Расчет протяжек для обработки круглых отверстий.

Расчет начинается с выбора материала режущей части протяжки. Наилучшим материалом являются быстрорежущие стали марок Р6АМ5 и Р12Ф3, а при обработке труднообрабатываемых материалов — Р18, Р6М5К5 и Р9К10. В условиях мелкосерийного и единичного произ­водств применяют более дешевые инструментальные стали типа ХВГ. Для экономии быстрорежущей стали протяжки диаметром 15…40 мм изготавливают сборными со сварными, а диаметром более 40 мм — со съемными (на резьбе) хвостовиками из термообработанных сталей 45 или 40Х. Протяжки из стали ХВГ делают цельными.

Размеры конструктивных элементов протяжки назначают в соответ­ствии с рекомендациями для внутренних протяжек.

Для расчета основной режущей части протяжки необходимо назна­чать припуск на протягивание с учетом диаметра, длины и требований по точности и шероховатости протянутого отверстия, а также способа обработки отверстия под протягивание.

При одинарной схеме резания припуск (на диаметр) под протягива­ние назначают либо по экспериментальным данным, либо рассчитывают по следующим эмпирическим уравнениям:

1) для отверстия после сверления

2) после подготовки отверстия зенкерованием, растачиванием и развертыванием

где d₀ — минимальный диаметр обработанного отверстия; L₀ — длина отверстия; δ — допуск на изготовление отверстия.

Назначают припуск на чистовую часть А_ч, исходя из требований к отверстию после протягивания. Обычно берут 2…4 чистовых зуба с подъемом a_z = 0,025…0,005 мм, уменьшающимся от первого к послед­нему зубу. Дальнейшее уменьшение a_z нежелательно, так как толщина срезаемого слоя становится сопоставимой с радиусом скругления ре­жущей кромки, полученным при заточке (ρ_min=0,002…0,003 мм). По­этому при протягивании сталей на режущей кромке может образовы­ваться нарост, вызывающий увеличение шероховатости обработанной поверхности. При затуплении режущей кромки радиус ее скругления увеличивается, что вызывает повышенный нагрев протяжки и появление вибраций.

Число черновых (обдирочных) зубьев определяется из уравнения

z₀ = (А₀ — А_ч)/2a_z .

Предварительно подъем на черновые зубья a_z выбирают в зависимо­сти от обрабатываемого материала.

Диаметр первого зуба принимают обычно равным диаметру подго­товленного под протягивание отверстия, т.е. d₁ = d₀. Диаметры после­дующих зубьев рассчитывают, добавляя к предыдущему величину 2a_z, т.е. d₂ = d₁+2a_z, d₃ = d₂+2a_z и т.д. в пределах припуска на черновые зубья.

Шаг зубьев предварительно определяют по уравнению, а затем уточняют по условию помещаемости стружки и по числу z_p зубьев, одновременно находящихся под стружкой.

Рассчитывают силу протягивания P_z по уравнению и проводят проверку протяжки на прочность.

Диаметры последнего чистового зуба и зубьев калибрующей части протяжки назначают по верхнему предельному размеру обработанного отверстия с учетом разбивки, которая обычно составляет 0,005…0,010 мм для толстостенных заготовок. При обработке тонко­стенных деталей возможна усадка отверстия, величина которой опреде­ляется экспериментально. В этом случае диаметр калибрующей части делают больше на величину усадки. Шаги чистовых и калибрующих зубьев с целью улучшения качества обработанной поверхности назна­чают так же, как и у черновых, — неравномерными, с колебанием шага t в пределах ±1 мм. Число калибрующих зубьев принимают равным от 4 до 10 в зависимости от требуемой точности обработки отверстия.

Общая длина протяжки состоит из длины хвостовиков, шейки, на­правляющих, режущей и калибрующей частей. Длины двух последних частей определяют как произведение чисел соответствующих зубьев на их шаги.

Предельная длина протяжки ограничивается рядом условий: длиной рабочего хода станка, короблением при термообработке, технологиче­скими возможностями инструментального цеха (наличием шахтных печей необходимой глубины, шлифовальных станков с необходимым расстоянием между центрами и др.). Если длина протяжки оказывается больше предельно допустимой, то ее разбивают на 2…3 более короткие протяжки, работающие последовательно одна за другой.

Ориентировочно предельная длина протяжки диаметром меньше 50 мм должна быть не более (50…55)d и при d > 50 мм — не более 30d.

Особенности расчета протяжек с групповой схемой резания.

