7.3. Методы совершенствования протяжного инструмента
Совершенствование протяжек и создание новых методов протягивания должно осуществляться в первую очередь по пути увеличения производительности процесса обработки, а также повышения их долговечности и надежности. Это может быть достигнуто различными способами.
1. Повышением режима протягивания (скоростей резания до 50...100 м/мин и толщин среза до 0,3...1,5 мм) за счет оснащения рабочей части протяжек более износостойкими инструментальными материалами: быстрорежущими сталями повышенной производительности марок Р10К5Ф5, Р18К502 и другими, сравнительно прочными твердыми мелко- и крупнозернистыми сплавами марок Т5К12В, ВКЮМ, ВКЮОМ, ВК15М, титанотанталовыми сплавами, такими, как ТТ7К12, ТТ10К8Б, а также специальной заточкой зубьев с упрочняющими фасками по передней и задней поверхностям.
Повышение скоростей протягивания до 50...100 м/мин, по данным БПИ [14, 15, 40], обеспечивает значительное повышение стойкости быстрорежущих и особенно твердосплавных протяжек при обработке обычных конструкционных сталей и чугунов, а также нержавеющих, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Кроме того, при повышенных скоростях протягивания обработанная поверхность имеет малую шероховатость (Rа = 0,8.. .0,2 мкм). В результате снижения коэффициента трения по задней поверхности зубьев уменьшаются силы резания. При расчете размеров стружечных канавок протяжек для высоких скоростей резания коэффициент заполнения при обработке сталей составляет K=3,5...5, а при обработке чугуна практически такой же (К=2,5), как и при обычных скоростях протягивания.
Увеличение толщины среза (а≈sz) при обработке сталей до 0,3 мм и чугуна до 1,5 мм также обеспечивает значительное увеличение производительности процесса протягивания. Протягивание с большими подъемами на зуб широко внедряется при обработке по черному или корке стальных и чугунных деталей.
2. Совершенствованием конструктивных элементов и геометрических параметров протяжки. Например, упрочнением режущей части протяжки за счет усиления первых двух зубьев (буферные) с увеличенным шагом t1 до (1,5.. .1,8)t. Такой зуб при ударном врезании, каким является протягивание, не выкрашивается и не ломается. Кроме того, для смягчения ударной нагрузки необходимо зубья наружных протяжек выполнять наклонными с λ=10. ..20°, а внутренних — винтовыми.
Внутренние протяжки с винтовым зубом особенно хорошо себя зарекомендовали при обработке изделий малой длины, а также глубоких отверстий сравнительно малого диаметра (до 20...25 мм) (рис. 7.14, а). В последнем случае протягивание осуществляется комплектом коротких протяжек из четырех—шести штук. Припуск под протягивание одной протяжкой составляет 0,07...0,15 мм. Винтовые лезвия в режущей части протяжки расположены по конической поверхности, а калибрующая часть имеет цилиндрическую форму. На режущей части есть стружкоразделительные канавки, а на калибрующей их нет. Протяжка имеет чаще всего два винтовых зуба. Стружечная канавка—двухрадиусной удлиненной формы (см. рис. 7.4, е). Стружка из канавки удаляется под воздействием струи СОЖ, подаваемой навстречу движению протяжки под давлением (8,08...10,1) 105 Н/м2. Диаметр сердцевины протяжки составляет около 0,65Dном и уменьшается на 0,4...0,5 мм к ее концу, что облегчает выход стружки.
У шлицевинтовой протяжки (рис. 7.14, б) число винтовых зубьев равно числу шлицев отверстия детали. Протягивание осуществляется либо с принудительным, либо без принудительного вращения протяжки или изделия. При больших углах наклона шлицев (более 15…20º) стружечные канавки выполняются винтовыми, направление которых обратно направлению шлицевых выступов, а при маленьких – кольцевыми. Кольцевые канавки двухрадиусной удлиненной формы имеют также протяжки, применяемые при обработке глубоких отверстий средних (свыше 20 мм) и больших диаметров.
3. Применением протяжек со свободным отводом стружки при обработке глубоких отверстий и наружных поверхностей большой длины. При работе протяжек со свободным боковым отводом стружки конструкции СКБ ПС (рис. 7.15, а) [15] свободное удаление сливной стружки в виде конического или цилиндрического валика обеспечивается за счет переменной глубины стружечной канавки, наклоненной под углом φ, а также наклона зубьев под углом λ. Шаг зубьев (t=8…16 мм) и наименьшая глубина канавки (h=2…7 мм) у односторонней протяжки назначаются в зависимости от ширины протягиваемой поверхности (b=10…90 мм), толщины среза (а=0,03…0,3 мм), углов наклона дна стружечной канавки (ψ=10…35º) и угла наклона лезвий (λ=10…30º). У протяжек двухстороннего бокового отвода стружки при λ=0 режущие лезвия перпендикулярны к вектору скорости протягивания и боковой отвод стружки осуществляется за счет переменной глубины стружечной канавки.
