Справочник технолога-машиностроителя
Глава 6. ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ

Внутреннее протягивание наиболее широко применяют для обработки различных отвер­стий, круглых (цилиндрических), квадратных, многогранных, шлицевых с различными про­филями прямых и винтовых канавок, а также шпоночных и других фигурных пазов в отвер­стии детали. Диаметр протягиваемых отверстий 5—400 мм, длина до 10 м. Чаще всего протягивают отверстия диаметром 10—75 мм с длиной, не превышающей 2,5 — 3 диаметра. Ширина протягиваемых пазов 1,5-100 мм.

Наружное протягивание применяют вместо фрезерования, строгания, шлифования для обработки поверхностей площадью 100 — 200 см². Вместе с тем наружное протягивание вы­годно при обработке в массовом производстве больших поверхностей (блоков и головок ци­линдров автомобильных и тракторных двига­телей). Чаще всего протягивают плоские и фа­сонные поверхности, различные пазы, рифле­ния, зубчатые колеса, пазы в дисках газовых турбин и др.

Протяжками обрабатывают все виды ме­таллов и пластических масс, допускающих обработку резанием. Производительность протягивания в 3—12 раз выше производи­тельности других способов механической обработки металла (развертывания, фрезеро­вания, долбления, строгания, шлифования) При протягивании цилиндрических или шли­цевых отверстий в деталях средних размеров и массы один рабочий обрабатывает 50-120 шт/ч, а при прошивке на прессе мелких дета­лей типа втулок — 150—460 шт/ч. На про­тяжных станках с непрерывным рабочим дви­жением и автоматической загрузкой заготовок производительность достигает 600— 1000 шт/ч. Такая же производительность обеспечивается и наружным протягиванием. Даже при про­тягивании относительно тяжелых деталей с большими поверхностями, таких как блок автомобильного или тракторного мотора, производительность достигает 40 шт/ч, а зуб­чатых колес с внутренним и наружным зу­бом - 40-2000 шт/ч.

При протягивании обеспечивается точность обработки 7—9-го квалитета. Параметр шеро­ховатости протягиваемой поверхности Ra = 2,5 ÷ 0,32 мкм.

Протягивание осуществляют протяжками при различных относительных перемещениях инструмента и заготовки и различных главных рабочих движениях, которые могут быть вра­щательными (круговыми) и возвратно-посту­пательными.

Протягивание протяжками через неподвиж­ную деталь в горизонтальном направлении (рис, 195, а) применяют не только в массовом, но и в серийном производстве. Стоимость го­ризонтально-протяжного станка ниже, чем вертикально-протяжного; занимаемая им пло­щадь цеха больше. Такие станки, как правило, автоматизировать сложнее, чем вертикальные.

При протягивании протяжки через непо­движную деталь сверху вниз (рис. 195,б) по­является возможность автоматизации опера­ции. Улучшаются условия охлаждения про­тяжки. Исключается влияние Массы протяжки на форму и размеры протягиваемого отвер­стия и на равномерность затупления режущих кромок по окружности зуба. Установка детали упрощается, а захват протяжек патроном осу­ществляется автоматически. Недостатками этого вида протягивания является большая высота станков, часто требующая использова­ния пространства, находящегося ниже уровня пола цеха.

При протягивании протяжки через непо­движную деталь снизу вверх преимущества те же, что и в предыдущем случае, и связаны с вертикальной конструкцией станка. В этом случае несколько лучше условия охлаждения, так как жидкость задерживается в чашечке, образованной обращенной кверху передней поверхностью зубьев. Стружка, оставшаяся на протяжке, удаляется автоматически после окончания рабочего хода. Недостатки те же, что и в предыдущем случае, и, кроме того, силы резания направлены от фундамента, что  использованию больших мощностей.

Вращение протяжки (детали) во время ра­бочего хода (рис 195, в) можно осуществлять принудительно or какого-либо привода или путем самовращення под действием соста­вляющей силы протягивания. Станки горизонтально- и вертикально-протяжные для вну­треннего протягивания могут быть с копирными винтами или другими механизмами для вращения протяжки (детали), а также с шари­ковыми опорными приспособлениями для самовращения протяжки (детали).

