CC BY
23
УДК 621.91
И РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗЕНКЕРА-II ПРОТЯЖКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ || ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ
¡11 Н.С. Дудак, ПХ, Итыбаева
1|| Павлодарский государственный университет
§|| им. С. Торайгыроеа
||§§Збработка цилиндрических отверстий осуществляется следующими м&галлорежущими инструментами: сверлом, зенкером, развёрткой и протяжкой. В зависимости от требований к точности отверстий применяется соответствующие инструменты.
Щрверление и зенкерование являются в основном предварительными Операциями. Протягивание является чистовой операцией. Общеизвестно,' что зенкеры имеют недостаток: работа резания сосредоточена на сравнительно короткой режущей части (рисунок 1). Неблагоприятные условия резания вызывают повышение механической нагрузки на участке лезвия, на котором происходит отделение стружки от основного слоя материала и его деформации, что сопровождается значительным тепловыделением. Механические и термические напряжения приводят к сравнительно низкой стойкости режущих инструментов [1-6].
I
1 - зенкер; 2 - заготовка; ц - главный угол в плане; а - толщина среза; Ь - ширина среза; I - глубина резания; В - диаметр обрабатываемого отверстия; В -диаметр предварительного отверстия; Ь - длина обработки; 8 - осевая подача; - подача на зуб; V - скорость резания
Рисунок 1 - Элементы резания при зенкеровании
Необходимы исследования по поиску и разработке новых конструкций режущих инструментов для улучшения условий резания и сведения к минимуму воздействия указанных неблагоприятных отрицательных факторов, сопровождающих процесс резания.
Анализ методов, способов обработки, параметров срезаемого слоя при резании, геометрии и конструкций металлорежущего инструмента (зенкера и протяжек) привёл к разработке нового металлорежущего инструмента - зенкера-протяжки, подано ряд заявок на предполагаемые изобретения [1].
Зенкер-протяжка конструктивно построена по следующему принципу: в осевом сечении она имеет конструктивные признаки, соответствующие протяжке: передний хвостовик, шейку, переднюю и заднюю направляющие, режущую и калибрирующую части, а в поперечном сечении признаки зенкера: форма и число зубьев, геометрию режущей части.
В поперечном сечении профиль винтовых зубьев зенкера-протяжки может быть следующих исполнений: стандартный профиль зубьев зенкера, равноширокий профиль зубьев. Применение равноширокого профиля зубьев позволяет увеличить стойкость зенкера-протяжки, количество переточек, а, следовательно, и увеличить срок службы.
В новых конструкциях режущих инструментов использованы преимущества протяжки: сравнительно невысокая скорость резания, качество обработки (точность размера, шероховатость), уменьшение истирания.
Обработка отверстий деталей машин зенкером-протяжкой на токарном станке может осуществляться следующими способами: закреплением зенкера-протяжки в патрона или на суппорте токарного станка с левым или правым направлением винтовых стружечных канавок в зависимости от направления вращения шпинделя с режущим инструментом, подана заявка на предполагаемое изобретение [2].
Схема обработки зенкером-протяжкой при установке заготовки на суппорте токарного станка более приемлема, т.к., исключается погрешность от сил зажима патрона токарного станка, что оказывает влияние на форму обрабатываемого отверстия.
Для исключения влияния геометрических погрешностей станка (радиального биения шпинделя, износа направляющих станины и т.п.) разработан плавающий патрон, устанавливаемый в патрон станка, также разработано приспособление для установки заготовки в резцедержателе на суппорте. На рисунке 2 представлена схема обработки зенкером-протяжкой цилиндрического отверстия на токарно-винторезном станке.
1 - зенкер-протяжка, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - патрон токарно-винторезного станка, 4 - приспособление для установки, обрабатываемой детали, 5 - плавающий патрон, V - направление вращения зенкера-протяжки, 8 - направление подачи, обрабатываемой детали.
Рисунок 2-Схема обработки зенкером-протяжкой
Исполнения передних хвостовиков для закрепления в патроне токарного станка цилиндрический (рисунок 3,а) и в тяговом патроне с помощью чеки-клина (рисунок 3,6) и чеки-штифта (рисунок 3,в).
