Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Режущий инструмент» для студентов направления подготовки бакалавров. Жачкин С.Ю., Симонова Ю.Э

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ПРОТЯЖКИ

Цель работы: изучение конструкции и геометрии круглых протяжек Протяжка - многолезвийный режущий инструмент, применяемый для обработки отверстий, пазов и наружных поверхностей с простым или фасонным контуром. Лезвия протяжки последовательно выступают одно над другим в направлении, перпендикулярном главному движению. При резании протяжками применяют только одно, обычно, поступательное, иногда - вращательное движение инструмента, скорость которого является скоростью резания. Движения подачи отсутствуют, а срезание слоев металла осуществляется за счет увеличения высоты или ширины последующего зуба протяжки относительно предыдущего.

В протяжках (рис. 3.1 а) сила резания приложена к передней рабочей части инструмента, при этом инструмент испытывает деформацию растяжения. В прошивках (рис.3.1 б) сила резания приложена к задней рабочей части инструмента, в этом случае инструмент работает на сжатие.

Протяжки обеспечивают обработку поверхностей с высокой точностью (до шестого квалитета) и низкой шероховатостью обработанной поверхности (R_a до 0,32 мкм).

Используют протяжки в массовом и крупносерийном производствах.

Основные конструктивные элементы протяжки показаны на рис. 3.1 а:

передний хвостовик с длиной l₁ служат для закрепления протяжки в патроне протяжного станка и передачи силы резания;

шейка длиной l₂ - связующая часть между хвостовиком и рабочей частью протяжки. Длина шейки определяется из условия размещения детали между столом протяжного станка и первым зубом d2=d1 =1 мм;

направляющий конус длиной l₃ служит для облегчения ввода протяжки в обрабатываемое отверстие, обычно l₃= 20 мм;

передняя направляющая длиной l₄ служит для центрирования оси заготовки относительно оси протяжки перед протягиванием. Длина передней направляющей равна длине обрабатываемой поверхности заготовки, при большой длине последней - уменьшается до 0,6 длины обрабатываемой поверхности;

рабочая часть длиной l₅ служит для срезания всего припуска на протягивание и обеспечение необходимых формы, размеров и шероховатости обработанного отверстия. Рабочая часть состоит из участков длиной l₆ с черновыми зубьями, длиной l₇ с чистовыми зубьями и длиной l8 с калибрующими зубьями;

задняя направляющая длиной l₉=l₄ служит для центрирования протяжки в отверстии при прохождении через него калибрующих зубьев по окончании процесса обработки. Диаметр d9 принимают равным диаметру калибрующих зубьев с допуском f7; задний хвостовик l₁₀ служит для поддержания протяжки в процессе обработки на горизонтально-протяжных станках с целью предотвращения провисания протяжки под действием собственного веса.

У протяжек, работающих на станках с автоматическим возвратом в рабочее положение (обычно это вертикально-протяжные станки), задний хвостовик по форме и размерам аналогичен переднему хвостовику. Важнейшей частью протяжки является ее рабочая часть. Форма черновых и чистовых зубьев в сечении, проходящем через ось протяжки, изображена на рис.4.1. Черновые зубья предназначены для снятия основного припуска с обрабатываемой поверхности. Чистовые зубья служат для окончательного образования профиля обрабатываемой поверхности, получения необходимой точности размеров и шероховатости поверхности.

Чистовые зубья имеют меньший подъем зуба, чем черновые. Между зубьями расположены стружечные канавки.

Форму и размеры зуба и стружечной канавки определяют: шаг зубьев Р, высота стружечной канавки hk; ширина B спинки (задней поверхности) зуба, передний  и задний α углы. Передний угол при обработке заготовки из стали = 10 °-20°, из чугуна =5° - 8°. Задний угол α=2 - 3° у внутренних протяжек α=10° - у наружных протяжек. Малая величина заднего угла обеспечивает сохранение диаметральных, размеров протяжки при переточках по передней поверхности зуба.

Спинку зуба делают или прямолинейной под углом ε=35°-45° или вогнутой формы с радиусом R =1,6h_k для увеличения пространства для размещения стружки.