Проталкивание прошивки через неподвиж­ную деталь сверху вниз (рис. 195, г) осущест­вляют на прессах с ручным, ножным, механи­ческим или гидравлическим приводом, а также на прошивных станках с гидравлическим при­водом с силой Р. Преимущества этого вида обработки: простота обслуживания (короткий инструмент и отсутствие какого-либо соедине­ния со станком), малая занимаемая площадь, относительно низкая стоимость и простота оборудования, универсальность применения. Недостаток — длина прошивки ограничена (не более 15 диаметров), что уменьшает съем при­пуска за один ход. Этот вид обработки приме­няют в массовом и серийном производстве.

Основные виды наружного проживания представлены на рис. 196. Протяжка совер­шает рабочее движение сверху вниз, деталь за­креплена неподвижно (рис. 196, а). Оборудова­ние: наружнопротяжной станок. Преимуще­ства: относительно небольшая площадь, необ­ходимая для размещения станка; хорошее охлаждение инструмента во время всего про­цесса как результат совпадения направления движения жидкости и инструмента; высокая производительность. Недостаток — большая высота станка.

Протяжка движется горизонтально, деталь закреплена неподвижно. Оборудование: горизонтально-протяжной станок с гидравличе­ским или электромеханическим приводом, на­пример специальный станок туннельного типа для протягивания блоков двигателей. Преиму­щества: легкая установка детали, простота приспособлений, большие возможности для устройства автоматических транспортирую­щих и загрузочных устройств. Недостатки: большие рабочий ход, длина станка и занимаемая площадь. Станок применяют только в массовом производстве.

Протяжка закреплена неподвижно, а дета­ли на цепном конвейере движутся непрерывно и прямолинейно (рис. 196,б). Оборудование, конвейерные станки непрерывного действия с механическим приводом. Преимущества: не­прерывность протягивания, увеличение про­изводительности в 6—10 раз по сравнению с возвратно-поступательным движением про­тяжки, возможность полной автоматизации процесса. Недостатки: высокая стоимость специального оборудования, оправдываемая только при большом масштабе производства.

Протяжка, вращаясь вокруг своей оси, со­вершает непрерывное круговое главное движе­ние. Таким способом обрабатывают зубья ко­нических колес на автомобильных заводах. Зубья протяжки расположены на спиральной поверхности периферии диска и обрабатывают впадину зуба конического колеса Протяжке сообщается дополнительное движение подачи вдоль впадины зуба в направлении от узкого конца зуба к широкому при черновой и в обратном направлении при чистовой обработке. Оборудование: специальные станки с вращением протяжки. Преимущества: высо­кая производительность, малая площадь, за­нимаемая оборудованием, отсутствие ограни­чений в увеличении скорости резания, обусло­вленные особенностями возвратно-поступа­тельного движения инструмента.

Протяжка имеет прямолинейное движение, деталь (рис. 196,в) вращается. Преимущества: высокая производительность, возможность обработки тел вращения с прямолинейными и криволинейными образующими. Недоста­ток — высокая стоимость специального обору­дования; применяется только в массовом про­изводстве.

Наружное протягивание методом обкатки применяют для прямозубых и косозубых колес. Реечная модульная протяжка имеет поступа­тельное рабочее движение, а обрабатываемая деталь вращается вокруг своей оси принуди­тельно с помощью соответствующей зубчатой передачи. Преимущества: высокая производи­тельность, простота обслуживания. Недоста­ток - высокая стоимость специального обо­рудования.

Основные направления в развитии протяги­вания следующие.

1. Применение непрерывного рабочего движения, которое увеличивает производительносгь, облегчает возможность полной ав­томатизации обработки и включения протяжного станка в автоматическую линию. Это движение осуществляется вращением круговой протяжки или вращением детали, закрепленной на круглом столе станка, при неподвижных протяжках и непрерывном прямолинейном движении детали или протяжек.

2. Автоматизация протяжных станков и включение их в автоматические линии, а также создание автоматических  линий  протяжных станков.