А-А -I - й
а)
Рисунок 3 - Исполнения передних хвостовиков
Дальнейший расчёт и конструирование зенкера-протяжки выполняем по принятой методике проектирования цилиндрических винтовых протяжек, за исключением некоторых моментов.
Режущая часть зенкера-протяжки коническая и форма и число зубьев в поперечном сечении, как у зенкера. Из анализа и рекомендаций литературных источников принимаем число зубьев зенкера-протяжки равным четырём. При нарезании винтовых стружечных канавок необходимо обеспечить нарезание именно четырёх винтовых стружечных канавок (зубьев) из условия:
л И
где Б - диаметр режущей части зенкера-протяжки;
§окр - окружной шаг, мм.
При зенкеровании припуск рекомендуется выбирать в пределах (0,10... 0,22) 6 = (0,10... 0,22) 19,7 = 1,97...4,33 мм [7]. Диаметр предварительного отверстия с учётом разбивки 0,3 мм (после сверления) составит с!о= 19,4 мм. Для зенкера-протяжки, при отсутствии рекомендаций по величине припуска, с учётом приближения к развёртке-протяжке по условиям обработки больше к условиям, существующим при протягивании, с учётом того, что температуры в зоне резания значительно ниже, чем при зенкеровании, необходимо выбирать припуск, соизмеримый с припуском для винтовых протяжек. Для средних диаметров при протягивании он составляет 0,3...1,3 мм, поэтому припуск для зенкера-протяжки выбираем в пределах диапазона 0,3...0,6 мм и для наименьшего диаметра 19,8 мм - 0,4 мм.
По данным ВНИИ для круглых протяжек подача на зуб в пределах 0,04... 0,06 мм/зуб. Для зенкера-протяжки принимаем подачу на зуб 8г = 0,06 мм/зуб
Определим ширину зубьев зенкера-протяжки в поперечном сечении графо-аналитическим методом (рисунок 4). От нулевой точки (вершина режущего клина, зубьев зенкера-протяжки) отложим вертикальные линии с шагом 0,5 мм. Проведем через нулевую точку линию, соответствующую величине заднего угла, б = 7° и окружность радиус, которой равен диаметру режущей части зенкера-протяжки, 11=8,95 мм. Точка пересечения линии и окружности, точка 5 на рисунке, соответствует максимально возможной
ширине спинки зуба, §=2,17 мм, при данном радиусе окружности. Такая ширина спинки зуба неприемлема, т.к. будет происходить истирание обработанной поверхности заготовки. Принимаем ширину спинки зуба равной 1,75 мм, как видно из рисунка 5, остается зазор между обработанной поверхностью и шириной спинки зуба равный 0,04 мм, точка 4.
Дина винтовой режущей кромки зуба зенкера-протяжки оказывает значительное влияние на силу резания, условия стружкообразования, размещение стружки в канавке и шероховатость обрабатываемой поверхности.
Стружкоделительные канавки предназначены для деления широкой стружки на отдельные части; это облегчит работу зенкера-протяжки и создаст лучшие условия размещения стружки во впадине зуба и отвода стружки. Число стружкоделительных канавок для круглых протяжек при диаметре протяжки 16.. .20 мм - 10; при - 20.. .25 мм - 12, что приводит к длине срезаемой стружки по окружности от 5 до 7 мм [8].
Исходя из условий стружкообразования, длина режущего элемента лезвия между стружкоделительными канавками зуба, выбираем по следующему соотношению
Ь - (1...1,5)х V/} = 4...1 мм.
(2)
где Б - диаметр зенкера-протяжки [3].
Сравним расчёт между стружкоделительными канавками на винтовых зубьях зенкера-протяжки с расчетным расстоянием между канавками по формуле (2). Как видно, из сравнения значения приблизительно одинаковые, т.к. зависимости были получены эмпирически и рекомендаций для винтовых зубьев зенкера-протяжки не определены, то оптимальным и рациональным принимаем значение между стружкоделительными канавками равное 10 мм.