На режущих кромках большой ширины (>6 -8 мм) делают стружкоразделительные канавки или выкружки, которые располагают на зубьях в шахматном порядке.

Калибрующие зубья предназначены для обеспечения стабильности размеров и резерва для переточки. Размеры калибрующих зубьев соответствуют наибольшим размерам готового изделия и выполняются с учетом деформации обрабатываемой заготовки. Работа по обеспечению стабильных размеров осуществляется режущими кромками первых двух зубьев; другие калибрующие зубья необходимы для направления протяжки по обработанной поверхности, а также для увеличения срока службы протяжки и перехода при переточках калибрующих зубьев в режущие. Режущие кромки всех калибрующих зубьев делают одинакового размера, равного размеру последнего чистового зуба.

Форма и размеры калибрующих зубьев и стружечных канавок аналогичны режущим зубьям.

Передние углы калибрующих зубьев равны передним углам режущих зубьев, Задние углы - d_k =30`+1°. По задней поверхности всех калибрующих зубьев оставляют цилиндрическую ленточку, ширина которой увеличивается по длине протяжки от зуба к зубу на 0,2 мм (от 0,2 до 0,6 мм). Этим обеспечивается возможность перехода калибрующих зубьев в режуще при переточке протяжки.

Зубья протяжек изготавливаются с учетом использования трех схем резания: профильной (одинарного резания), групповой (переменного резания) и генераторной.

При профильной схеме резания режущие кромки всех зубьев имеют одинаковую круглую форму со стружкоразделительными канавками на всех режущих зубьях. Срезание припуска происходит послойно по всему профилю контура. Схема применяется как окончательная.

У протяжек с групповой схемой резания рабочая часть состоит из отдельных секций. Материал на определенную глубину срезается группой - (секцией) зубьев одного размера (диаметра), но с различным расположением по окружности рабочих участков режущих кромок. Каждый зуб срезает материал на полную глубину слоя, предназначенного для срезания этой секцией, и ширину, определяемую шириной рабочих участков режущих кромок. Режущая кромка последнего зуба секции имеет форму полной окружности, но делается на 0,01 + 0,02 мм меньше рабочего диаметра остальных зубьев секции. Этим обеспечивается удаление всего слоя, предназначенного для обработки данной группой зубьев и предохраняет последний зуб секции от перегрузок. Для создания на зубьях отдельных режущих участков их лезвия срезают по дуге окружности (делают так называемые выкружки) или по плоскости (при малых диаметрах зубьев). Эти срезы выполняют роль стружкоразделительных канавок. На срезанных участках появляются вспомогательные режущие кромки, на которых образуют вспомогательные задние углы. При генераторной схеме резания вначале на протяжке делают зубья многогранной формы, образующие многогранник с описанной окружностью и диаметром, равным требуемому диаметру отверстия в заготовке. На последующих зубьях режущие кромки имеют ту же форму многогранника, но с поворотом его граней относительно оси до снятия всего припуска по окружности отверстия. Для улучшения параметров шероховатости поверхности за режущими многогранными зубьями делают зубья с круглой формой режущей кромки, снимающие выступы, получающиеся от первых групп зубьев.

Подобная конструкция рекомендуется для обработки отверстий заготовок с повышенной твердостью поверхностного слоя, например отверстий в литых заготовках.

Рабочая часть протяжки выполняется из стали ХВГ, быстрорежущих сталей, твердых сплавов. У сборных протяжек рабочая часть выполняется, кроме того, из металлокерамики и сверхтвердых материалов. Твердость зубьев, передней и задней направляющих из быстрорежущих сталей и ХВГ 56...64 HRСэ. Хвостовики (передние и задние) могут выполняться заодно с протяжкой (цельные протяжки), привариваться к ней (сварные протяжки) или крепиться механически. Хвостовики сварных протяжек изготавливают из стали 40Х, хвостовики с механическим креплением - из конструкционных сталей 40Х, ЗОХГСА и др. или инструментальных сталей ХВГ, X12BM. Твердость хвостовиков протяжек составляет 42...56 HRCэ.