3. Замена горизонтально-протяжных стан­ков вертикально-протяжными, так как послед­ние занимают в 2 - 3 раза меньшую производ­ственную площадь.

4. Увеличение скорости резания при протя­гивании.

На схему резания при конструировании ре­жущей части протяжки влияют форма, раз­меры и способ получения заготовок, форма и размеры протянутых деталей. От принятой схемы резания, в свою очередь, зависят пара­метры протяжки (длина, стойкость и т. д.) и технология изготовления. При конструиро­вании внутренних и наружных протяжек при­меняют профильную, генераторную и группо­вую (прогрессивную) схемы резания.

При профильной схеме резания припуск срезают зубьями, имеющими поперечный про­филь, подобный профилю, заданному на дета­ли. Изготовление точного профильного конту­ра на всех зубьях, к тому же имеющих различные размеры, сопряжено с опреде­ленными трудностями. Поэтому профильную схему резания применяют лишь для протяжек, предназначенных для обработки отверстия простой формы. Применение профильной схемы для протягивания квадратного или шлицевого отверстия вызывает необходимость выполнения на протяжке квадратных (шлицевых) зубьев с постепенным увеличением размера квадрата (шлица), что отрицательно влияет на конструкцию протяжки: уменьшает­ся площадь поперечного сечения стержня про­тяжки, а следовательно, снижается ее про­чность; нельзя получить передний угол при заточке на всех участках сторон квадрата, что резко снижает стойкость и повышает пара­метр шероховатости обработанной поверхно­сти; технологически трудно изготовить такую протяжку.

Поэтому при протягивании фасонных внут­ренних и наружных поверхностей применяют генераторную схему резания. Припуск срезают зубьями, имеющими переменный профиль, постепенно переходящий от прямолинейной или круглой формы к заданному профилю детали.

Заданный профиль детали формируется при генераторной схеме вспомогательными режущими лезвиями всех зубьев (главные ре­жущие лезвия прямолинейны или являются дугами концентрических окружностей). Генера­торные протяжки проще изготовить, чем про­фильные. Так, например, протяжка для протя­гивания квадрата получается обработкой на конус и плоским шлифованием на этом конусе четырех поверхностей. При сложном профиле зубьев генераторные протяжки шлифуются напроход фасонным кругом, что также значи­тельно упрощает их изготовление.

Исходная круглая форма, положенная в ос­нову образования генераторной протяжки, по­зволяет получать на участках ее режущих зубьев положительные передние углы и на­ибольшее возможное поперечное сечение стержня протяжки, а следовательно, увеличи­вать ее прочность; изменять толщину среза так, чтобы режущие зубья с более короткими режущими лезвиями имели большую толщину среза, что позволяет сократить число режущих зубьев и длину протяжек. К недостаткам гене­раторной схемы резания относятся трудность получения задних углов на вспомогательных кромках и меньшая точность получаемого профиля по сравнению с профильной схемой. Поэтому для точных фасонных профилей необходимо последние зубья выполнять по про­фильной схеме резания.

Групповая (прогрессивная) схема резания отличается тем, что металл срезается не коль­цевыми слоями по всему профилю, а разде­ляется на части так, что каждый зуб срезает металл только с части профиля; следующий за ним зуб того же диаметра снимает металл с другой части профиля и т. д., пока не будет снят металл со всего профиля. Зубья одинако­вого диаметра, срезающие каждый свой уча­сток профиля, а все вместе — слой металла по всему профилю, равный подаче, образуют секцию. Число зубьев в секции два — пять.

Режущие участки на первых зубьях секции образуются удалением с полного рабочего профиля зуба ненужной части лезвия. Для это­го на зубьях создают разделительные устрой­ства в виде шлицев, лысок, выкружек или фа­сок, располагаемых в шахматном порядке или в других сочетаниях.

В соответствии с разделительными устрой­ствами различают ряд вариантов групповой схемы резания: шахматную, шлицевую, мно­гогранную, переменного резания и т. д. Все эти схемы резания относятся к групповой схеме, так как протягивание профиля осуще­ствляется группами зубьев.

