Протягивание -как метод механической обработки резанием

Введение.

Одним из прогрессивных методов  обработки металла  резанием является протягивание.Этот метод позволяет получить в обрабатываемых деталях различные по форме отверстия с помощью специального высокоточного режущего инструмента-протяжки.В зависимости от необходимой формы отверстия применяются протяжки соответствующего профиля.Применяя круглую протяжку мы получим гладкую цилиндрическую поверхность отверстия.Шлицевый профиль отверстия можно получить применяя протяжку сложной формы .

Совмещение в одной  операции несколько этапов механической обработки, получение высоких эксплуатационных качеств поверхностного слоя, сравнительно невысокие требования к квалификации оператора - все это обусловливает высокую эффективность процесса протягивания. 
Однако достижение таких высоких технологий связано со значительными трудностями, хотя, на первый взгляд, протягивание является одним из самых простых методов механической обработки. Два последних десятилетия отмечены большими достижениями в области протягивания, позволившими этому процессу успешно конкурировать с такими отделочными методами обработки, как раскатывание и хонингирование. 
1. Область применения. 
Протягивание является одним и наиболее эффективных методов обработки отверстий различной формы. Каждый из видов отверстий имеет много разновидностей. Так, цилиндрические отверстия могут быть непрерывными и прерывистыми, обычной длины и глубокими. Шпоночные пазы могут выполняться под призматические или клиновые шпонки. Шлицевые отверстия могут быть с прямобочными, с эвольвентными и с треугольными шлицами. Многогранные отверстия могут быть прямоугольными, квадратными, а также шести-, восьми-, двенадцатигранными. Профиль фасонных отверстий получается комбинированием прямолинейных и дуговых участков. Внутренние зубчатые поверхности обрабатывают протягиванием в условиях крупносерийного и массового производства. 
Протягивание часто применяют в условиях крупносерийного и массового производств. Это объясняется большой стоимостью инструмента, малой загрузкой протяжного оборудования при небольших объемах производства. Протяжка - это специальный инструмент, часто изготовляемый в единственном экземпляре. Стандартизация размеров отверстий и протяжного инструмента позволяет выпускать протяжки в условиях специализированных инструментальных заводов. Протягиванием обрабатывают отверстия в деталях различного назначения. К деталям первой группы относятся детали типа зубчатых колес и звездочек. В этих деталях протягивают гладкие, шлицевые отверстия и шпоночные пазы, определяющие положение зубчатых колес в работающей машине и влияющие на точность зубчатых передач. Поэтому при протягивании отверстий в указанных деталях предъявляют высокие требования к точности размеров и шероховатости обработанных поверхностей. Эту операцию обычно осуществляют в начале технологического процесса и обработанное отверстие используют как базу для установки деталей на всех последующих операциях. 
Детали типа втулок, муфт, гильз цилиндров составляют вторую группу деталей, в которых протягивают отверстия. Во втулках и муфтах протягивают отверстия разнообразной формы. В деталях типа гильз и цилиндров протягивают цилиндрические отверстия, которые должны обладать высокой точностью, малой шероховатостью и высокой износостойкостью. Обеспечение этих требований осложнено тем, что указанные детали часто имеют глубокое отверстие достаточной жесткости. 
Третья группа деталей, в которых отверстия обрабатывают протягиванием, объединяет детали типа рычагов и корпусные детали. При протягивании отверстий в деталях типа рычагов и шатунов необходимо обеспечить не только точность размеров, но и точность взаимного расположения протянутых отверстий. Такое протягивание называют координатным. К координатному протягиванию можно отнести и протягивание отверстий в корпусных деталях, когда положение этих отверстий связано размерами с другими поверхностями детали, а также протягивание шпоночного паза в отверстии, которое уже протянуто цилиндрической протяжкой. 
В особую совокупность можно выделить детали ходовой части различных машин. Это опорные катки, ролики и натяжные колеса ходовой части колес тракторов, ролики спекательных тележек агломерационных машин и т.п. Общая технологическая задача, которая решается при протягивании таких деталей, - это получение точного посадочного отверстия для установки наружных колец подшипников качения. 
Протягиванием обрабатывают отверстия во многих других деталях, не вошедших ни в одну из перечисленных совокупностей. Это, например, колеса компрессоров, рабочие колеса различных насосов, сепараторы роликоподшипников и др. Специфической областью применения протягивания является обработка сверхглубоких отверстий, у которых длина отверстия превышает его диаметр примерно в 100 раз. 
В условиях среднего машиностроения протягиванием обрабатываются отверстия диаметром до 90-100 мм. Отверстия диаметром более 100 мм обрабатывают в условиях тяжелого машиностроения. Наиболее распространенными материалами для изготовления деталей, обрабатываемых протягиванием, является сталь и чугун. Но все чаще протягивание применяют для обработки деталей из цветных металлов и сплавов, а также из неметаллических материалов. 
 