Величина шероховатости поверхности хвостовиков Ra≤1,25 мкм Шероховатость поверхностей протяжек для отверстий с полем допуска Н7...Н9 по параметру Rz должна быть для передней поверхности, ленточек и задней поверхности на режущих зубьях не более 1,6…3,2 мкм, а на калибрующих зубьях - не более 0,8...1,6 мкм, для поверхности спинки зуба, радиуса у передней поверхности, стружкоразделительных канавок и выкружек - не более 6,3 мкм.

Измерение геометрических параметров и радиального биения зубьев протяжки

Передние углы протяжек измеряют в плоскости, перпендикулярной режущей кромке, а задние - как в плоскости, перпендикулярной режущей кромке (главный задний угол),так и в осевой плоскости, совпадающей с направлением перемещения протяжки (вспомогательный задний угол). Измерение передних и задних углов производятся с помощью шаблонов или угломером.

СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОТЯЖКИ

1. Наибольшее усилие, допустимое хвостовиком

P_x=F_x*_x, (4.1)

где F_x - площадь опасного сечения хвостовика, определяется для стандартных протяжек по ГОСТ 4043-70, 4044-70 или по формуле

F_{x= .} (4.2)

Здесь ς_x - дополнительное напряжение на растяжение для материала хвостовика ( табл, 3.1)

2. Наибольшее усилие , допустимое протяжкой на прочность по первому зубу

P₁= F₁∙₁= , (4.3)

где d₅ - диаметр первого зуба; h - высота зуба; _1-допускаемое напряжение на растяжение для материала протяжки (табл. 3.1).

3. Максимально допустимая главная составляющая сила резания

P_{z max}=C_p∙S_z^0.8∙D₀∙Z_max , H , (4.4)

где Cp - коэффициент, учитывающий свойства материала (табл. 3.2) ; S_z - подъем на зуб, мм; S_z=(l₆+l₇)/z_p; D₀ - диаметр отверстия (по последнему режущему зубу); Z_max- наибольшее число одновременно работающих зубьев

Z_max= l₀/p+1,

где l₀ - длина обрабатываемого отверстия ( по указанию преподавателя из зависимости Р = 1,5 √ l₀), р - шаг режущих зубьев, мм.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Получить у преподавателя протяжку.

2. Выполнить эскиз протяжки. На эскизе указать: наименование инструмента, материал, твердость и шероховатость рабочей и хвостовой части.

3. Произвести измерения основных частей протяжки и ее углов.

4. Рассчитать силовые характеристики по формулам (4.1; 4.3; 4.4).

5. Результаты измерений и вычислений свести в таблицу 3.3.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ

1.Название и цель работы

2.Эскиз инструмента

3.Необходимые вычисления и расчётные формулы.

4.Заполненная таблица 3.3

Таблица 3.1

Допускаемые напряжения на растяжение, МПа (Н/мм²)

Таблица 3.2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

КОНСТРУКЦИЯ И ГЕОМЕТРИЯ МЕТЧИКОВ

Цель работы: изучение конструкции, измерение и расчёт геометрических параметров метчика параметров метчика. Для нарезания внутренних резьб в отверстиях диаметром до 50 мм (иногда до 80 мм) предназначены метчики. Метчик представляет собой винт с канавками вдоль оси для образования режущих кромок (рис. 5.1) Основными конструктивными элементами метчика являются рабочая и хвостовая части. Рабочая часть (l) содержит режущую (заборную) часть (l₁), срезающую основной припуск, и калибрующую (l₂) часть, которая служит для окончательного формирования профиля резьбы, направления и подачи метчика вдоль оси под действием сил самозатягивания, а также является запасом на переточку. На рабочей части метчика вдоль оси расположены стружечные канавки, которые образуют зубья числом от 2 до 6 в зависимости от диаметра инструмента и отрабатываемого материала.

Хвостовая часть (l₃) служит для закрепления метчика во время обработки и придания ему требуемых перемещений. Хвостовик может иметь квадрат или лыску для передачи крутящего момента, кольцевую канавку для закрепления его в патроне и передачи движения в осевом направлении. Хвостовик выполняется заодно с рабочей частью (у цельных метчиков) или соединяется с ней сваркой, пайкой или механическим креплением.