Для упрощения изготовления протяжки и срезания стружек без утолщений, вызы­ваемых стружкоделительными канавками, по­следний зуб каждой секции имеет непрерывное лезвие по всему профилю; диаметр его мень­ше номинального диаметра секции на 0,02—0,04 мм. Благодаря этому последний зуб срезает металл не по всему профилю, а только полоски металла, оставшегося от предыдущих зубьев секции.

Износ уголков зубьев больше, чем у круглых протяжек, из-за дополнительного трения по боковым сторонам шлица. Протяж­ки имеют большую длину или состоят из не­скольких штук. Такие протяжки неэкономичны и не обеспечивают высокого качества деталей. Поэтому групповые схемы резания применяют также и при протягивании шлицевых отвер­стий. В поковках и отливках отверстие предварительно сверлят с припуском под протягива­ние. Поковки с отверстиями протягивают после зенкерования или «по-черному». Второй вариант обработки более выгоден, однако воз­можность применения его ограничена мощ­ностью станка, разностенностью детали, про­чностью протяжки, требованиями точности.

Отверстие в отливках предварительно зен­керуют твердосплавными зенкерами. Как пра­вило, операцию выполняют в виде так назы­ваемого свободного протягивания. Деталь устанавливают подготовленным отверстием на переднюю направляющую протяжки; в процессе работы деталь силой резания при­жимается торцом к опорной поверхности сто­ла станка. При протягивании детали значи­тельной массы для установки ее на напра­вляющую и удержания в процессе работы используют подъемные механизмы. Спе­циальные устройства для установки и закре­пления детали применяют также при протяги­вании глубоких отверстий и при координат­ном протягивании.

Для протягивания глубоких отверстий (при длине отверстия свыше 20 — 30 диаметров) тре­буются особые устройства для установки дета­ли и для ее охлаждения.

Шпоночные пазы (шириной 3 — 20 мм) про­тягивают с большими производительностью и точностью. Базой для обработки пазов слу­жит поверхность отверстия, которая может быть и направляющей для протяжки. Чаще всего пазы протягивают с применением напра­вляющей оправки, прикрепленной к столу станка. Вдоль всей оправки прорезан паз, ко­торый служит направлением для протяжки. В крупносерийном производстве шпоночными протяжками часто работают без отсоединения их от патрона. Для этого протяжку снизу сре­зают и таким образом уменьшают высоту гладкой части. В исходном положении протяжка опускается вследствие зазора в замке и упругой деформации на величину среза, что позволяет насадить деталь на оправку над ре­жущими зубьями.

Если для протягивания паза требуется не­сколько ходов, а протяжка только одна, то на основание паза оправки кладут прокладку определенной толщины для каждого нового хода. Для возврата протяжек без отсоединения их с использованием обратного хода станка служит клин, который вынимают из направляющего паза при обратном ходе. Этот же клин служит для компенсации износа протяж­ки после переточки. Такая конструкция осо­бенно удобна при протягивании больших па­зов. В массовом производстве применяют также комплекты шпоночных протяжек в ко­личестве, равном числу проходов, необхо­димых для прорезки паза на всю глубину. На­правлять шпоночную протяжку в отверстии можно цилиндрической направляющей, соеди­ненной с протяжкой, или круглыми режущими и уплотняющими зубьями комбинированной протяжки.

Качество протянутой поверхности улуч­шается различными способами:

1) уменьшением   скорости   протягивания; меньший параметр шероховатости поверхно­сти достигается при скорости 1—2 м/мин, по­этому протяжные станки снабжают устрой­ствами, автоматически переключающими ста­нок на  малую  скорость, когда в работу начинают входить зачистные зубья;

2) правильным подбором СОЖ и равно­мерной ее подачей на зубья протяжки;

3) проверкой и улучшением обрабатывае­мости заготовок; термическая обработка заго­товок влияет на качество получаемой поверх­ности; для заготовок из низкоуглеродистой стали (С≤0,3%) лучшая обрабатываемость, а следовательно, и лучшее качество поверхно­сти достигаются нормализацией или изотер­мическим отжигом; легированные вязкие ста­ли лучше обрабатываются после термической обработки до твердости НВ 250-300; закалка с высоким отпуском (улучшение) обеспечивает для среднеуглеродистых и легированных ста­лей лучшую обрабатываемость, чем отжиг или нормализация до той же твердости; высоко­углеродистые стали (У10, У12) хорошо обра­батываются в отожженном состоянии, но осо­бенно хорошо — после улучшения;

