Скачать реферат

ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК НА ПРОТЯЖНЫХ СТАНКАХ 1. Характеристика метода протягивания Протягивание— высокопроизводительный метод обработки вну¬тренних и наружных поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Про¬тягивают многолезвийным режущим инструментом — протяжкой при ее поступательном движении относительно неподвижной за¬готовки (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 сравни¬тельно низкую скорость резания при протягивании, этот метод является высокопроизводительным вследствие большой суммар¬ной длины одновременно работающих режущих лезвий. На рис. 1 а, б приведены схемы протягивания и проши¬вания отверстий. При протягивании заготовка 2 торцовой частью опирается на кронштейн станка 1. Силой Р протяжка 3 протяги¬вается через обрабатываемое отверстие заготовки. При прошива¬нии заготовка 2 опирается на стол пресса 5. Сила Р, приложен¬ная 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 относи¬тельно заготовки. Скорость резания лимитируется условиями получения обработанной поверхности высокого качества и ограни¬чивается технологическими возможностями протяжных станков. Обычно и = 8-ь15 м/мин. Подача. Движение подачи при протягивании как самостоя¬тельное движение инструмента или заготовки отсутствует. За величину подачи sz, определяющую толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т. е. раз¬ность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки; sz явля¬ется одновременно и глубиной резания. Подача в основном зави¬сит от обрабатываемого материала, конструкции протяжки и жест¬кости 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 раз¬личного профиля. По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, много¬гранные 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 но¬жами, оснащенными пластинками из твердого сплава. На рис. 2, а показаны элементы круглой протяжки. Элементы круглой протяжки. Замковая часть (хво¬стовик) 1Х служит для закрепления протяжки в патроне тяну¬щего устройства станка; шейка /2 — для соединения замко¬вой части с передней направляющей частью; передняя на¬правляющая часть /3 вместе с направляющим кону¬сом — 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 обра¬ботанной поверхности окончательных размеров, необходимой точ¬ности 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 выпол¬няют стружколомные канавки в шахматном порядке. Геометрия зуба протяжки. Геометрия зубьев режущей и кали¬брующей частей показана на рис. 2, б. Передние и задние углы протяжки измеряют в плоскости, перпендикулярной к глав¬ному режущему лезвию. Передний угол у (5—20°) выбирают в за¬висимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол а (1—4°) в зависимости от класса точности обработки. Калибрующие зубья имеют на задней поверхности фаску (лен¬точку) 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, при¬ложенных ко всем одновременно участвующим в резании зубьям. Сила, действующая на каждый зуб протяжки, может быть раз¬ложена на две составляющие: PtJ направленную вдоль оси, и Ру1 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 одно¬временно 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 про¬цесса 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 экс¬плуатации. Это обусловлено тем, что форма поверхности при обра¬ботке на протяжном станке зависит от формы режущих лезвий зубьев инструмента. Ос¬новными характеристика¬ми протяжного станка яв-. ляются тяговое усилие и длина хода протяжки. Про¬тяжные станки имеют гид¬равлический привод и ча¬сто работают по полуав¬томатическому циклу. В зависимости от вида обра¬батываемых поверхностей их делят на станки для внутреннего и наружного протягива¬ния; по направлению главного движения—на горизонтальные и вертикальные. Горизонтально-протяжной станок. Этот станок для внутрен¬него 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 предвари¬тельно обработанное отверстие заготовки и закрепляют в патроне каретки 4. Каретка с протяжкой получает поступательное движе¬ние от штока поршня гидроцилиндра — главное движение iy Заготовка при протягивании опирается торцом на опорную поверхность кронш¬тейна 5. Поступательное движение про¬тяжке 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 ис¬ходное 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 приспособ¬лении на столе станка. Протяжку закре¬пляют в каретке и от гидропривода сооб¬щают ей вертикальное поступательное перемещение — главное движение. Протяжка, опускаясь (рабочий ход vv), обрабатывает заготовку. Обработанную заготовку снимают, и подвижная карет¬ка быстро возвращается в исход¬ное положение (холостой ход vx). Протяжные станки непрерыв¬ной обработки (рис. 5). Эти станки являются станками высо¬кой производительности. На них обрабатывают заготовки непрерыв¬но. Заготовки 2 устанавливают в приспособлениях замкнутой цепи 1 и сообщают им главное посту¬пательное движение со скоростью v относительно неподвижной про¬тяжки 3. Жесткие направляющие 4 обеспечивают параллельное