Материал рабочей части - инструментальные углеродистые стали марок У11, быстрорежущие стали или твердый сплав. Материал хвостовой части - инструментальные углеродистые и быстрорежущие стали и твердые сплавы (у цельных метчиков) или конструкционные стали марок 45, 40Х.

Твердость рабочей части метчиков 61-63 HRCэ. Твердость хвостовиков не регламентируется за исключением -зоны квадрата ( лыски), где твердость должна быть 35-50 HRCэ. Для получения требуемой точности и параметров шероховатости обрабатываемой метчиком поверхности необходимо, чтобы параметр шероховатости передних и задних поверхностей метчиков не превышал R_a= 0,63 мкм. Для создания заднего угла α и сохранения постоянства профиля режущего зуба при переточках, заднюю поверхность метчика изготавливают на режущей части по архимедовой спирали. Эта операция называется затылованием.

Затылование производят на специальных станках резцом и шлифовальным кругом. Величина затылования определяется по формуле:

K= tgα, ( 5.1)

где, d - задний угол, измеряемый в плоскости,перпендикулярной оси метчика ( α= 4-20° на наружном диаметре метчика), d - наружный диаметр метчика; Z - число зубьев ( перьев) метчика. Метчики по калибрующей части могут изготовлять без затылования профилю, с затылованием на 2/3 ширины зуба или с затылованием по всей ширине зуба на K=0,01-0,02 мм. Метчики диаметром до 10 мм в большинстве случаев выполняют незатылованными.

Резьбу калибрующей части выполняют с обратной конусностью (0,04-0,08 мм на 100 мм длины) по наружному диаметру для уменьшения трения и разбивки получаемой резьбы.

Передний угол  на режущей и калибрующей частях принимают одинаковым, и в зависимости от материала заготовки  = 5°-30°. Стружечные канавки выполняют обычно параллельно оси метчика, но в некоторых случаях для перемещения стружки в направлении подачи режущую часть выполняют с углом наклона λ =15° или наклоняют стружечные канавки под углом ω=10°-35°.

Форма образующей режущей части (заборного конуса) прямолинейная с углом наклона образующей или криволинейная (обычно тороидная).

Для облегчение нарезания резьбы метчики могут нарезаться комплектами из двух-четырех штук.

Рис. 5.1. Конструктивные элементы: а – метчика; б – плашки; в – круглого резца с винтовой нарезкой

ИЗМЕРЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ

И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ 'ПАРАМЕТРОВ МЕТЧИКА

Размеры основных частей метчика измеряются штангенциркулем, наружный диаметр - микрометром, шаг резьбы – резьбомером.

Углы φ, λ, ω измеряют маятниковым угломером после закрепления метчика в центрах.

Передний угол  измеряется с помощью угломера и штангенрейсмаса по методике, изложенной в лабораторной работе №3 (рис.3). Задний угол на режущей части для затылованиой задней поверхности определяется по следующей методике: метчик закрепляют в центрах или делительной головке, имеющих лимб с градуировкой от 0° до 360°;

индикатор часового типа, закреплённый на стойке, подводится к затылованиой задней поверхности и устанавливается с натягом на "о" на вершину режущей кромки;метчик поворачивается вокруг своей оси так, чтобы ножка индикатора не сошла с затылованиой задней поверхности зуба; по лимбу определяется угол поворота метчика-τ, а по индикатору - величина падения затылка "в" , мм. Задний угол определяется по формуле:

tgα= , (5.2)

где d - наружный диаметр метчика, мм, b - величина падения затылка, мм; τ- угол поворота метчика, град. Величина затылования K определяется по формуле (5.1)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Получить у преподавателя метчик.

2. Выполнить эскиз метчика с указанием конструктивных и геометрических параметров; материала, твердости и шероховатости.

3. Измерить и вычислить конструктивные и геометрические параметры метчика.

4. Результаты измерений и вычислений свести в табл.5.1.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

1.Название и цель работы.

2.Эскиз инструмента.

3.Краткие сведения по назначению основных частей инструмента и затылованию.

4.Необходимые вычисления с пояснениями

5.Заполненная таблица 5.1

Таблица 5.1