4) уменьшением подачи на зуб до 0,01—0,03 мм на сторону путем шлифования зубьев по диаметру с переводом части кали­брующих зубьев в режущие;

5) увеличением заднего и переднего углов зубьев; малый задний угол вызывает налипа­ние металла, ускоренное изнашивание задней поверхности и, как результат, высокий пара­метр шероховатости; изменить задний угол на готовой протяжке почти невозможно, так как даже незначительное биение зубьев протяжки не позволит увеличить задний угол без умень­шения диаметра зубьев; тщательная доводка ленточки и задней поверхности зуба притиром с пастой ГОИ будет способствовать уменьше­нию налипания при том же заднем угле; хорошее качество заточки также улучшает ка­чество протянутой поверхности; увеличение переднего угла заметно улучшает качество по­верхности при обработке сталей в случае, ког­да s_z>0,01 мм;

6) обеспечением плавной работы станка; параметр шероховатости поверхности полу­чается меньшим при более плавной и спокой­ной работе протяжки; для этого станок дол­жен быть исправным, гидросистема   по­лностью заправлена соответствующим мас­лом; тяговая сила станка должна несколько превышать требуемую силу протягивания.

Местные дефекты на протянутой поверхно­сти встречаются в виде черновин, вырывов ме­талла, задиров, полос, кольцевых следов, сле­дов от стружкоделительных канавок, чешуйчатости или ряби, волнистости и скалывания краев детали на выходе протяжки.

Черновины могут быть результатом недо­статочного припуска под протягивание, а так­же следствием увода протяжки под действием боковых сил. При неравномерной остроте зубьев протяжка будет отжиматься в сторону острых зубьев, а на стороне, обрабатываемой тупыми зубьями, останется черновина в виде полосы вдоль образующей отверстия. Различ­ная острота режущих зубьев протяжек, вызы­вающая черновину, может быть следствием неравномерной твердости протяжки по окруж­ности всех зубьев или неравномерной заточки всех зубьев по окружности. Черновины могут быть также связаны с перекосом или несовпа­дением осей детали и протяжки вследствие не­правильной подрезки торца детали, перекоса опорного фланца станка, несовпадения осей движения тяговой головки и люнета, поддер­живающего протяжку.

Вырывы (сколы) металла у опорного торца детали на выходе протяжки возникают также вследствие углового смешения детали относи­тельно протяжки. По этим же причинам мо­жет наблюдаться различная глубина шлицев по окружности протянутого щлицевого отвер­стия на небольшой длине от выходного торца детали.

Вырывам металла у деталей из мягких и вязких сталей способствуют малые задние углы, дефекты режущих кромок зубьев, зату­пление зубьев, большие подъемы на чуб (в особенности на последних режущих зубьях) и перекос детали или протяжки, вызывающий боковые силы, которые прижимают протяжку к одной стороне протягиваемого отверстия (профиля). При этом характерны увеличение вырыва к опорному торцу детали и плавный переход вырыва в обычную поверхность на сравнительно небольшом расстоянии от торца.

Для получения меньшего параметра шеро­ховатости поверхности последний чистовой зуб протяжки делают без выкружек, с подъе­мом 2s_z = 0,01 мм. Этим достигается зачистка рисок, получающихся на границах выкружек в результате резания уголком лезвия. Иногда используют два-три зуба с подъемом 0,01 мм, не имеющих выкружек. При малой толщине стружка, несмотря на отсутствие выкружек, распадается на отдельные части, не образуя цельного кольца.

В случае затягивания протяжки в металл надо уменьшить передний угол. Следует также обратить внимание на качество прорезки стружкоделительных канавок (достаточную глубину и ширину канавки, достаточный за­дний угол профиля канавки). Иногда следы стружкоделительных канавок остаются не по всей длине отверстия, а только на небольшом участке у выходного торца детали из-за про­висания детали в конце рабочего хода. Для устранения этого при протягивании тяжелые детали необходимо закреплять.