Для исключения несогласования скорости вращения зенкера-протяжки и продольной подачи заготовки, а также затирания по боковым сторонам стружкоделительных канавок принимаем угол между боковыми сторонами канавки равный 30° (рисунок 5).
Рисунок 5 - Стружкоделитедьные канавки
Для дальнейшего расчёта и конструирования необходимо определить величину срезания вдоль оси калибрирующей части за одну переточку инструмента. Эта величина связана с износом инструмента. Из анализа литературных источников износ осевых инструментов происходит в основном по задней поверхности. По данным Филиппова Г.В. износ по задней поверхности зенкера из быстрорежущей стали колеблется в пределах 1,0 мм с периодом стойкости от 40 до 120 мин; зенкера с твёрдосплавными пластинками -11=0,8... 1,2 мм. Алексеев Г.А., Аршинов В.А. приводят данные износа по задней поверхности зенкера из быстрорежущей стали-Ь=1,2... 1,5 мм, стойкость - Т=40... 120 мин; зенкера с твёрдосплавными пластинками -1,0... 1,6 мм, стойкость - Т=30...Ю0 мин. Т.к. инструмент сочетает признаки двух инструментов - зенкера и протяжки, то рассмотрим износ протяжек для
цилиндрических отверстий. Также как и у зенкера, износ в основном происходит по задней поверхности, а также по уголкам стружкоразделительных канавок. Из анализа литературных источников величина износа по задней поверхности h =0,2... 0,3 мм, стойкость - Т= 180 мин.
Для современного производства металлорежущего инструмента величина износа по задней поверхности до 1,6 мм не приемлема. Доведение инструмента до такого состояния приводит к резкому увеличению шероховатости обрабатываемой поверхности, потерей выдерживаемого размера, возникновением вибраций технологической системы (СПИД), нагревом детали, радиус при вершине становиться примерно равным толщине срезаемой стружки и увеличивается износ, увеличение на поверхности детали остаточных напряжений. При эксплуатации металлорежущего инструмента уменьшение величины износа по задней поверхности обеспечивает увеличение запаса на переточку, их количество, повышает качество и точность обработки, шероховатость и форму поверхности. Исходя из выше сказанного принимаем величину износа по задней поверхности h:=0,3 мм.
Протяжки затачиваются по передней поверхности, а зенкер-протяжку затачиваем по задней поверхности, что увеличит количество переточек по сравнению с традиционными инструментами и общий ресурс, запас на переточку - удлинение калибрирующей части.
При обработке развёрткой-протяжкой необходимо согласовать её вращение, подачу детали и угол наклона стружечных канавок. Режимы резания развёрткой-протяжкой теоретически принимать затруднительно, и поэтому оптимальные значения будут определены экспериментальным путём. В последствии будут разработаны номограммы и рекомендации режимов резания для различных материалов и условий обработки.
ЛИТЕРАТУРА
1 Заявка на изобретение № 2006/0860.1 «Зенкер-протяжка для обработки цилиндрических отверстий» от 24.07.2006г.
2 Заявка на изобретение № 2008/0054.1 «Способ обработки цилиндрических отверстий зенкером-протяжкой» от 18.01.2008г.
3 Кацев П.Г. Обработка протягиванием,- М: Маш., 1986. - 272 с.
4 Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л. Гречишников В. А. Металлорежущие инструменты.-М: Маш., 1989.-328 с.
5 Родин П.Р. Основы проектирования режущих инструментов. К. ВШ. 1990.-424с.
6 Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущего инструментов.-М: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. - 952 с.
7 Филиппов Г.В. Режущий инструмент - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.-392 с.
8 Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. Изд. 3-е, перераб. И доп. Учебник для машиностроительных техникумов. М., Машиностроение, 1976. - 440 с.
Тушндеме
Макала цилиндрлш сацлауларды вцдву ушт зенкер-тартылыс жабдыгыныц кесудщ жаца конструкциясыныц endeyi бойынша isdey мен эцдеу бойынша зерттелуге арналады.
Resume
The article is devoted to investigation by search and working out new construction of cutter - core dril - transport for cylindrical processing.
