Назначение и конструкция протяжек и прошивок
В технологии машиностроения различают операции протягивания и прошивания, выполняемые соответственно протяжками и прошивками. Протяжка имеет хвостовик для крепления ее в патроне, относительно большую длину и работает на растяжение, а прошивка не имеет хвостовика и шейки и работает на сжатие и продольный изгиб. Общие принципы их проектирования аналогичны. Учитывая, что протяжки применяются чаще, чем прошивки, основное внимание уделим их конструкциям.
Обработка поверхностей протягиванием производится как на обычных универсальных горизонтально- и вертикально-протяжных станках, так и на специализированных, например для непрерывного протягивания.
Протягиванием могут обрабатываться поверхности деталей, расположенные как свободно, так и с необходимой точностью относительно базовых поверхностей. В соответствии с этим различают два основных способа протягивания — свободное и координатное. При свободном протягивании в процессе обработки деталь жестко не фиксируется относительно базовых поверхностей. Центрирование и направление детали осуществляется за счет равновесия сил резания, что обеспечивает только точность контура обработанной поверхности и его размеры. Координатное протягивание осуществляется с использованием специальных приспособлений, которые дают точное взаимное расположение протяжки и обрабатываемого изделия, обеспечивая не только заданную форму и размеры обработанных поверхностей, но и их точное (до 0,02...0,03 мм) расположение относительно базовых поверхностей.
В настоящее время протяжки широко используются в массовом и серийном производстве при обработке сквозных отверстий и наружных поверхностей различной формы. Это позволяет наряду с высокой производительностью сравнительно легко достигать
квалитетов точности 6-8 и шероховатости обработанной поверхности до Ra 0,63 мкм.
Протяжки бывают двух видов: внутренние (для обработки отверстий) и наружные (для обработки незамкнутых, или открытых, наружных поверхностей).
Окончательное формирование протянутой поверхности производится путем срезания стружки или методом пластической деформации, т.е. протяжки могут иметь кроме режущих и калибрующих и выглаживающие зубья. Режущими зубьями срезается слой металла, а выглаживающими или деформирующими выглаживается и уплотняется поверхностный слой металла для получения малой шероховатости обработанной поверхности (до Ra 0,32 мкм).
Для процесса протягивания характерна прерывистость работы режущих лезвий инструмента. Они находятся в контакте с обрабатываемым изделием сравнительно непродолжительное время, а при обратном ходе протяжка как бы «отдыхает»; врезание зубьев происходит с ударом, т.е. инструмент испытывает динамические нагрузки. Кроме того, обработка осуществляется со сравнительно малыми толщинами среза, когда большое влияние на процесс срезания слоя металла оказывает радиус округления режущего лезвия. Процесс протягивания чаще всего производится с обильным охлаждением. Принципиальная кинематическая схема протягивания базируется на прямолинейном движении, совершаемом чаще всего протяжкой, реже деталью. Это движение и определяет скорость резания. Движение подачи, без которого невозможно срезание припуска, заложено в конструкции рабочей части протяжки. Благодаря подъему каждого последующего зуба (или группы зубьев) над предыдущим(-и) происходит снятие слоя толщиной а, которая соответствует подаче на зуб протяжки S2 или подаче на группу (секцию) зубьев S.
Наиболее широкое распространение в металлообрабатывающей промышленности получили протяжки, работающие по групповой схеме резания. Рассмотрим конструктивные элементы и геометрические параметры таких протяжек на примере круглой протяжки переменного резания.
Протяжка состоит из рабочей и соединительной частей. Последняя включает хвостовик 1, шейку 2, переходной конус 3 и переднюю направляющую часть 4. Хвостовик служит для закрепления протяжки на станке. Хвостовики бывают с круговой выточкой, с плоской опорной поверхностью и боковыми лысками, с резьбой и цилиндрические с поперечным пазом. Передняя направляющая часть обеспечивает центрирование и направление протяжки при вхождении режущих зубьев в контакт с обрабатываемой заготовкой. Ее длина Zn H для протяжки среднего размера в 2,5 раза больше ее диаметра и должна быть не меньше 10 + 0,5*р, где 10 — длина протягиваемого отверстия, мм; ?р — шаг режущих зубьев, мм.
Форма передней направляющей в поперечном сечении соответствует форме отверстия до протягивания. Размеры ее устанавливаются исходя из требований посадок H7/f7, H7/e7, т.е. с гарантированным зазором направляющей части в протягиваемом отверстии.
Рабочая часть протяжки включает режущие, а иногда и выглаживающие зубья. Режущая часть состоит из черновых, переходных, чистовых и калибрующих зубьев. Черновыми зубьями срезается основная часть снимаемого припуска под протягивание. Чистовыми зубьями срезаются более тонкие стружки, чтобы уменьшить неровности на обработанной поверхности.
Для обеспечения плавности работы при переходе от черновых к чистовым зубьям групповые протяжки имеют две-три пары переходных зубьев с постепенно уменьшающимися подъемами на зуб от 0,3...0,1 до 0,05...0,03 мм.
Задняя направляющая часть 5 протяжки предназначена для направления и центрирования детали в момент окончания процесса протягивания. Чаще всего форма задней направляющей части соответствует форме протянутого отверстия. Она выполняется по размерам, обеспечивающим гарантированный зазор между протянутым отверстием и задней направляющей протяжки. Для поддержания протяжки при установке на станке и для возвращения ее в условиях автоматизированного производства после рабочего хода в первоначальное положение применяется цапфа 6, или задний хвостовик, по конструкции аналогичный переднему (рабочему). Передний и задний хвостовики с целью экономии инструментального материала выполняются из конструкционных сталей и привариваются либо крепятся другими способами к рабочей части протяжки.
Величина переднего угла у = -5...-25° устанавливается, как и для других режущих инструментов, в зависимости от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента. Увеличение переднего угла зубьев быстрорежущих протяжек с 5 до 15° позволяет повысить их период стойкости на 20...25 % и оказывает влияние на радиус кривизны образуемых при резании стружечных валиков, размещаемых в стружечных канавках протяжки. Чтобы исключить самозатягивание наружных односторонних шпоночных протяжек в обрабатываемый материал, их передние углы должны быть не более 15°. С целью упрочнения зубьев твердосплавных протяжек передние углы у следует уменьшать до 0...-50 или делать на зубьях фаску с уф < 0.
Наоборот, задние углы зубьев внутренних протяжек выбираются с учетом необходимости сохранения рабочих размеров зубьев при их перетачивании, поэтому для таких протяжек задние углы на черновых и других режущих зубьях а^р,, = 3...4°, а на калибрующих а^ = З0'...1°30'. Для повышения стойкости наружных протяжек, установка которых на определенный размер может легко регулироваться, задние углы зубьев увеличивают до 6...10°. Для уменьшения сил трения задней поверхности зуба об обработанную поверхность детали зубья следует остро затачивать. Однако для сохранения размеров зубьев после заточки необходимо оставлять фаску шириной не более 0,02... 0,03 мм. На калибрующих зубьях величина фаски не должна превышать 0,2 мм.