Во всех случаях появления дефектов на по­верхности следует осмотреть лезвия от послед­него зуба до первого. Дефектные участки зубьев следует пометить краской и отправить протяжку для исправления.

При протягивании отверстий с плоскими поверхностями (квадрат, шестигранник и т. п.) часто появляются надиры на протягиваемой поверхности вследствие трения зубьев о про­тягиваемую поверхность. Для уменьшения трения зубьев протяжки следует создать за­дний угол 1°, оставляя ленточку шириной 0,8 — 1 мм для сохранения размера многогран­ника.

У некоторых многогранных протяжек, осо­бенно у квадратных, диаметр дна стружечной канавки может быть больше размера стороны многогранника. В этом случае надо прорезать по сторонам многогранника дополнительную канавку глубиной 1,5 — 2 мм и радиусом 1 мм, дно которой должно быть параллельно сторо­нам многогранника. Образующаяся при этом вспомогательная режущая кромка должна иметь небольшой передний угол (3 — 5°). Для уменьшения трения можно также прорезать продольные канавки глубиной 0,3—0,5 мм по середине вспомогательной кромки.

Одной из причин отклонения размеров от­верстия являются заусенцы, образующиеся на калибрующих зубьях протяжки во время ее за­точки. Для обнаружения заусенца достаточно провести ногтем по задней поверхности зуба в направлении к лезвию. Удалить заусенцы можно оселком во время заточки протяжки. Когда зуб заточен и круг «выхаживает» по­верхность, следует наложить на заднюю по­верхность зуба оселок. Под давлением оселка заусенец отогнется во впадину, где его подхва­тит и срежет шлифовальный круг, Если и по­сле удаления заусенца диаметр отверстия по­лучается больше требуемого размера, можно применить   один  из   следующих  способов:

а) при протягивании деталей из стали исполь­зовать охлаждение маслом, а при обработке детали  из   чугуна - охлаждение эмульсией;

б) уменьшить скорость протягивания и пере­дний угол зубьев;

в) в случае необходимости уменьшить   диаметр   последнего   режущего и калибрующих зубьев доводкой по задней по­верхности оселком или притиром.

При протягивании отверстий большого диаметра причиной отклонения их размеров может быть нагрев протяжки. В подобных случаях необходимо увеличить подачу охла­ждающей жидкости, снизить скорость протя­гивания или следует работать поочередно дву­мя протяжками. Отклонения диаметра отвер­стия при выходе протяжки могут вызываться провисанием детали, а также угловыми смеще­ниями оси протяжки.

Меньший диаметр отверстия может полу­читься и в тех случаях, когда диаметр зубьев протяжки выполнен с предельными размера­ми. Объясняется это упругими деформациями детали в процессе протягивания под влиянием радиальных сил резания, что особенно сказы­вается при протягивании тонкостенных дета­лей.

Чтобы увеличить диаметр отверстия, надо: а) перейти на охлаждение сульфофрезолом, если применялась эмульсия; б) уменьшить пода­чу на зуб на последних режущих зубьях; в) увеличить скорость протягивания и пере­дний угол чистовых зубьев.

После указанных мер по увеличению раз­меров зубья протяжки проверяют и шлифуют до нужного размера.

При протягивании шпоночных или шлицевых пазов наблюдаются отклонения разме­ров пазов как по глубине, так и по ширине. Глубина пазов на выходе, протянутых при одной наладке, оказывается разной, что объяс­няется разными углами наклона оси протяжки.

Увеличенная ширина паза получается вследствие отклонения от параллельности шлицевых выступов оси протяжки.

Если протягиваемая деталь имеет различ­ную толщину стенок, то и диаметр отверстия может получиться разным в разных сечениях: там, где толщина стенки меньше, диаметр от­верстия также получится меньшим. Устранить этот дефект можно, изменив соответственно форму и размеры заготовки, с тем чтобы по­сле протягивания обточить ее по наружному диаметру.