Лекции по "Режущий инструмент"

    При большей толщине среза жесткость  стружки мешает ее завиванию во впадине между зубьями. Стружка упирается в дно впадины, в результате чего возможны ее заклинивание и даже поломка протяжки.

    Стружкоделительные  канавки прорезают шлифовальным кругом при небольшом (2...3°) поднятии заднего центра протяжки для создания заднего угла по дну канавки. При  этом ослабляются режущие кромки зубьев в точках пересечения канавок с задней поверхностью. Это приводит к более интенсивному износу зубьев на этих участках и, соответственно, к снижению стойкости протяжки.

    Схема группового резания отличается от вышеописанной тем, что все режущие зубья делятся на группы или секции, состоящие из 2...5 зубьев, в пределах которых зубья имеют одинаковый диаметр. Припуск по толщине делится между группами зубьев, а по ширине -между зубьями группы благодаря широким выкружкам, выполненным в шахматном порядке. Каждый зуб снимает отдельные части припуска участками режущей кромки, где нет выкружек. При этом благодаря большой ширине выкружек снимаемая стружка не имеет ребер жесткости, хорошо скручивается в канавках между зубьями, даже при увеличении толщины среза до аz = 0,3...0,4 мм при обработке стали и до аz = 1,0... 1,2 мм - при обработке чугуна. За счет этого при групповой схеме резания возможно существенное сокращение длины режущей части протяжки.

Рисунок 15 – Схемы резания, применяемые  при протягивании

    Широкие выкружки на зубьях обеспечивают увеличение угла стыка выкружек и режущих  кромок до 130... 150°, что в сочетании  с задними углами 4...6° на вспомогательных  режущих кромках, полученными при  вышлифовывании выкружек, обеспечивает повышение стойкости протяжек в 2-3 раза по сравнению с одинарной схемой резания.

    При проектировании протяжек с групповой  схемой резания последний зуб в группе, не имеющий выкружек и выполняющий роль зачистного, делают с занижением на 0,02...0,04 мм по диаметру относительно других зубьев. Это необходимо, чтобы избежать образования кольцевых стружек, возможных при упругом восстановлении обработанной поверхности после прохода прорезных зубьев.

    Недостатком групповой схемы резания является повышенная трудоемкость изготовления протяжки по сравнению с одинарной схемой. Форма режущих кромок зубьев протяжки определяется принятой схемой формирования обработанной поверхности.

    При профильной схеме контур всех режущих  кромок подобен профилю протягиваемого отверстия. При этом в окончательном формировании обработанной поверхности принимают участие только последние зубья, а остальные служат для удаления припуска. При сложной форме отверстий использование такой схемы нецелесообразно, так как усложняет изготовление протяжки. Профильная схема в основном применяется при формировании простых по форме поверхностей, например, круглых или плоских.

    При использовании генераторной схемы  форма режущих кромок не совпадает с формой обработанной поверхности, которая формируется последовательно всеми зубьями. В этом случае упрощается изготовление протяжки путем шлифования напроход всех зубьев абразивным кругом одного профиля. Однако при этом на обработанной поверхности возможно появление рисок вследствие погрешностей заточки зубьев, что ухудшает качество обработанной поверхности.

    При высоких требованиях к шероховатости  обработанной поверхности рекомендуется использовать комбинированную схему, при которой два-три последних режущих и калибрующие зубья работают по профильной, а остальные — по генераторной схеме.

    Работоспособность протяжки во многом зависит от выбранной формы зубьев и размеров стружечных канавок. Зубья протяжки должны удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать возможно большее количество переточек; иметь определенный запас прочности и тем самым противостоять действующим на него силам; иметь геометрию, при которой обеспечивается наибольшая стойкость протяжки; форма и размеры стружечной канавки должны обеспечивать завивание стружки в плотный виток, а объем канавки должен быть достаточным для свободного размещения стружки, срезаемой за время контакта зуба с заготовкой.

Рисунок 16 – Профиль режущих зубьев и  стружечных канавок протяжек

    Увеличение  размеров зубьев и стружечных канавок  ограничивается допустимыми значениями длины протяжки и ее прочностью.

