Повышение надежности метчиков-протяжек на стадии проектирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проведем анализ изменения оперативного времени в целом (также без учета времен и ^зм). В этом случае второй вариант будет более производительным при соблюдении условия:

bxxlL+hi! ++(k - i)t

о о jL^ О V

мин2 хх MUHk xx

Отсюда

Sмин2 ^

L • i

рх

У^ + к^х + (к - 1)1СМ - (4)

/ ' гг С С

минk хх хх

Для вышеприведенных данных зависимость (4) представлена на рисунке 1. Из графика следует, что при повышении скорости ускоренных перемещений рабочая подача имеет тенденцию к незначительному снижению. Следовательно, наиболее значимым фактором обеспечения производительности обработки при методе многократных рабочих ходов является повышение рабочей подачи.

3000 2500

<в

У

Л!

ч о с

к

W У

о ю (в а

1 2000

1500 1000 500

1015203040

50

Рис.

Скорость ускоренных перемещений, м/мин.

1. Зависимость рабочей подачи от скорости ускоренных перемещений

Таким образом, определены условия, при которых применение метода многократных рабочих ходов в одном технологическом переходе может конкурировать с традиционной обработкой за несколько технологических переходов по производительности, а иногда - и превышать ее. Особенно ярко преимущества проявляются при небольших припусках на обработку. С другой стороны, даже если на первом плане не стоит вопрос обеспечения высокой производительности, предлагаемый метод дает ряд существенных преимуществ: минимизацию упругих и тепловых деформаций технологической системы и, тем самым, снижение погрешностей обработки; сокращение числа смен инструментов и его номенклатуры; сокращение подготовительно-заключительного времени, связанного с подготовкой и размерной настройкой инструментальных комплектов.

Список литературы

1. Воскобойников Б.С., Гречиков М.И. Применение современных

станков в машиностроении //Комплект: Инструмент, технология, оборудование. - 2007. - №8. - С.48-55.

А.М. Гениатулин, В.П. Кузнецов Курганский государственный университет

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МЕТЧИКОВ-ПРОТЯЖЕК НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В современном машиностроении резьбопротягива-ние получило достаточно широкое распространение при обработке крупных внутренних резьб [1]. В некоторых случаях резьбопротягивание является единственным способом обработки специальных гаек с отверстием большой длины при сравнительно малом диаметре. Метчики-протяжки позволяют нарезать внутреннею резьбу любого профиля с любым числом заходов при большой длине нарезанной части, обеспечивая высокое качество резьбы с точностью по 6Н.

В отличие от многих других методов обработки металлов резанием высокая надежность зависит от ряда начальных параметров, определяемых конструкцией метчика-протяжки: схемы резания, толщины срезаемого слоя, геометрических параметров.

Основные особенности метчика - протяжки:

• расположение хвостовика впереди режущей части, что обеспечивает работу метчика на растяжение в отличие от обычных метчиков, работающих на сжатие;

• выполнение рабочей части метчика в виде конической резьбы на всей его длине;

• режущая часть метчиков-протяжек может быть выполнена для работы по одинарной (профильной или генераторной) или по групповой (прогрессивной) схеме резания;

• продольные стружечные канавки делают спиральными. Угол подъема спирали канавки выбирают соответственно углу подъема винтовой линии резьбы и ее направлению.

У метчиков - протяжек различают следующие основные части (рис. 4 а): замковая (присоединительная) часть, передняя направляющую часть, режущая часть, калибрующая часть, хвостовая часть.

Замковая (присоединительная) часть соединяет протяжку с суппортом токарно-винторезного станка. Основные конструкции присоединительной части приведены на рис. 4 а ,б.

Переднее направление предназначено для центрирования обрабатываемого изделия относительно оси инструмента в начальный момент. Оно должно быть такой длины, чтобы после установки заготовки крепежная часть была свободной и выступала за торец изделия. Диаметр переднего направления выполняют с полем допуска h9, принимая за номинал внутренний диаметр нарезаемой резьбы.

В зависимости от количества стружки, снимаемой при нарезании резьбы, метчики-протяжки изготовляют односекционными (рис. 4 а,б) или многосекционными (рис. 4 в). Выточки между отдельными секциями служат для уменьшения числа режущих витков, участвующих одновременно в работе.

В комбинированной конструкции метчика-протяжки предусматривают режущую и режуще-деформирующую части. За счет наличия в конструкции режущей и режуще-деформирующей секций таким метчиком-протяжкой можно получать резьбу точности 4Н и шероховатости Ra=0,5...0,8 мкм.

Калибрующая часть имеет полный профиль нарезаемой резьбы. Она предназначена для зачистки наре-

занной резьбы. Длина калибрующей части назначается равной четырем-пяти шагам нарезаемой резьбы.