перемещение цепи в зоне прохождения заготовок под протяж¬кой. На протяжных станках непрерывной обработки карусельного типа заготовки устанавливают на вращающемся круглом столе. Отверстия различной геометрической формы протягивают на горизонтально-протяжных станках для внутреннего протягива¬ния. Размеры протягиваемых отверстий составляют 5—250 мм. Цилиндрические отверстия протягивают круг¬лыми 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 уста¬новки применяют приспособления со сферической опорной поверх¬ностью (рис. 6, а). Заготовка в этом случае может самоустанавливаться (центрироваться) по оси протяжки, даже если торец заготовки не перпендикулярен оси отверстия. В тех слу¬чаях, когда при предыдущей обработке предусмотрено получе¬ние торца отверстия, перпендикулярного к его оси, заготовка опирается на жесткую (неподвижную) поверхность. Многогранные отверстия (треугольные, ква¬дратные и т. п.) протягивают многогранными протяжками. Исход¬ной поверхностью для протягивания является круглое отверстие. На рис. 6, б приведена схема протягивания квадратного отверстия. Шлицевые отверстия с различным профилем шли¬цев протягивают многошлицевыми протяжками, формирующими одновременно весь профиль отверстия. На рис. 6, в приведена схема протягивания прямых шли¬цев. 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 про¬тяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответ¬ствует профилю протягиваемого паза. Шпоночные пазы протя¬гивают плоской шпоночной протяжкой (рис. VI. 6, д) с приме¬нением специального приспособления — направляющей втулки 3. Вдоль всей втулки прорезают прямоугольный паз, который явля¬ется направляющим для протяжки. Наружные поверхности различной гео¬метрической формы с прямолинейной обра¬зующей протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания, а также на станках непрерывной обра¬ботки конвейерного типа. Протягивание наружных поверхностей успешно применяют вместо других методов обработки с целью снижения ее трудоемкости и стоимости. Наружным протягиванием можно заменить строга¬ние, 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 про¬филя. На рис. 6, е приведена схема протягивания вертикаль¬ной 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 сле¬дующим 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 устрой¬ствами. На специальных протяжных автоматах с непрерывно вращающейся круглой протяжкой специальной конструкции нарезают цилиндрические и конические зубчатые колеса с пря¬мыми 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 надви¬гается протяжка и обрабатывает ее; после обработки заготовку опус¬кают, освобождают от зажима и удаляют через загрузочное отверстие, а протяжка возвращается в исходное положение. 6. Технологические требования к конструкциям деталей машин, обрабатываемых на протяжных станках Обрабатывать протягиванием можно лишь отверстия с доста¬точно толстыми стенками равномерной толщины. При протягивании отверстий в тонкостенных втулках с бур¬тиками (рис. 7, а) возникают значительное радиальное дав¬ление 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 сече¬нием: следует максимально упрощать их форму и делать симмет¬ричными. Симметричное отверстие (рис. 7, г) более техно¬логично для протягивания. Для обработки несимметричного от¬верстия (рис. 7, д) требуется протяжка сложной конфигу¬рации. Наиболее технологично квадратное (или восьмигранное) фасон¬ное отверстие с неполной поверхностью боковых сторон. При этом отверстие сверлят или растачивают до требуемого диаметра „ после чего протягивают углы (рис. 7, е). Конструкция, пока¬занная 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 неравно¬мерного съема металла по длине отверстия. При подрезании тор¬цов после протягивания шлицев необходимо на торцах отверстия предусматривать выточки (рис. 7., к), обеспечивающие без¬ударную работу резца. 7.Схемы резания при протягивании и прошивании Схема резания при протягивании или прошивании определяется порядком, в котором режущие зубья протяжки или прошивки сре¬зают припуск на обработку. В зависимости от формы, точности и размеров обрабатываемых поверхностей, состояния поверхностных слоев заготовки используют следующие схемы резания: про¬фильную, генераторную и прогрессивную. Профильная схема резания характеризуется тем, что профиль режущих кромок зубьев протяжки или прошивки со¬ответствует (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, про¬фильная 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, располо¬женные по концентрическим окружностям вокруг оси протяжки или прошивки. Каждый зуб протяжки или прошивки при этой схеме резания формирует небольшую часть обработанной поверх¬ности. Следовательно, обработанная поверхность получается только после участия в работе всех зубьев, то есть она образуется суммированием (генерированием) отдельных участков поверхно¬сти, обработанных соответствующим зубом. Это и определило на¬звание 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 величи¬ну Sz. Шероховатость