ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТЯЖЕК

4.1. КРУГЛЫЕ ПРОТЯЖКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПО ОДИНАРНОЙ СХЕМЕ РЕЗАНИЯ

Последовательность проектирования:

1.Определить диаметральный припуск под протягивание [1] с обеспечением до­
пуска Н7...Н12.

Ниже приведены величины полного припуска А для отверстия с предварительной обработкой сверлением с допуском по Н7:

d =10...18мм, А = 0,65 мм; d = 19...21 мм, А = 0,9 мм;

d = 22...30мм, А = 1,1 мм; d = 31...40 мм, А = 1,2 мм;

d = 41...50мм, А =1,3 мм; d =51...70 мм, А = 1,4 мм;

d > 70мм, А = 1,5 мм,

где d - диаметр готового отверстия (номинальный).

Величину полного припуска можно определить по формуле [2]:

,

где L - длина протягивания (длина готового отверстия).

Диаметр предварительного отверстия (подготовленного под протягивание)

. (1)

2. Назначить предварительно величину подачи на зуб (мм/зуб):

= 0,02...0,04 (протягивание в стали); = 0,03...0,08 (протягивание в чугуне);

= 0,05.. .0,12 (протягивание в бронзе и латуни).

3. Рассчитать величину шага режущих зубьев протяжки.

3.1. Предварительно назначить шаг черновых зубьев протяжки:

, (2)

где т- коэффициент, зависящий от подачи на зуб, обрабатываемого материала, характе­ра производства и других факторов, для одинарных протяжек принимается равным 1.25...1.5.

3.2. Определить максимальное количество одновременно работающих зубьев Z_max:

. (3)

В результате, полученном из формулы (3) дробь отбросить.

Минимальное количество одновременно работающих зубьев должно быть не менее трех. При Z_max < 3 могут возникать большие колебания силы резания Р_z, приводя­щие к вибрациям. Величина Z_max > 6 нежелательна, так как с увеличением Z_max возрастает сила резания и может достигнуть чрезмерно больших величин.

Поэтому наиболее благоприятная величина Z_max= 4…5.

3.3. Определить величину уточненного шага

(4)

Уточненный шаг представляет собой наименьший шагпри заданной длине протя­гивания и величине Z_max, вычисленной по формуле (3). При таком шаге длина протяжки получается наименьшей.

Полученную величину следует округлить до ближайшей величины согласно ГОСТ 20364-74 или по табл.1 в зависимости от выбранной формы стружечной канавки (рис.1).

Рис.1. Формы стружечных канавок

Канавки с прямолинейной спинкой (рис.1, а) рекомендуются при протягивании отверстий в хрупких материалах (а также для шпоночных пазов); канавки с криволиней­ной спинкой (рис.1, б) - для стали и др. пластичных материалов, дающих сливную струж­ку; канавки удлиненной формы (рис. 1, в) - для деталей с большой длиной протягивания или при Z_max > 5.

В соответствии с выбранной формой канавки определить размеры канавки: шири­ну спинки зуба g, глубину канавки h ₀ и радиусы R и r (см. табл. 1).

В целях снижения вибраций и улучшения шероховатости обработанной поверхно­сти шаг зубьев делается неравномерным. Так, для круглых протяжек с шагом до 7 мм включительно: 1-й зуб выполняется с шагом t - 0,5; 2-й зуб - с шагом t; 3-й зуб с шагом

t + 0,5; 4-й зуб - с шагом t. Для протяжек с шагом свыше 8 мм уменьшение или увеличение шага происходит на 1 мм.

Если округление уточненного шага режущих зубьев произведено в сторону мень­шего табличного значения, то следует проверить величину Z_max по формуле (3).

Окончательный размер шага и числа одновременно работающих зубьев принима­ется с учетом выбранной подачи и возможности размещения стружки в стружечной канавке.