Задняя направляющая (хвостовая) часть служит для направления и центрирования метчика-протяжки в момент ее выхода из заготовки. Ее длина принимается равной 25-50 мм, а диаметр - равным диаметру передней направляющей части. Хвостовая часть может быть гладкой или иметь режущие элементы для снятия возможных заусенцев. Во втором случае ее диаметр делают на 0,1-0,2 мм полнее внутреннего диаметра нарезаемой резьбы.

В процессе эксплуатации метчиков-протяжек установлено, что наибольшая длина инструмента не должна превышать 550 мм, а длина нарезанной части не более 400 мм, так как эти величины являются предельными для большинства резьбошлифовальных станков, имеющихся на инструментальных заводах.

В тех случаях, когда по расчету требуется большая длина метчика, делают комплект из 2 штук. Обычно это бывает при большом числе заходов резьбы или при большой длине нарезаемой детали.

Схемы резания метчиков-протяжек

Односекционные протяжки работают по такой же (генераторной) схеме резания, как и обычные метчики в том случае, когда они не имеют прямой конусности по среднему диаметру резьбы (рис. 1 а).

Зубья односекционного метчика-протяжки с прямой конусностью по среднему диаметру работают по профильной схеме резания (рис. 1 б).

При нарезании трапецеидальных резьб в стальных деталях большой длины хорошие результаты дает применение групповой (прогрессивной) схемы резания (рис.1 в). Благодаря стачиванию некоторой части профиля зуба обеспечивается разгрузка режущих зубьев. Фаски снимают в шахматном порядке, как показано на рис. 2.

Для нарезания гаек большой длины, а также для нарезания резьбы в деталях из жаропрочной и нержавеющей стали, применяют многосекционные метчики-протяжки с несколькими резьбовыми участками, имеющими двойной заборный конус (рис.3). Наличие проточек на метчике-протяжке и заборного конуса на каждом из резьбовых участков облегчает резание вязких материалов, создает лучшие условия для выхода стружки, снижает трение на резьбовой поверхности и тем самым значительно разгружает метчик. Заборный конус делается с таким расчетом, чтобы его начало совпадало с наружным диаметром последних зубьев метчика, уже прошедших сквозь деталь.

Формулы для определения соответствующихдиамет-ров конусов метчиков-протяжек первого и второго проходов сведены в табл.1.

Таблица 1

1-й проход 2-й проход

d 21н = dnk - 0,05 di2H = Dhmi - 0,05

d З1н = d2ik - 0,05 d22H = di2k - 0,05

d 41н = d3ik - 0,05 d32H = d22k - 0,05

d42H = d32k - 0,05

66=7rJ-10rJ (возможно увеличение обратной конусности);

Профиль резьбы корригируется с учетом обратной конусности.

Процесс нарезания длинных резьб на токарно-вин-торезных станках при горизонтальном расположении оси инструмента осложняется затрудненными условиями доступа СОЖ в зону резания, неудовлетворительным размещением и отводом стружки. Повысить эксплуатационную надежность при резьбопротягивании на токар-но-винторезных станках можно за счет создания внутреннего охлаждения. Для этого создаются центральный канал и наклонные отверстия, отходящие от него в стружечные канавки и к передней поверхности зубьев (рис. 5). Данное конструктивное решение обеспечивает полное вымывание стружки и активное охлаждение инструмента, так как СОЖ в первую очередь охлаждает нагретые части инструмента, а не стружки, как это происходит при обычном поливе сверху.

Определение размеров метчиков-протяжек

При проектировании метчиков-протяжек и назначении их комплектности необходимо исходить из двух основных требований: обеспечения достаточной прочности метчиков и благоприятных условий для размещения стружки.

Длина переднего хвостовика lx = I + 50, где I — длина детали.

Длина режущей части I, =Ph3 /(zaz), где h3— высота профиля резьбы.

Длина калибрующей части 1к=4Р.

Диаметр хвостовика dx = dH = do, где dH — диаметр задней направляющей; do — наименьший диаметр отверстия под резьбу.

Профиль резьбы не затылуют, поэтому по наружному диаметру остается ленточка шириной f = 0,5. ..0,8 мм. Заднюю поверхность затачивают под углом ос =12... 15° на ширину ^ = 3...5 мм с дополнительным шлифованием под углом ос .,=30...60°.

Согласно вышесказанному, максимальная длина инструмента Lmax=40d= 550 мм. В общем случае длина переднего направления (до начала заборного конуса) равна 1д +50 мм, хвостовой части (до начала резьбы) -25-50 мм и калибрующей части - 4P мм.