2. Достоинства. 
Достоинства протягивания отверстий хорошо видны из сопоставления его с теми методами обработки, которые оно заменяет. Технологический процесс и отдельные операции обработки тех или иных деталей могут быть реализованы, по крайней мере, в двух вариантах. Конкурирующим вариантом протягивания является долбление. Сопоставление обработки шпоночного паза долблением и протягиванием позволяет выяснить основные преимущества процесса протягивания. При долблении инструмент-резец совершает главное движение со скоростью v резания и после каждого двойного (рабочего и холостого) хода ему сообщается подача вглубь паза на величину s. В резании одновременно участвует вся режущая кромка, длина которой соответствует ширине шпоночного паза. При протягивании инструмент - шпоночная протяжка - имеет только одно главное движение - перемещение со скоростью резания v. Движение подачи отсутствует, так как в конструкции инструмента предусмотрено "превышение" каждого следующего зуба над предыдущим на величину подачи s. Поскольку в резании одновременно участвует не менее четырех - пяти зубьев, длина режущей кромки, одновременно участвующей в резании, будет в 4 - 5 раз больше, чем при долблении. При обработке протягиванием шлицевых и многогранных поверхностей эти величины надо увеличить в n раз, где n - число шлицев или граней. Так, при обработке шестишлицевого отверстия протягиванием суммарная длина режущей кромки в 24 - 30 раз больше, чем при долблении. Этим объясняется высокая производительность процесса протягивания. Кроме того, наличие возвратных (холостых) ходов при долблении увеличивает время обработки еще на 15 - 20%. 
При обработке детали в технологии машиностроения принято различать четыре этапа: черновой, получистовой, чистовой и отделочный. Так, при обработке на сверлильном станке отверстия 7-го квалитета с шероховатостью,полученного штамповкой в исходной заготовке необходимо выполнить все четыре этапа обработки. Черновой этап - зенкерование, получистовой - предварительное развертывание, чистовой - окончательное развертывание и отделочный - раскатывание. При обработке этой же заготовки на протяжном станке все четыре этапа выполняют одним инструментом - комбинированной протяжкой - за один рабочий ход. Совмещение нескольких этапов обработки в течение одного рабочего хода инструмента, обеспечивающее высокую производительность процесса, является особенностью протягивания. 

Таким образом, высокая эффективность  процесса протягивания объясняется  следующими основными его характеристиками: 
1) большой длиной режущих кромок, одновременно участвующих в резании; 
2) выполнение одним инструментом за один рабочий ход нескольких этапов обработки; 

3) отсутствием большого  числа холостых ходов, которые  сопровождают процесс долбления  шпоночных пазов, шлицевых и  зубчатых, многогранных и фасонных  отверстий. 

Рис 1.Комбинированная протяжка

 

 

 

3.Схемы протягивания.

Существуют несколько  схем протягивания:одинарная,групповая,профильная,генераторная

Одинарная схема протягивания

Каждый зуб срезает  слой толщиной a_z за счет превышения высоты последующего зуба по отношению к предыдущему

Особенности одинарной схемы  протягивания:

для обеспечения схода  стружки по передней поверхности, ее размещения и удаления необходимы стружкоразделительные канавки ;срезаемая стружка имеет ребра жесткости, затрудняющие ее завивание;тяжелые условия резания на уголках, т.к. мал угол профиля, следовательно и задний угол на вспомогательной режущей кромке;меньше прочность и теплостойкость уголков;большая ширина вынуждает назначать небольшую толщину срезаемого слоя, что приводит к увеличению удельных сил резания, увеличивает длину протяжки;хуже заполнение стружечной канавки;плохая форма стружкразделителей снижает стойкость.

 

Достоинство – технологичность изготовления.

 

Групповая схема протягивания

Особенности:  
увеличение толщины срезаемого слоя снижает удельную силу резания;при работе по «черному» можно резать под коркой;улучшаются условия резания на уголках, за счет увеличения вспомогательных задних углов;стружка не имеет ребра жесткости;сокращается длина протяжки и увеличивается стойкость;

Недостаток - сложность изготовления

 

 

 

Профильная  схема протягивания

Профиль зубьев в поперечном сечении подобен профилю обрабатываемой поверхности. Срезаемые слои тонкие и широкие. Формообразование осуществляется последним режущим и калибрующими зубьями. 
Достоинство – высокое качество обработки. 
Недостатки: 
– значительные силы резания, 
– сложность изготовления и заточки. 
Применение – для обработки поверхностей сравнительно простых форм

 

Генераторная  протяжка

Режущие зубья имеют переменный профиль. Формообразование осуществляется вспомогательными режущими кромками нескольких зубьев. 
 
Достоинство – технологичность. 
 
Недостатки: сравнительно низкая геометрическая точность профиля;сложность получения задних углов на вспомогательных поверхностях режущих лезвий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Конструкция протяжки

1-Хвостовик служит для  закрепления протяжки в патроне  станка. Патроны разделяются на кулачковые, резьбовые и клиновые. Форма и размеры хвостовика (рис.19) определяются в зависимости от типа протяжки и посадочного отверстия патрона. Основные типы и размеры хвостовиков стандартизованы.

2-Шейка обеспечивает необходимое  для станка расстояние от торца  протяжки до первого режущего  зуба.

3-переходный конус облегчает  ввод передней направляющей в  отверстие заготовки.

4-передняя направляющая  обеспечивает соосность инструмента и заготовки, что обеспечивает срезание равномерного припуска, исключает перекос детали.

5-Режущая часть  
состоит из черновых и чистовых зубьев, срезающих припуск. 
Черновые зубья срезают основную часть припуска и имеют одинаковый, максимальный для данной протяжки, подъем на зуб. 
Чистовые зубья срезают поверхностный дефектный слой, плавно снижают силу протягивания за счет постепенного уменьшения подъема на зуб.

6-Калибрующая часть

7-Задняя направляющая  устраняет перекос детали во  время выхода из работы последних  зубьев.

8-Цапфа  
выполняется для дополнительной опоры – люнета в тех случаях, когда возможен прогиб протяжки. 
 
У протяжек работающих на станках с автоматическим возвратом в рабочее положение, за задней направляющей расположен задний хвостовик под быстросменный патрон. Его форма аналогична форме переднего хвостовика.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1.Конкурентные схемы  обработки шпоночного паза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 2.Примеры протягиваемых отверстий.