Таблица 1. Размеры стружечных канавок

t мм	Размеры канавок с криволинейной спинкой, мм
	r	g	R
4,0	1,6	0,8	1,5	2,5
4,5	1,6	0,8	2,0	2,5
5,0	2,0	1,0	1,5	3,0
5,5	2,0	1,0	2,0	3,5
6,0	2,5	1,3	2,0	4,0
6,5	2,5	1,3	2,5	4,0
7,0	3,0	1,5	2,5	4,5
7,5	3,0	1,5	3,0	4,5
8,0	3,0	1,5	3,0	5,0
8,5	3,0	1,5	3,5	5,0
9,0	3,5	1,8	3,5	5,5
9,5	3,5	1,8	3,5	6,0
10,0	4,0	2,0	3,0	7,0
11,0	4,0	2,0	4,0	7,0
12,0	5,0	2,5	4,0	8,0
13,0	5,0	2,5	5,0	8,0
14,0	6,0	3,0	4,5	10,0
15,0	6,0	3,0	5,5	10,0
16,0	7,0	3,5	5,0	11,0
17,0	7,0	3,5	6,0	11,0
18,0	8,0	4,0	6,0	12,0

Примечание. В таблице приведены размеры стружечных канавок с криволи­нейными спинками. Размеры канавок других профилей см. в работах [1,2,3], а также мож­но определить по формулам

.

3.4. Назначить величины передних и задних углов (см. рис.1) в зависимости от фи­зико-механических свойств обрабатываемого материала по табл. 2 или по таблицам, при­веденным в работах [1,3].

В целях сохранения поперечных размеров протяжек при переточках задние углы на режущих зубьях рекомендуется назначать равными 2…3° и 1…0°30' на калибрующих. На последних делаются ленточки, ширина которых равна 0,2 мм (на последнем зубе).

3.5. Проверить выбранную канавку на возможность размещения в ней срезанной
стружки:

, (5)

где K_min - минимально допустимый коэффициент заполнения (табл. 3).

Таблица 2. Геометрические параметры протяжек

Примечание. Передние углы на режущих и калибрующих зубьях можно на­значать одинаковыми.

Если величина K, рассчитанная по формуле (5), окажется значительно больше K_min, следует уменьшить шаг зубьев. В противном случае объем канавки не будет полностью использован. Если условие (5) не соблюдается, следует увеличить шаг зубьев или снизить подачу на зуб S_z.

Таблица 3. Коэффициент заполнения впадин K_min

Sz , мм/зуб	Обрабатываемый материал
Сталь , МПа о	Чугун, бронза	Медь, ла­тунь, алю­миний
до 400	400...600	св. 600
До 0,03	3,0	2,5	3,0	2,5	2,5
Св. 0,03 до 0,10	4,0	3,0	3,5	2,5	3,0
Св. 0,10	4,5	3,5	4,0	2,0	3,5

4. Рассчитать силу резания при протягивании, Н:

, (6)

где С_р - удельная сила резания при снятии стружки площадью 1 мм², (Н/мм²); х - пока­затель степени при величине подачи; - суммарная длина режущей кромки од­ного зуба, мм; d ₀ - диаметр отверстия заготовки; Z_max - число одновременно работающих

зубьев; к_γ к_с к_и - поправочные коэффициенты, характеризующие влияние переднего угла протяжки, состава смазочно-охлаждающей жидкости и степени износа зубьев.

Величины С_р, х, k_r k_с k_u приведены в табл. 4 и 5.

Таблица 4. Поправочные коэффициенты С_р, х

Обрабатываемый материал	Ср	X
Углеродистые стали с пределом прочности: < 700 МПа >700МПа	2170 2860	0,85
Легированные стали: < 700 МПа > 700 МПа	2880 3610	0,85
Чугун серый: НВ< 220 НВ> 220	1850 2040	0,73
Чугун ковкий: НВ> 220		0,73
Латунь, бронза		0,73

Таблица 5. Поправочные коэффициенты k_r k_с k_u

Проверить протяжку на прочность в опасных сечениях, имеющих наименьший диаметр:

- на прочность впадины первого зуба:

, (7)

где - максимальное расчетное напряжение растяжения, МПа;

- минимальная площадь поперечного сечения впадины первого зуба протяжки, мм²;

d₀ -диаметр подготовленного отверстия под протягивание, мм;

h₀ -глубина канавки, мм;

[σ] — допускаемое напряжение на разрыв материала режущей части протяжки, МПа.

Допускаемые напряжения для протяжек, изготовленных из быстрорежущей стали, равны 350.. .400 МПа, из легированной стали - 250.. .300 МПа.

- на прочность хвостовика:

, (8)

где d_x - диаметр хвостовика, d_x = d -(2...3) мм;

Если эти условия не выполняются, то следует уменьшить подачу или число одно­временно работающих зубьев, либо увеличить шаг протяжки.

5. Рассчитать диаметры зубьев протяжки. Первый зуб протяжки предназначен для выравнивания припуска на последующие зубья и, как правило, не производит резания. Диаметр его равен диаметру предварительного отверстия, d₁ = d₀.

Диаметр любого последующего режущего зуба,

, (9)

где i - порядковый номер зуба.

Диаметр последнего режущего зуба равен диаметру калибрующих зубьев про-

тяжки,

, (10)

где D - номинальный диаметр окончательно обработанного отверстия; H - величина до­пуска на диаметр (в системе отверстия); Р_max - максимальная разбивка отверстия. Для протяжек длиной до 800 мм Р_max = 0,005...0,01 мм; длиной свыше 800 мм - Р_max = 0,010...0,015 мм.

6. Определить количество зубьев и длину зубчатой части. В общем случае протяж­ка может иметь четыре вида зубьев: режущие, переходные, запасные и калибрующие. Режущие зубья срезают основную часть припуска. Переходные зубья в сравнении с ре­жущими имеют меньшую величину подачи на зуб, что способствует снижению шерохова­тости обработанной поверхности, облегчает работу калибрующих зубьев и обеспечивает плавное снижение силы резания при выходе режущих зубьев из протягиваемого отвер­стия.

Полный припуск, срезаемый протяжкой, определяется как

(11)

и распределяется между режущими и переходными зубьями:

(12)

Припуск на переходные зубья удобно определить из расчета уменьшения величи­ны на 0,01 мм на каждый зуб. Его можно найти, построив таблицу, в которой подача на зуб переходных зубьев снижается на 0,01 или 0,02 мм/ зуб. Например, в табл. 6 это сни­жение равно 0,01 мм/зуб.

Таблица 6. Припуск на переходные зубья

Из табл. 6 легко определить, что количество переходных зубьев

. (13)

Припуск на переходные зубья . (14)

Определив величину А_пер из формулы (14), можно рассчитать припуск на режущие зубья.

Запасные зубья, идентичные по форме и размерам последнему переходному зубу, предусматриваются в протяжках, которые обрабатывают металлы, наиболее интенсивно изнашивающие режущие инструменты (нержавеющие стали, жаропрочные сплавы, твер­дая бронза, и т.д.). Количество запасных зубьев обычно назначают в пределах 2...4.

Калибрующие зубья протяжки зачищают (шабрят) поверхности, обработанные ре­жущими и переходными зубьями, обеспечивая высокую точность (7- 8-й квалитет) и шероховатость поверхности R_a = 1,25...2,5 мкм. Количество их определяется: для отверстий 7...8-го квалитета точности Z_K = 7- 8, для отверстий 9 - 10-го квалитета Z_K = 5...6.

Общая длина зубчатой части протяжки

, (15)

где t _p, t_nep,, t_зan, t_k - шаги режущих, переходных, запасных и калибрующих зубьев; Z_p, Z_nep,Z_зan ,Z_к - количество этих зубьев. Количество режущих зубьев

. (16)

Количество режущих и переходных зубьев окончательно уточняется при выполне­нии чертежа протяжки. Шаг переходных и запасных зубьев назначается равным шагу режущих зубьев, шаг калибрующих зубьев определяется как

. (17)

При небольшой длине протяжки шаг калибрующих зубьев следует назначать рав­ным шагу режущих. В этом случае они могут быть использованы как запасные. Величину , рассчитанную по формуле (15), уточняют (см. п. 3.3). Там же следует определить ос­тальные размеры стружечной канавки.

7. Определить форму, размеры и количество стружкоразделительных канавок. Наиболее благоприятными по стойкости являются канавки с угловым профилем (рис. 2). Размеры канавок представлены в табл. 7.

Рис.2. Параметры стружкоразделительных канавок

Таблица 7. Число и размеры стружкоразделительных канавок

Диаметры протяжек	Количе­ство ка­навок	Размеры канавки, мм
16...20		0,8...1,0	0,5...0,7	0,2…0,3
20...25		-"-	-"-	-"-
25...30		-"-	-"-	-"-
30...35		-"-	-"-	-"-
35...40		-"-	-"-	-"-
40...45		-"-	-"-	-"-
45...50		-"-	-"-	-"-
50...55		1,0...1,2	0,7...0,8	0,З…0,4
55...60		-"-	-"-	-"-

Канавки на зубьях располагаются в шахматном порядке. Протяжки для обработки чугунов и других хрупких материалов можно изготовлять без стружкоразделительных канавок.

В целях обеспечения достаточных по величине задних углов на боковых стружко­разделительных канавках дно канавок следует делать наклонным к оси протяжек под углом α_с (см. рис. 2). Он вычисляется по формуле

, (18)

где - боковой задний угол, принимаемый равным не менее 2°;

θ — угол стружкоразделительной канавки, равный 45, 60, 90°.

8. Определить размеры гладких частей протяжки.

Протяжки из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6МЗ (ГОСТ 19265-73) ХВГ (ГОСТ 5960-73) диаметром менее 15 мм и протяжки из стали ХВГ всех диаметров изготавлива­ются цельными, диаметром более 15 мм — с приваренными хвостовиками. В последних случаях хвостовики выполняются из стали 40Х или 45Х. Для большей прочности сварно­го шва его располагают у выхода переходного конуса (рис.3). Главные требования к хво­стовику - прочность и быстрота закрепления протяжки в патроне. При достаточной проч­ности следует выбирать хвостовик под автоматический патрон. Размеры хвостовика рег­ламентируются ГОСТ 4044-70 [1,2]. Выбранный хвостовик следует проверить на дефор­мацию растяжения по формуле (8).

Диаметра шейки .

Рис. 3. Гладкие части круглой протяжки

Длина шейки l₂ зависит от конструкции станка, в частности от толщины опорного стола, размеров приспособления для крепления обрабатываемой детали, длины заготовки и определяется исходя из длины протяжки до первого зуба l₇ (рис. 3,4, табл. 8):

,

l₁- длина хвостовика, заходящая в патрон, принимается в зависимости от диаметра

хвостовика d_х:

d_х, мм 12...20 22...28 32...50 55...70

l_1,мм 115 150 160 205

l₃ - зазор между патроном и стенкой опорной плиты станка;

l_C - толщина стенки опорной плиты станка, для станков 7Б65, 7Б66, 7Б68, 7633, l₃ =15 мм, l_C = 50 мм, а для станков 7А540, 7Б55, 7Б57, 7Б56, 7733, 7510, 7Б510, 7520 l₃ = 25 мм, l_C = 40 мм;

l_п - высота выступающей части планшайбы, равна 30 мм;

l₄ - длина передней направляющей с учетом зазора 5...10 мм до первого зуба.
Затем длину l₇ следует проверить с учетом протягиваемой заготовки (см. табл. 8):

l₇ > L _с . В чертеже величина l₇ не проставляется.

Рис.4. Закрепление протяжки в станке

Длина переходного конуса l₃ принимается равной 10...15 мм.

Передняя направляющая l₄ предназначена для центрирования протяжки в предва­рительном отверстии детали для контроля правильности выполнения его диаметра, явля­ясь своеобразным калибром для проверки размера отверстия в заготовке. Диаметр ее ра­вен наименьшему диаметру предварительного отверстия, т.е. d₄ = d₀ с допуском по f₆. Длина передней направляющей равна длине протягивания: l₄ = L

Задняя направляющая l₆ служит для центрирования протяжки во время работы последних зубьев рабочей части. Диаметр задней направляющей равен диаметру оконча­тельно обработанного отверстия: d₆ = D, cдопуском по f₇ или f₈; длина l₆ = (0,5...0,7) L.

9. Определить общую длину протяжки: . Предельные

длины протяжек ,обрабатываемых вцентрах, приведены в табл. 9.

Если расчетная длина протяжек окажется больше , то ее следует разделить на две или три части, предусматривая обработку комплектом протяжек.

Таблица 8. Основные характеристики протяжных станков

Примечание:

1.Размер l₇, дан с учетом зазора (5...10 мм) между торцом обрабатываемой дета­ли и первым режущим зубом.

2.Приведенные данные рассчитаны по размерам планшайб патронов, прилагае­мых заводом-изготовителем к станкам.

3. h’ — расстояние от опорного торца до торца обрабатываемой детали со стороны
входа протяжки в мм.

Таблица 9. Предельные длины круглых протяжек

10. Выбрать модель протяжного станка по тяговому усилию, длине хода каретки l_К [1,2,4] или табл. 8.

, (20)

где η - коэффициент, характеризующий запас тягового усилия, равный для новых станков 0,9...0,95.

При выборе станка следует учитывать условие

,

где l₈ -длина от первого зуба до заднего торца протяжки (в чертеже не проставляется).

4.2. КРУГЛЫЕ ПРОТЯЖКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПО ГРУППОВОЙ СХЕМЕ РЕЗАНИЯ

Методика расчета таких протяжек подробно рассмотрена в работе [5]. Ниже приводятся особенности проектирования круглой протяжки, работающей по групповой схеме резания.

1.Определить диаметральный припуск под протягивание в соответствии с ГОСТ
20364 и 20365-74 или [1] с обеспечением допуска Н7...Н12 (см. п.1, раздел 3.1).

2.Выбрать материал режущей части протяжки, тип и размеры хвостовика, способ
соединения режущей части с хвостовиком, его материал и размеры остальных гладких
частей протяжки (см. п. 8, разд. 1).

3.Назначить передние и задние углы зубьев протяжки по табл. 10.

4.Определить подачу на зуб чистовых зубьев S_ZЧ, их количество, диаметральный

припуск на них, а также количество калибрующих зубьев по табл. 11.

Таблица 10. Геометрические параметры протяжек

Примечание. Задний угол для черновых и переходных зубьев α = 3°,

чистовых – α = 2° , калибрующих - α = 1°.

Таблица 11. Число и припуск чистовых и число калибрующих зубьев

5. Определить подачу на зуб черновых зубьев S_z . Для протяжек переменного ре­зания подачу черновых зубьев выбирают из условия равной стойкости черновой и чисто­вой обработки, а также в соответствии с требованиями к качеству обработанной поверх­ности.

Величину подачи для черновых зубьев можно определить по номограммам [5] или по табл. 12.

Таблица 12. Подача на зуб черновых зубьев S_z

Примчание. К первой группе качества обработанной поверхности предъявляются требования: R_a< 1,25 мкм, квалитет точности 6...7, ко второй группе - R_a< 2,5мкм,

квалитет 7... 8.

Допустимая скорость резания при протягивании назначается по табл.13.

Таблица 13. Скорость резания при протягивании

Примечание: 1. Рекомендуемые скорости резания могут быть повышены при условии обеспечения требований качества. 2. Для шлицевых протяжек скорости умно­жить на 0,8.

6. Для принятой подачи на зуб определить глубину стружечной канавки по форму­лам: для сливной стружки

,

для стружки надлома

.

Коэффициент заполнения стружечной канавки К приведен в табл. 14.

Таблица 14. Коэффициент заполнения стружечной канавки К

По полученному значению из табл. 1 выбрать ближайшее большее значение указанного параметра, а также остальные размеры стружечной канавки: g, R, r. По этой же таблице принять уточненное значение шага черновых зубьев t.

7. Определить максимальное число одновременно работающих зубьев:

. (21)

В результате, полученном из формулы (21) дробь отбросить.

8. Выбрать материал режущей части протяжки и хвостовика (см. п.8, разд.1).

9. Определить максимально допустимую силу резания.

9.1. Сила допускаемая опасным сечением хвостовика,

, (22)

где [ σ ] - допускаемое напряжение при растяжении;

- площадь опасного сечения хвостовика (см. п.4, разд.1).

9.2. Сила резания, допускаемая опасным сечением режущей части протяжки (пе­ред первым зубом),

, (23)

где - площадь опасного сечения протяжки перед первым зубом,

.

9.3. Для определения величины силы резания, допускаемой тяговым усилием станка , следует выбрать модель протяжного станка согласно табл. 8.

Наименьшее из , и принимается в качестве максимально допустимой си­лы резания . Принятое значение сопоставить с тяговым усилием станка : .

10. Определить число зубьев в секции черновых зубьев:

, (24)

где d - диаметр протягиваемого отверстия, мм;

- осевая сила резания (H), приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки при протягивании конструкционных углеродистых и легированных сталей в нормализован­ном, отожженном и горячекатаном состоянии (табл. 15);

-поправочные коэффициенты, зависящие от обрабатываемого мате­риала, способа разделения стружки и состава СОЖ (табл. 16, 17, 18).

Обычно Z_c - 2...5. Если в результате расчета по формуле (24) получено Z_c < 2, то принять Z_c = 2. Дробное значение Z_c больше двух, округлить до ближайшего большего целого (3,4 или 5).

11. Распределить общий припуск А между черновыми, переходными и чистовыми зубьями. Общий припуск

,

где d_K -диаметр калибрующих зубьев (см. формулу 10),

.

Величина А_ч определяется по табл. 11, А_пер - по табл. 19.

После выбора А_чи А_пер припуск на черновые зубья определится как

Таблица 15. Осевая сила резания q₀

Таблица 16. Поправочный коэффициент