Рис. 7.15. Протяжки со свободным выходом стружки
У протяжек генераторной схемы резания со свободным выходом стружки конструкции СКБ ПС (см. рис. 7.4, з) главными режущими лезвиями, расположенными перпендикулярно к обработанной поверхности, срезается стружка шириной, равной глубине резания или припуску под протягивание, и толщиной, равной подъему на зуб протяжки. Снимается стружка за счет упора в стенки канавки и имеет форму длинной ленты, которая свободно отводится по канавке шириной (3…5)sz. Подъемы на зуб увеличены до 0,8…1,2 мм. Малая шероховатость поверхности обеспечивается за счет малых подъемов чистовых зубьев и наличия калибрующих.
Наружная протяжка со свободным выходом стружки конструкции ФТИ АН БССР (рис. 7.15, б) имеет вставные зубья в виде пластин, которые закреплены жестко в корпусе протяжки. Стружка, срезаемая при протягивании, свободно проходит в сквозные проемы между зубьями и вымывается СОЖ в паз корпуса протяжки, а оттуда в бункер.
Внутренняя твердосплавная протяжка со свободным выходом стружки конструкции СКВ ПС (рис. 7.15, в) [15] применяется для обработки глубоких отверстий сравнительно большого диаметра (свыше 40 мм) в чугуне. Перед каждым зубом в трубчатом корпусе протяжки имеется пазовое отверстие, соединенное с общим внутренним каналом, куда отводится срезаемая стружка. Подъем на зуб протяжки увеличен до 1...1,5 мм. Зубья расположены в шахматном порядке. В связи с большими подъемами на зуб протяжка имеет небольшую длину.
Применение коротких протяжек со свободным выходом стружки дает возможность сократить длину рабочего хода протяжки и внести изменения в конструкцию протяжных станков, т. е. уменьшить их габаритные размеры.
4. Увеличение срока службы, или повышение долговечности, протяжного инструмента может производиться за счет оснащения его запасными калибрующими зубьями и наличия регулируемой калибрующей части.
Диаметр протянутого отверстия определяется размером чистовых, калибрующих и деформирующих зубьев протяжки, поэтому с целью повышения срока службы ее в 2...5 раз применяются протяжки со специальными пятью-шестью запасными калибрующими зубьями, которые располагаются после обычных калибрующих. Диаметр их на 0,005 мм больше диаметра обычных калибрующих зубьев, поэтому они в начале работы протяжки являются как бы выглаживающими. Запасные калибрующие зубья имеют по передней поверхности фаску шириной 0,5.. .0,7 мм с отрицательным передним углом (γф= -5°) и цилиндрическую ленточку шириной 0,3 мм. По мере износа или потери размера обычными калибрующими зубьями производится стачивание отрицательной фаски на первом запасном зубе, и он тогда работает как обычный калибрующий зуб. Затем перетачивается следующий зуб и т. д.
У протяжки с регулируемой калибрующей частью (разрезной втулкой с коническим отверстием) имеется возможность (по мере потери ею размера) продвижения втулки вдоль оси, в результате чего может увеличиваться диаметр калибрующих зубьев.
Увеличение срока службы протяжек и получение поверхностей с малой шероховатостью могут быть обеспечены за счет дополнительных выглаживающих или деформирующих зубьев.
В случае потери размера калибрующие зубья могут быть восстановлены за счет электролитического хромирования при t=60...70°С с последующими шлифованием и доводкой.
5. Автоматизацией расчета, ведущей к сокращению объема инженерного труда за счет применения ЭВМ при проектировании протяжек сложных профилей, например для обработки эвольвентных шлицевых отверстий [32], елочного профиля хвостовиков лопаток турбин и т. д.
Корригирование протяжек с применением ЭВМ обеспечивает повышение точности обработанных сложных профилей деталей, способствует повышению стойкости протяжек за счет создания оптимальных по величине задних углов на боковых лезвиях зубьев протяжек.
6. Дальнейшим расширением области применения процесса протягивания при обработке фасонных поверхностей и тел вращений, нарезании резьб крупного специального профиля зубчатых колес, сложных профилей лопаток турбин и т. д. [9, 16].