Принципиальные отличия от расчета протяжек с одинарной схемой резания:

1. Между группами (секциями) черновых и чистовых зубьев у этих протяжек предусматриваются две-три двузубые секции переходных зубьев с подъемом, в 2 раза меньшим, чем у черновых. Они позволяют избежать резкого падения силы резания в момент выхода черновых зубьев из отверстия и, кроме того, служат для предварительной зачист­ки поверхности после обработки ее черновыми зубьями. Диаметры зубьев в секции одинаковые, а широкие выкружки на зубьях выполняются в шахматном порядке.
2. Расчет протяжек начинается с выбора величины подъема на зуб S_z0 черновых (обдирочных) зубьев, исходя из равенства стойкостей чер­новой и чистовой частей протяжки при заданной скорости резания. По­следняя выбирается по таблицам в зависимости от свойств обрабаты­ваемого и режущего материалов и группы качества обработанного от­верстия (сочетания точности и шероховатости поверхности отверстия).
3. Определяется глубина стружечной канавки h из условия помещаемости стружки по уравнению при K = 2…3 и по ней же из со­ответствующей таблицы подбирается значение шага между зубья­ми. При этом одному значению h соответствует несколько значений t. Там же даны значения остальных параметров зуба и стружечной канав­ки.

Для протяжек диаметром меньше 40 мм расчетное значение h про­веряется на достаточную жесткость протяжки при принятом условии, что

h ≤ h_ж,

где h_ж — высота зуба протяжки, имеющей достаточную жесткость (h_ж=(0,20…0,23)d).

Если неравенство нарушается, то, приравняв h = h_ж по урав­нениям, делают пересчет с уменьшением величины S_z0 = a_z.

4. Определяют допустимую силу P_z протягивания из трех значений: 1) по тяговому усилию станка Р_ст; 2) по прочности опасного сечения хвостовика Р_хв и 3) по прочности сечения канавки перед передним зу­бом Р_оп. В дальнейших расчетах наименьшее из этих значений прини­мается за P_{z max} — максимально допустимое, т.е. фактическое значение силы Р_zф должно быть не более допустимого (Р_zф≤P_zmax).

5. Рассчитывается число черновых (обдирочных) зубьев в секции

Z_c0 = πdq₀z_pK_Σ / P_{z max}

где q₀ — удельная сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки (берется из номограмм или таблиц в зависимости от обрабаты­ваемого материала и подачи S_z0); z_p — число одновременно работающих зубьев (рассчитывается по уравнению); K_Σ — суммарное произве­дение поправочных коэффициентов на измененные условия резания (определяется по данным, сведенным в таблицы).

Полученное дробное значение z_c0 округляется до ближайшего боль­шего целого, причем 5 > z_c0 > 2. В этом случае фактическая сила протя­гивания при принятом значении z_c0 и на основании уравнения:

В этом уравнении отношение z_p / z_c0 эквивалентно числу полных (без выкружек) зубьев, периметр которых равен πd.

6. Припуск на диаметр протяжки А, определяемый исходными дан­ными, распределяют между черновыми А₀, переходными А_п и чистовы­ми А_ч зубьями. Значения А_п и А_ч берут из таблиц в зависимости от требуемого качества обработанного отверстия. Таким образом, припуск на черновые (обдирочные) зубья

A_o = A — (A_п + А_ч).

7. Определяют число групп (секций) черновых зубьев

i₀ = A_o / 2S_z0

Так как число групп должно быть целым, то полученное значение округляют до ближайшего меньшего целого.

Остаточную часть припуска

A_ост = A_o — 2S_z0i₀

в зависимости от его величины распределяют между тремя группами зубьев (черновых, переходных и чистовых), добавляя секцию соответст­вующих зубьев.

8. Число чистовых и калибрующих зубьев и подъемы на чистовые зубья выбирают из таблиц в зависимости от требований к точности и шероховатости обработанного отверстия. Шаги на эти зубья назнача­ют переменными, состоящими из трех значений в зависимости от шага черновых зубьев t₀, увеличивая или уменьшая шаг t на 0,5…1,0 мм. По наименьшему значению t подбирают профиль зубьев и размеры канав­ки. Чистовые зубья, подобно переходным зубьям, выполняют в виде двузубых секций.

Рассчитывают или назначают по таблице число и размеры выкружек на зубьях.

Задачу проектирования протяжки авторы этой методики рассматри­вают как многовариантную. Меняя в разных вариантах значения S_z0, z_p, z_c0, t₀ с пересчетом q₀, за оптимальный принимают вариант, дающий наименьшую длину режущей части протяжки, больший запас на переточ­ку зубьев и наименьшее число зубьев.