    На  рис. 16 показаны профили зубьев и  стружечных канавок: с прямолинейной (а) и криволинейной спинками (б), с канавкой удлиненной формы (в). Зубья с прямолинейной спинкой проще в изготовлении, но с точки зрения условий завивания и размещения стружки уступают форме с криволинейной спинкой. Они используются в основном у протяжек с одинарной схемой резания при обработке сталей и хрупких материалов. При обработке стали и других пластичных металлов протяжками с групповой схемой резания, когда снимаются толстые стружки, рекомендуется использовать зубья с криволинейной спинкой, плавно сопрягающейся с передней поверхностью зуба.

    Передний  угол у выбирается по рекомендациям  в зависимости от обрабатываемого  материала. Так, для сталей разных групп обрабатываемости 10...20°, для чугунов разной твердости 4... 10°, для алюминия и меди 12... 15°.

    Учитывая, что зубья внутренних протяжек перетачиваются только по передней поверхности и  при переточке их диаметр уменьшается, на черновых зубьях задний угол 3°, на чистовых 2°, а на калибрующих 0...10. Эти значения задних углов значительно меньше оптимальных, в результате чего снижается стойкость инструмента. Однако увеличивать их нельзя, так как это привело бы к быстрой потере размера протяжки при переточках.

    Одним из важных этапов проектирования внутренних протяжек является проверка канавок на помещаемость снимаемой стружки. Это объясняется тем, что стружка, образуемая в процессе протягивания, не имеет свободного выхода. Она должна скручиваться в форме валика, диаметр которого приблизительно равен высоте зуба. Отсюда необходимый и достаточный объем канавки определяется из соотношения объемов канавки и стружки. Величина этого отношения называется коэффициентом заполнения канавок.

    В конструкциях деталей машин часто встречаются сквозные отверстия многогранной формы: треугольные, квадратные, прямоугольные, шестигранные и др., которые обрабатывают гранными протяжками.

    Использование профильной схемы резания здесь нецелесообразно, так как режущие кромки в форме квадрата в местах пересечения боковых сторон имеют задние углы, близкие к нулю. С учетом того, что условия деформирования и отвода срезаемой стружки на этих участках неблагоприятны, это приводит к быстрому износу протяжки по углам.

    При генераторной схеме удается избежать этих нежелательных явлений, так как в этом случае главные режущие кромки зубьев выполняют по дуге окружности, радиус которой изменяется в зависимости от принятых величин подъема на зуб. Вспомогательные кромки имеют профиль, подобный геометрической форме протягиваемого отверстия.

    Оформление  главных режущих кромок в виде дуг окружности обеспечивает хорошее центрирование протяжки в отверстии, лучшие условия обработки и отвода стружки. Такие протяжки в изготовлении более технологичны, так как режущие зубья могут быть прошлифованы кругом одного профиля напроход на круглошлифовальных станках.

    Протяжки  для обработки  шлицевых отверстий. Шлицевые отверстия широко распространены в машиностроении. Они используются для обеспечения подвижных и неподвижных соединений типа вал-втулка и передачи больших крутящих моментов. Из-за сложной формы шлицевых отверстий обработка их протягиванием предпочтительнее других способов, так как обеспечивает более высокие производительность, точность размеров и взаимного расположения поверхностей.

    Формы пазов шлицевых отверстий могут  быть: а) прямобочные; б) эвольвентные; в) трапецеидальные; г) елочные (треугольные) и др.

    Шлицевые  протяжки внешне похожи на шлицевые валы, шлицы которых превращены в режущие зубья путем прорезания стружечных канавок и создания передних и задних углов. Для удаления срезаемого припуска во впадинах шлицев высота зубьев к переменна. При использовании одинарной схемы резания каждый последующий зуб выше предыдущего на величину подъема аz.

    В зависимости от глубины пазов, определяющих толщину срезаемого припуска, шлицевые протяжки изготавливаются комплектами из двух, трех и более штук. При этом условия деформации срезаемого слоя очень тяжелые, так как стружка снимается с нескольких поверхностей пазов. Это также ухудшает ее свертываемость и размещение в стружечных канавках. Из-за большой усадки стружка часто заклинивается в пазах и ухудшает обработанную поверхность.