Расчет метчика-протяжки начинается с определения толщины срезаемого слоя и суммарной длины заборной части.

Оптимальная величина подъема на зуб выбирается, исходя из технологических ограничений, обусловленных заданной шероховатостью поверхности, возможности сворачивания стружки и ее размещения в стружечной канавке, прочностных ограничений.

Достаточная прочность обеспечивается при условии, что длина заборной части метчиков-протяжек рассчитана при соблюдении соотношения

a<J_(<Wdlr

k zln

мм

При нарезании гаек с крупным шагом с длиной нарезаемой, части не превышающей двух диаметров, целесообразно использовать односекционные корригированные метчики-протяжки (рис.5).

При конструировании таких метчиков-протяжек обратная конусность и затылование по профилю назначаются как для обычных метчиков, т. е. обратная конусность 0,1- 0,15 мм на 100 мм длины и задние боковые углы

где /(-число заходов нарезаемой резьбы. Размеры и форма стружечных канавок Размеры стружечных канавок назначают с учетом коэффициента размещения стружечной канавки, равного отношению площади стружечной канавки Рк средней части заборного конуса (в сечении, перпендикулярном к оси метчика) к площади сечения стружки Рс, образованной в той же плоскости одним зубом за один проход. Коэффициент К может быть определен по формуле

Kc =

Fk 2

ndcvl0 sin ф

где d - средний диаметр метчика, мм;

l0 - глубина резьбового отверстия, мм;

ф - угол уклона заборной части, град.

Нормальные условия для размещения и отвода стружки создаются при Кс>0,5; при Кс<0,5 происходит резкий рост крутящего момента, возможны брикетирование стружки в канавках метчика и его поломка.

Стружечные канавки у метчиков - протяжек выполняются левыми для правой резьбы и правыми - для левой. Для многозаходных резьб необходимы также винтовые канавки, противоположные по направлению резьбы, но с одинаковыми углами подъема.

Отличительной особенностью стружечных канавок является увеличенный примерно в два раза угол наклона по сравнению с углом подъема резьбы по среднему диаметру

tg ß = S /ndcp; ß=2 ßp.

Осевой шаг H винтовой канавки определяется по формуле H = ndc ctg ß.

Рекомендуемые начальные параметры метчиков-протяжек для трапецеидальной резьбы сведены в табл.2,3, для метрической резьбы - в табл.4.

Дополнительные размеры и геометрические данные метчиков-протяжек указаны в таблице 5.

Рис.3. Схема построения заборных конусов многосекционных метчиков-протяжек

а)

Mtcma ciapi

Рис. 1. Схемы резания метчиков - протяжек

б)

для четного числа зубьев

для нечётного числа зубьев

1-е перо

1-е перо ' е перо и т.д.

2-е перо t перо ц т.д.

а) б)

для чётного числа зубъев

/-лулгиЛАЛ rvj-ynJ-\PJ\

профиль черновых зубьев (перья 1,3)

и^афиль чистовых зубъев (перья 2,4)

в)

Рис. 4. Метчики-протяжки: а, б - одинарные; в- многосекционный для нарезания резьбы в гайках из нержавеющей стали

Рис. 2. Схемы снятия фасок для разделения стружки

Ориентировочные размеры и геометрические параметры метчиков-протяжек для трапецеидальной резьбы (к рис. 4 б)

Резьба А, Я/ Ь 1 К X <Р с е

8x2 8,5 6 145 0,9Д, 10 6° 1°40 8 2 6

12x3 12,5 9 200 0,9Д, 10 6°30' 1°30' 10 3 8

16x4 16,5 12 240 0,9Д, 15 15° 1°40' 12 4 8

22x5 23 17 300 0,8Д, 18 6° 1°30' 14 5 10

24x6 25 19 320 0,8 Д, 20 14° 1°40 16 6 10

28x6 29 23 350 0,8Д, 20 7° 1°40 20 6 10

32x6 33 26 350 0,6 Д, 20 6° 1°30' 21 8 12

36x6 37 30 390 0,6Д, 20 5° 1°30' 22 8 12

40x6 41 34 450 0,6Д, 20 4° 1°20 22 10 16

Таблица 3

Ориентировочные размеры и геометрические параметры многосекционных метчиков-протяжек для трапецеидальной

резьбы (к рис. 4 в)

