоские)

(3.36)

Второе слагаемое в (3.35) и (3.36) учитывает уменьшенную толщину стружки на переходных режущих зубьях.

Для режущей части для протяжек с прямыми (невинтовыми) зубьями:

(3.37)

Допуск на длину режущей части принимается равным мм.

При протягивании стали и других пластичных материалов образуется сплошная и очень прочная стружка, и ввиду большой суммарной длины лезвия стружку желательно делить на части, чтобы облегчить размещение стружек в канавке и последующее их удаление.

Дробление стружки у протяжек обычной конструкции осуществляется при помощи стружкоделительных канавок, располагаемых на всех режущих зубьях в шахматном порядке; профиль канавки может быть прямоугольным, круглым, угловым, чаще применяется последний (рис. 3.28).

Рис. 26.9. Размеры стружкоделительных канавок

Размеры стружкоделительных канавок зависят от размера зуба и назначаются в следующих пределах:

мм; ; мм; мм и мм.

Количество канавок подсчитывается по следующей зависимости:

. (3.37)

Поперечные размеры и форма всех калибрующих зубьев выполняются такими же, как и у последнего режущего зуба, и соответствуют форме и размерам обрабатываемой детали

(3.38)

где - размер готового отверстия с учетом верхнего предельного отклонения; - остаточная деформация в металле («разбивка» – для толстостенных деталей, «усадка» – для тонкостенных деталей). Поэтому в формуле (3.38) знак минус берется при разбивке, а знак плюс – при усадке (рис. 3.29).

Рис. 26.10. Определение исполнительного размера калибрующих зубьев протяжки: а - разбивка отверстия; б - усадка отверстия

Обычно мм – для коротких протяжек длиною 700-800 мм; - для длинных протяжек ( мм).

Допуск на калибрующие зубья составляет 1/4...1/5 допуска на протягиваемое отверстие и принимается со знаком минус.

. (3.39)

Такой же допуск имеют два смежных с калибрующими режущих зуба.

Стружечные канавки у калибрующих зубьев имеют такую же форму, как и у режущих зубьев, однако геометрия калибрующего зуба отличается от режущего. На калибрующих зубьях затачиваются, а затем доводятся до шероховатости не ниже калибрующие ленточки, величина которых равна 0.2 мм на первом зубе и увеличивается до 0.8...1.0 мм – на последнем. Ленточка служит для сохранения размеров при переточках. Однако лучше принимать мм постоянной на всех зубьях в целях облегчения изготовления протяжек.

Задние углы калибрующих зубьев - для двухсторонних протяжек и - для протяжек с односторонним расположением зубьев.

Малые значения углов обеспечивают медленное уменьшение поперечных размеров калибрующих зубьев при переточках и получение годных отверстий (в пределах допуска) за все время эксплуатации протяжки.

Передние углы калибрующих зубьев равны передним углам режущих зубьев, так как калибрующие зубья при переточках постепенно переходят в режущие (рис. 3.30).

Количество калибрующих зубьев должно быть таким, чтобы обеспечивать нормальное число переточек (8...15). Рекомендуется выбирать в следующих пределах: у протяжек для отверстий точности Н6 и Н7 ; у протяжек для отверстий точности Н9 и грубее , а у протяжек с односторонними зубьями .

Шаг калибрующих зубьев принимается равным шагу режущих зубьев, для протяжек точности Н6 и Н7 , но не менее 4мм.

Рис. 26.11 Геометрия калибрующего зуба протяжки

Длина калибрующей части

. (3.40)

При протягивании прерывистых поверхностей с расточками длина калибрующей части должна быть не менее длины расточки. В этом случае

.

Количество калибрующих зубьев здесь может быть больше, чем приведено выше, и определяется условием:

.

Допустимые отклонения на длину калибрующей части - мм.

Общая длина протяжки

мм ,

где - длина протяжки до первого зуба.

Наибольшая длина протяжки ограничивается: ходом каретки станка, экономическими соображениями, технологическими условиями обработки протяжки и сложностью термообработки. Обычно =700...1500 мм – для круглых протяжек при d=12...50 мм и =600...1500 мм – для шпоночных и плоских протяжек.

Ввиду сложности учета всех видов деформации, возникающих при работе протяжек, проверку их на прочность производят только с учетом деформации растяжения

,

где - сила протягивания, Н; - минимальная площадь сечения протяжек, (принимается по первой стружечной канавке или по хвостовику в том месте, где она ослаблена выемками под крепежные элементы); - допускаемое напряжение в материале протяжки, МПа.

Значение следует принимать в пределах: =300...350 МПа для цилиндрических, шлицевых и гранных протяжек; =150...200 МПа – для шпоночных и плоских протяжек. Меньшие значения относятся к протяжкам из легированной инструментальной стали, большие – из быстрорежущей стали.

Виды протяжек

По назначению протяжки подразделяются на две группы: - для обработки внутренних поверхностей (отверстий) и для обработки наружных поверхностей.

1. Протяжки для обработки внутренних поверхностей бывают:

- круглые – для обработки круглых отверстий:

- шлицевые – для обработки шлицевых отверстий с любым типом шлицев;

- шпоночные – для обработки шпоночных пазов и пазов вообще;

- гранные – для многогранных отверстий;

- протяжки для обработки винтовых канавок.

2. Протяжки для обработки наружных поверхностей различного профиля.

За последние годы получили распространение протяжки для обработки зубчатых колес, протягивания цилиндрических поверхностей валов, наружных шлицев разного профиля на валах, канавок в форме ласточкина хвоста, Т-образных пазов, елочных профилей и др. (рис. 3.19).

Рис. 26.12. Сложнопрофильные поверхности, обрабатываемые протягиванием

По конструктивному исполнению протяжки могут быть цельными и сборными (составными).

По направлению лезвий относительно скорости главного движения резания различают протяжки с кольцевыми и винтовыми зубьями (протяжки для внутреннего протягивания) или с прямыми и наклонными зубьями (протяжки для наружного протягивания, плоские и шпоночные).

По материалу режущей части различают протяжки из инструментальной стали, быстрорежущей стали, твердых сплавов.

По применяемой схеме срезания припуска различают протяжки с профильной (или обыкновенной), прогрессивной (или групповой) и генераторной (или ступенчатой) схемами резания.

По числу протяжек в комплекте различают протяжки однопроходные и многопроходные (комплектные).

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: