Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

щие кромки, стружколомательные канавки 14. Между зубьями расположены стружечные канавки, используемые для формирования и размещения стружки. Элементами стружечной канавки являются: закругленная одним или двумя радиусами впадина 2, спинка зуба 15, ширина пера 16 и ленточка с углом а=0. Форма режущей части и стружечной канавки определяют форму профиля зубьев протяжек. При этом необходимо учитывать форму пе­ редней поверхности и группу заточки, кото­ рые также определяют форму профиля зубьев протяжки.

Основные параметры процесса протяги­ вания определяются на основе результатов экспериментальных исследований и обобще­ ния производственного опыта. Рекомендуется следующая методика определения параметров процесса протягивания и протяжек. Вначале определяют группу обрабатываемости мате­ риала детали по табл. 2.2.37 и группу качества обрабатываемой поверхности по табл. 2.2.38. Полученные данные являются основой для

назначения скорости протягивания (табл. 2.2.39) и выбора марки смазочноохлаждающей жидкости (табл. 2.2.40, 2.2.41). Затем проводится расчет характеристик про­ тяжек. По табл. 2.2.42 назначают припуск под протягивание, выбирают схему удаления этого припуска резанием и устанавливают необхо­ димость применения других воздействий.

Важнейшим параметром процесса про­ тягивания и протяжки, определяющим произ­ водительность и качество обработки и стой­ кость инструмента, является величина подъе­ ма на зуб. Подъем на зуб чистовой части про­ тяжки должен быть минимальным, как пра­ вило равным 0,02 мм, обеспечивающим каче­ ство и точность обработанной поверхности. Подъем на зуб черновой части должен быть максимальным для достижения наивысшей производительности. Однако при этом необ­ ходимо учитывать ограничивающие факторы (табл. 2.2.43).

Как правило, величина подъема на зуб определяется из условия размещения стружки в стружечной канавке:

~кГ

где к^ - коэффициент, характеризующий

объем и форму стружечной канавки; h - глу­ бина стружечной канавки, мм; к - коэффи­ циент стружкоемкости; /д - длина обрабаты­

ваемой поверхности, мм.

Лимитирующим фактором величины подъема на зуб является также сила резания. Допустимая сила резания офаничивается мощностью привода станка и прочностью протяжки в наиболее опасном сечении:

P,=S.^,

где Р - допустимая сила резания, Н; S площадь опасного сечения протяжки, мм•2.

а- допустимое напряжение при растяже­

нии, МПа.

Сила резания зависит от числа одновре­ менно работающих зубьев и, следовательно, можно уменьшать силу путем увеличения шага зубьев. Однако при этом увеличивается

длина протяжки и ухудшается плавность ее работы. Для обеспечения плавности работы протяжки требуется, чтобы одновременно участвовало в работе не менее трех зубьев. Для увеличения числа одновременно рабо­ тающих зубьев применяют обработку деталей пакетом.

Подъем на зуб ограничивается также склонностью обрабатываемых материалов к вырывам и сколам, что особенно часто на­ блюдается при обработке пластичных мате­ риалов. Величины подъема на зуб устанавли­ ваются по табл. 2.2.43.

Ограничивающим фактором величины подъема на зуб является требование обеспе­ чения равной стойкости черновых и чистовых зубьев. Для определения средней наработки зубьев протяжки используется следующая зависимость:

где Т - средняя наработка зубьев протяжки, ы\ V - скорость резания; С^ - коэффициент,

характеризующий изменение условий протя­ гивания; d - диаметр протягивания.

Значения коэффициента С^ и показате­

лей степени п и у приведены в табл. 2.2.44.

Из полученных значений величины подъема на зуб в зависимости от указанных выше ограничивающих факторов выбирается наименьшее, по которому и осуществляется расчет протяжки.

При существенной разнице между сила­ ми протягивания на черновой и чистовой частях протяжки (>60%) дополнительно вво­ дятся три-пять переходных зубьев, которые обеспечивают плавный переход от чернового протягивания к чистовому.

Наряду с режущими зубьями часто при­ меняют деформирующие элементы, которые осуществляют холодное пластическое дефор­ мирование.

Обработка поверхностей деталей протя­ гиванием осуществляется в несколько этапов, сопровождаемых значительными упругими и пластическими деформациями обрабатывае­ мого материала, а также различными явле­ ниями на границе контакта инструмента с деталью, главным из которых является про­ цесс трения. При этом часто применяются комбинированные методы протягивания, включающие в себя резание и поверхностное пластическое деформирование (ППД) в раз­ личных сочетаниях. Поэтому резание и ППД целесообразно описать едиными теоретиче­ скими законами, применение которых позво­

ляет эффективно управлять процессом обра­ ботки, т.е. резание и ППД представляются единым процессом пластической деформации, различающимся величиной прикладываемого напряжения. Исходя из этого, характеристики способа воздействия разделяются на две груп­ пы: характеристики очага деформации и фи­ зико-химические характеристики контакта инструмента с обрабатываемым материалом. Характеристики очага деформации включают в себя степень и знак деформации, вид на­ пряженно-деформированного состояния, тем­ пературу и скорость деформации, размеры очага, а также фазовые превращения в мате­ риале детали. Контактные характеристики делятся на три подгруппы: физические, хими­ ческие и электрические (рис. 2.2.18-2.2.20). Под физическими понимают явления, свя­ занные с избытком в поверхностном слое свободной энергии, а также с появлением поверхностного натяжения из-за некомпенсированности молекулярных сил сцепления. Химические явления определяются изменени­ ем химического состава поверхностного слоя путем концентрирования в нем поверхностноактивных веществ, что понижает свободную поверхностную энергию. Электрические яв­ ления характеризуются распределением в по­ верхностных слоях электрических зарядов и возникновением скачков потенциалов на по­ верхностях раздела фаз.

?

о

к>

К)

00

е

S

W

S

S

9^

g

п

1

12

£

Межзеренное

Внутризеренное

Термоупругое

Жидкостное

Граничное

Сухое

Движения

Статическое

Скольжения

Качения

Верчения

Самодиффузия

Гстеродиффузия

Внутреннее

Внешнее V"""^

Схватывание пленок \

Схватывание

поверхностей

Реактивная

Внешний эф­ фект Ребиндера

Внутренний эф­ фект Ребиндера

Макроперенос

Микроперенос

Тепловые

явления

Г Магнитные явления

Трение

Когезия

Адгезия

Диффузия

Адсорбция

Перенос материи ц\

на контртело

Диспергиро­

вание

Образование 71 новой фазы /1

Капиллярная 1 конденса­

ция

Собирательная f/ / рекристалли­

зация

i

Рис. 2.2.20. Электрические контактные характеристики

/^Vl^

где a - угол заборного конуса деформирую­ щего элемента; 5j - перемещение частицы

металла; h^ - глубина пластически деформи­ рованного слоя; /j , /2, /3 - соответственно

длины передней внеконтактной, контактной и задней внеконтактной зоны.

Далее определяют компоненты тензора скоростей деформации:

ди

^ х ; = - 8х ^yj- ду 'xyj ду дх

где у - номер зоны очага деформации. Интенсивность скоростей деформации

После этого находят показатель напря­ женного состояния К ~ (У / G-, а по диаграм­ ме пластичности - предельную накопленную деформацию. В некоторых случаях диаграмму пластичности можно аппроксимировать:

Найденный с помощью данной методи­ ки критерий v|7 удобен тем, что с его помощью можно количественно определить качество обработанной поверхности, а также после­ дующую обрабатываемость резанием. Типовые графики зависимости степени упрочнения и параметров шероховатости обработанной по­ верхности, а также силы резания по упроч­ ненному деформирующим протягиванием слою от степени использования запаса пла­ стичности выглядят следующим образом (рис. 2.2.21).

Для комплексной оценки выбора физи­ ко-химических контактных характеристик целесообразно использовать коэффициент трения, который может быть определен по усовершенствованному выражению И.В. Крагельского:

C^GQ + Az^ J

}/2v

045/Г^^д1/2 2Р, c(oo+^Ef)

где с - коэффициент, зависящий от упроч­ нения материала; р - коэффициент упрочне­ ния молекулярной связи; Д - безразмерный комплекс, характеризующий шероховатость поверхности; v - параметр степенной ап­ проксимации кривой опорной поверхности; TQ - сдвиговое сопротивление; п - число

циклов, приводящих к разрушению деформи­ руемого объема; Р^ - отношение действую­ щей нагрузки Л^ к контурной площади кон­ такта А^ .

Кроме этого, коэффициент трения мо­ жет быть определен на основании метода делительных сеток.

Определение коэффициента трения по результатам исследований очага деформации методом делительных сеток с использованием единых параметров повышает адекватность получаемых результатов. Кроме того, оба ме­ тода позволяют определить характер измене­ ния коэффициента трения по длине контакта

инструмента с деталью.

Максимумы коэффициента трения наблюдаются в начале зоны контакта обрабаты­ ваемого материала с заборным конусом и на цилиндрической ленточке деформирующего элемента. После резкого снижения коэффи­ циента трения на расстоянии 0,4...0,6 мм от начала зоны контакта его значение при при­ ближении к цилиндрической ленточке остает­ ся примерно постоянным, а затем при пере­ ходе заборного конуса в ленточку вновь воз­ растает. Максимум / в начале зоны контакта объясняется, с одной стороны, значительной величиной касательных напряжений, возни­ кающих при переходе частиц металла из пе­ редней высококонтактной зоны в зону кон­ такта и, с другой стороны, тем, что предел текучести материала в этой зоне минимален, так как процесс упрочнения еще не развит. Уровень нормальных напряжений в этом мес­ те контакта также невелик. Затем касательные напряжения резко падают, а их последующее монотонное возрастание компенсируется рос­ том нормальных напряжений и происходя­ щим процессом упрочнения металла. Второй максимум связан с тем, что в зоне цилиндри­ ческой ленточки действуют максимальные по величине касательные напряжения, а нор­ мальные напряжения в этой зоне снижаются до величины, соответствующей началу зоны контакта материала с заборным конусом.