обработанной поверхности при генераторной ч:хеме резания большая, чем при профильной схеме резания, по¬скольку остаются следы между участками поверхности от обработ¬ки отдельными зубьями. Прогрессивная схема резания представляет со¬бой такую схему, при которой режущие кромки на зубьях протяж¬ки или прошивки располо¬жены не по всему пери¬метру зуба, а на части его. Например, при протягива¬нии отверстия (рис. 8, в) или плоскости (рис. 8, г) первый и второй зуб сре¬зают материал толщиной sz не по всей длине зуба, а только определенные участки материала: пер¬вый зуб — участки, по¬казанные на рис. 8, в, г темными, второй — свет¬лыми. В результате по¬следовательной работы двух зубьев удаляется слой материала толщиной sz. Далее в работу всту¬пает 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 каж¬дой группе с общим подъемом sz каждой следующей группы отно¬сительно предыдущей. Внутри группы зубья не имеют подъема относительно друг друга. 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 режу¬щей части протяжки или прошивки при прогрессивной схеме реза¬ния почти такая же, как и при профильной схеме. Прогрессивную схему резания применяют для обработки заго¬товок 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 раз¬мер площадки износа h3 наблюдается у уголков, то есть в местах .сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок. При наличии стружкоразделительных канавок наибольший раз¬мер площадки износа h3 имеется в местах сопряжения стружко-разделительной канавки с задней поверхностью зубьев. На рис. 52, б, в изображены схемы износа зубьев соответственно шпо¬ночной протяжки и круглой прошивки со стружкоразделительными канавками. Максимальный размер площадки износа в местах сопряжения режущих кромок и стружкор азделительных канавок с задней по¬верхностью зубьев объясняется тем, что на этих участках темпе¬ратура нагрева режущей кромки несколько выше, чем на всей ос¬тальной 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 техноло¬гический критерий, то есть ухудшение шероховатости, искажение геометрии или изменение размеров обработанной поверхности. Применение смазывающе-охлаждающих жидкостей снижает интенсивность износа зубьев прошивки и протяжки. Поскольку про¬тягивание или прошивание происходит при невысоких скоростях резания (0,5—14 м/мин), рационально применять смазывающе-охлаждающие жидкости, отличающиеся в большей степени смазы¬вающими свойствами, чем охлаждающими. Например, можно ис¬пользовать различные растительные масла, сульфофрезол, 20%-ную эмульсию и др. Допустимый размер износа по задней поверхности зубьев про¬тяжки 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 мате¬риала их режущей части, обрабатываемого материала и точности обработки изменяется в широких пределах. Поскольку протяжки и прошивки являются трудоемкими в изготовлении и дорогостоя¬щими, необходимо более точно устанавливать экономически обо¬снованный период стойкости, который зависит от многих факторов. Экономическую стойкость протяжки и прошивки можно опреде¬лить по формуле где Тэ — экономическая стойкость, мин; m — показатель относи¬тельной 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 ско¬ростью 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 го¬довой 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-станоч¬ника; 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 транспортиров¬ку инструмента в заточное отделение и обратно. Можно рекомендовать следующие периоды стойкости протяжек и прошивок, изготовленных из быстрорежущей стали, для обработ¬ки стальных заготовок: шпоночные -120 мин; шлицевые -420 мин; цилиндрические -180 мин. При обработке чугунных за¬готовок 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 ра¬за 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 толь¬ко по передней поверхности зуба. Очень редко эти инструменты затачивают (шлифуют) по задней поверхности. Заточку произво¬дят тарельчатыми кругами, у которых радиус боковой конусной поверхности меньше радиуса кривизны передней поверхности зуба в сечении, нормальном к ней. Для заточки используют специаль¬ные заточные станки. 9. Сила и скорость резания при протягивании и прошивании Процесс резания при протягивании и прошивании сопровожда¬ется теми же явлениями, что и при других видах обработки реза¬нием, например при точении (упругие и пластические деформации срезаемого слоя материала, тепловыделение, наростообразование, трение и износ режущих элементов инструмента). При обработке стальных заготовок образуется сильно дефор¬мированная сливная стружка, а при обработке чугунных — струж¬ка 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 слу¬чае (при ??0) можно разложить на три составляющие: Рг, Ру и Рх. Сила Р2 действует вдоль оси движения инструмента и в сто¬рону, противоположную главному движению; сила Ру перпендикулярна оси движения и плоскости, касательной к режущей кромке в рассматриваемой точке и расположенной параллельно оси дви¬жения,, 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