    На  рис. 17 показаны шлицевое отверстие  и протяжка в сечении, нормальном к ее оси, а на рис. - распределение припуска при одинарной схеме резания и форма зуба протяжки соответственно. Отверстие под протягивание получают растачиванием, зенкерованием или развертыванием. Образование пазов по наружному диаметру производится по профильной схеме резания, а по боковым сторонам - по генераторной схеме. При ширине шлицевого паза свыше 6 мм на главных режущих кромках при переходе от одного зуба к другому в шахматном порядке выполняют одну или две стружкоразделительные канавки. В отличие от круглых протяжек, у шлицевых протяжек стружкоразделительные канавки делают на всех режущих и даже на калибрующих зубьях. Для снижения трения шлицевых выступов зубьев протяжки о боковую поверхность пазов выполняется вспомогательный угол в плане на боковых сторонах зуба 1°30'...2° с оставлением фаски шириной 0,8... 1,0 мм для лучшего направления протяжки в отверстии. Это делается в том случае, когда высота зуба больше 1,5 мм. Такой конструкции шлицевой протяжки свойственны те же недостатки, что и круглым протяжкам с одинарной схемой резания. В частности, наличие ребра жесткости на срезаемой стружке ухудшает ее свертываемость и не позволяет увеличивать подъем на зуб. Чтобы исправить этот недостаток шлицевых протяжек, была предложена групповая схема резания.

    Обычно  она применяется в том случае, когда число шлицев больше 6...8, длина  отверстия > 30 мм, а глубины пазов  большие. Такие протяжки изготавливаются диаметром до 450 мм.

    Суть  групповой схемы резания заключается  в том, что группа или секция состоит из двух зубьев: первый зуб с выкружками по уголкам является прорезным, а второй - зачистным. При этом второй зуб делают с занижением по диаметру на величину 0,03...0,04 мм. При ширине зубьев свыше 18 мм на первом зубе делают дополнительную выкружку посередине режущей кромки. Ширина стружки, снимаемая обоими зубьями, делится между ними. Снимаемая первым зубом стружка не имеет ребра жесткости, хорошо скручивается в канавках, не касаясь стенок отверстия. Второй зуб снимает узкие стружки, которые также хорошо скручиваются и легко удаляются из канавок в конце протягивания.

    Благодаря этому удалось увеличить подъем на черновых зубьях до 0,3 мм и за счет этого значительно сократить  длину протяжки. На чистовых зубьях подъем на зуб 0,010. ..0,015 мм, при этом разделение зубьев на секции не производят.

    С целью повышения точности и качества шлицевых отверстий, а также сокращения числа протяжек в комплекте применяют  комбинированные протяжки с режущей частью, состоящей из круглых, фасочных и шлицевых зубьев. Чаще всего вначале располагают фасочные зубья. Они удаляют значительную часть припуска из шлицевой впадины, формируют фаску у ее основания, предусмотренную чертежом, и выполняют функцию прорезных зубьев перед круглыми зубьями. Последние изготавливают без выкружек, со сплошной режущей кромкой.

Рисунок 17 – Форма шлицевого отверстия  и протяжки

Рисунок 18 – Припуск, снимаемый зубьями  комбинированной шлицевой протяжки

    Если  снимается большой припуск и круглая часть протяжки может иметь большую длину, то для предотвращения возможного поворота заготовки после обработки круглого отверстия фасочные зубья лучше располагать между круглыми и шлицевыми. Этим обеспечивается точность расположения фасок относительно шлицевых пазов. Круглую часть в этом случае можно выполнить аналогичной протяжкам с групповой схемой резания.

    При больших размерах шлицевых пазов  и неизбежной при этом работе комплектами протяжек могут применяться схемы распределения припуска между отдельными протяжками комплекта из трех и двух протяжек (допуск на ширину паза менее 0,05 мм) и двух протяжек (допуск больше 0,04...0,06 мм). Окончательная ширина паза обеспечивается последней протяжкой комплекта, а предыдущие протяжки для снижения сил трения и облегчения работы делаются по ширине зуба зауженными. При этом можно увеличить подъем на черновых зубьях до аz = 0,12...0,30 мм.

    Наружным  протягиванием обрабатывают различные поверхности с незамкнутым, открытым контуром: плоскости, уступы, пазы, вогнутые и выпуклые цилиндрические и сложные фасонные поверхности, например впадины зубчатых колес и т.п. В соответствии с этим существует большое разнообразие конструкций наружных протяжек.

    В отличие от внутренних, наружные протяжки, как правило, не имеют хвостовиков и направляющих, а имеют только режущие и калибрующие зубья. Открытые обрабатываемые поверхности позволяют назначать размеры конструктивных элементов и площади сечения тела протяжки с большим запасом. Поэтому наружные протяжки на прочность обычно не проверяются. Условия для схода стружки при этом более благоприятны и проверку на помещаемость стружки в канавках выполняют только при протягивании узких пазов.