Рис. 7.16. Схемы протягивания тел вращения
Обработка цилиндрических и фасонных поверхностей тел вращений может осуществляться реечной (рис. 7.16, а), дисковой или цилиндрической (рис. 7.16, б) и фасонной плоской (рис. 7. 16, в) протяжками. В первом случае реечная протяжка имеет главное поступательное движение с υ2 в вертикальной плоскости, а обрабатываемая заготовка принудительное вращение с υ2 вокруг своей оси. Во втором случае круговое движение имеют и заготовка и протяжка. В третьем случае протяжка перемещается в горизонтальной плоскости.
Процесс протягивания применяется также при нарезании резьб специальных крупных профилей в гайках. Нарезание производится корригированными метчиками-протяжками (рис. 7.17) на токарном станке. Заготовка закрепляется в токарном патроне и вращается, а метчик-протяжка имеет движение подачи. Метчиком-протяжкой заменяется комплект метчиков из четырех—шести штук, производительность процесса нарезания резьбы в гайках повышается в 5...10 раз.
Обработка зубьев цилиндрических колес может производиться одновременно со всех сторон трубчатой (рис. 7.18, а) и плоской реечной (рис. 7.18, б) протяжками. В первом случае заготовка при нарезании неподвижна, а главное поступательное движение υ имеет трубчатая протяжка. Во втором случае при нарезании косозубых цилиндрических колес плоская реечная протяжка наклонена под необходимым углом и имеет главное поступательное движение υ, а заготовка — движение подачи — вращение υ1.
Рис.7.17. Метчик-протяжка
Рис. 7.18. Схемы протягивания зубьев цилиндрического
и конического зубчатых колес
В условиях крупносерийного и массового производств широко применяется нарезание конических прямозубых колес дисковой протяжкой (рис. 7.18, в) на зубопротяжном станке типа 5245. Колеса, нарезанные этим методом, по своей точности и качеству поверхности превосходят колеса, обработанные на зубострогальном станке двумя резцами. Нарезание каждой межзубой впадины колеса производится за один оборот дисковой протяжки, которая обычно имеет 75 зубьев (48 черновых, остальные чистовые). Одна часть черновых зубьев обрабатывает впадину, другая — боковые стороны зубьев колес. Переточка зубьев протяжек производится по передней поверхности с γ=15, задний угол (α=10°) образуется затылованием. После каждого оборота протяжки заготовка поворачивается на один зуб. На протяжке (для вывода ее из зацепления с заготовкой) имеется участок, не заполненный зубьями.
Перспективным является метод кругового протягивания круговых пазов (рис. 7.19, а) сложных профилей лопаток турбин вместо фрезерования и шлифования. Для обработки, например, Т-образного кругового профиля замка хвостовика турбины (рис. 7.19, б) требуется большое количество обычных простых протяжек прямоугольного резания. Припуски под обработку 1...4, срезаемые отдельными протяжками, показаны на рис. 7.19, б. Однако в этом случае сопряжение диска и хвостовика лопатки будет только в двух точках, а не по дуге окружности (рис. 7.19, а), что снижает прочность соединения лопатки и диска турбины. Поэтому единственно прогрессивным методом обработки профилей хвостовиков лопаток турбин является круговое протягивание, которое производится только двумя круговыми протяжками. Одна из указанных протяжек представлена на рис. 7.19, в. Она состоит из обоймы 1 и нескольких отдельных кассет или блоков 2 с закрепленными на них многозубыми секциями 3 отдельных протяжек, имеющих подъемы на каждый зуб или на секцию зубьев. Сама круговая протяжка устанавливается на роторе 4 протяжного станка и имеет вращательное главное движение. Для полной обработки Т-образного профиля замка хвостовика лопатки требуются, как указано выше, две круговые протяжки. Первой обрабатываются участки профиля 2 и 3, а второй — пазы 1 и 4, а также снимается фаска. Секции круговой протяжки выполняются по различным схемам резания; используются также протяжки с одно- и двусторонним боковым свободным отводом стружки (см. рис. 7.4, и), а также генераторные (см. рис. 7.4, з). Подъем на зуб протяжек при обработке хвостовиков из жаропрочной стали ЭИ-572 (ЗХ19Н9МВТ) составляет 0,03...0,07 мм. Секции протяжек с прямоугольными лезвиями для повышения стойкости обычно оснащаются твердым сплавом.
Рис. 7.19. Схемы резания и круговая протяжка для обработки Т-образного профиля хвостовика лопаток турбин