Резьба О0 Ь 1 М К Ь с е Г Л (Р 1 т

10x3 10,6 7 120 20 30 10 9 2,5 2,5 6 14° 1°40' 3 0.30

14x3 14,6 11 180 20 50 15 9 4 4 8 5° 50' 3 0.45

16x2 16,6 14 200 20 45 15 8 4 4 8 7° 45' 3 0.45

18x4 18,6 14 220 25 50 15 10 5 5 10 6° 1° 3 0.50

20x4 20,6 16 240 25 60 18 10 6 6 10 5° 50' 3 0.50

24x5 25,1 19 300 28 70 20 12 6 6 10 5° 1°' 3 0.50

26x5 27,1 21 320 28 70 20 12 6 6 10 4°30' 1°' 4 0.50

30x2x6 31,1 24 330 30 70 20 12 8 8 12 8°50' 1°20' 4 0.60

30x6 31,1 24 330 30 70 20 14 8 8 12 4°30' 1°20' 4 0.60

36x6 37,1 30 370 32 80 20 14 8 8 14 4°30' 1°10" 4 0.80

40x6 41,1 34 410 32 90 20 14 10 10 16 4° 10' 1°' 5 0.90

55x8 56,1 47 460 45 100 25 20 10 10 20 5°20' 1°20' 5 0.90

Рис. 5. Корригированный метчик-протяжка с внутренним подводом СОЖ и двойным заборным конусом

Ориентировочные размеры корригированных метчиков-протяжек для метрической резьбы (к рис. 5)

Резьба Конструктивные элементы корригированных метчиков-протяжек

D х S / и h h * и h h di d2 йз d4 d5 d6

М27хЗ 265 35 105 27 98 15 210 23,9 24,0 13,5 8 6 M8

М30х3,5 290 40 120 32 98 17 245 23,9 26,4 15 8 6 M8

М36х4 330 45 145 36 109 20 280 30 32,0 18 10 8 M10

М42х4,5 350 50 160 40 120 23 300 30 37,4 26 10 10 M10

М48х5 385 55 175 45 130 25 335 30 42,9 30 10 10 M12

М52х5 400 60 180 45 135 25 335 30 46,6 28 10 10 M12

М56х5,5 425 65 195 50 145 28 380 50 50,3 30 10 10 M12

М60х5,5 435 70 195 50 145 30 390 50 54,3 32 10 10 M12

М64х6 435 72 215 54 161 32 405 50 57,7 34 10 10 M12

М68х6 465 75 215 54 161 32 420 50 61,8 38 10 10 M12

М72х6 475 80 215 54 161 35 430 50 65,3 40 10 10 M12

Таблица 5

Дополнительные размеры и геометрические данные метчиков-протяжек

Наружный диаметр D0 метчиков в мм Диаметр dm сердцевины метчика в мм Ширина пера F в мм Число канавок Z Передний угол у в град Ширина ленточки т на вершине нарезанной части метчика в мм

До ю (0,36-0,40) D0 (0,45-0,50) Da 3 6 0,3

12-16 (0,4-0,45) D0 (0,32-0,35) D0 3 6-8 0,3-0,45

18-32 (0,45-0,50) Da (0,22-0,25) D0 4 8-10 0,5-0,8

Св. 32 (0,50-0,55) D0 (0,20-0,22) D0 5-8 10-12 0,9-1

Выводы

1. В работе получены параметры начального состояния метчиков-протяжек, обеспечивающие надежность резьбопротягивания трапецеидальных и метрических резьб.

2. Практическое использование корригированных метчиков-протяжек позволило увеличить стойкость по сравнению с ранее применявшимися метчиками-протяжками с прямой конусностью в 1,5-1,6 раза.

Список литературы

1. Гениатулин A.M., Кузнецов В.П., Схиртладзе А.Г., Борискин В.П.,

Дмитриева О.В., Филонов В.А. Технология производства крепежа: Учебное пособие,- Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2007.-360 с.

A.M. Гэниатулин, В.П. Кузнецов Курганский государственный университет

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ МЕТЧИКОВ-ПРОТЯЖЕК С ПОМОЩЬЮ ДИАГРАММ ИСИКАВЫ

В современном машиностроении резьбопротягива-ние получило достаточно широкое распространение при обработке крупных внутренних резьб [1 ]. В некоторых случаях резьбопротягивание является единственным способом обработки специальных гаек с отверстием большой длины при сравнительно малом диаметре. Метчики-протяжки позволяют нарезать внутреннею резьбу любого профиля с любым числом заходов при большой длине нарезанной части, обеспечивая высокое качество резьбы с точностью по 6Н.

Для анализа показателей надежности метчиков-протяжек на различных стадиях их жизненного цикла может быть использована причинно-следственная диаграмма. Диаграмма «причины - результат» предложена проф. Исикава (Япония) для структуризации отношений между некоторым заранее определенным показателем качества и множеством факторов, которые могут влиять на этот показатель. Эта диаграмма (рис. 1) строится в следующей последовательности [2]: