Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Для оценки эффективности того или иного процесса протягивания может быть использован такой критерий, как мощность деформации, учитывающий усилия деформи­ рования и скорость осуществления воздейст­ вия. Для процесса обработки деталей дефор­ мирующим элементом с конической заборной частью мощность, затрачиваемая на деформа­ цию объема металла:

lliz h

0 0 0

Мощность, затрачиваемая на преодоле­ ние трения на контактных поверхностях ин­ струмента и детали:

О О

где / - длина контакта инструмента с дета­ лью; h - глубина распространения деформа­ ции; v^^ - скорость скольжения; ц - коэф­ фициент трения по Зибелю (Прандтлю); ст^ -

предел текучести обрабатываемого материала; R ~ радиус инструмента.

Мощность процесса протягивания при произвольном числе циклов деформирования

М:

м

N„ Z ЯЬ^Ы^/"^^^у

>=1

Данная методика позволяет определить параметры процесса протягивания и конст­ рукции протяжек, обеспечивающие получение заданного качества поверхности, максималь­ ной стойкости инструмента и минимальной энергоемкости.

2.2.5.ОБРАБОТКА РЕЗЬБОВЫХ

ИФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Наружную и внутреннюю резьбы на за­ готовках получают тремя способами:

1) резьбовыми резцами, гребенками, метчиками, круглыми плашками, резьбона­ резными головками, резьбовыми фрезами и шлифовальными кругами, когда в процессе обработки осуществляется вырезание слоев металла по профилю впадины резьбы;

2) вьщавливающими сборными плашка­ ми для наружных резьб и бесстружечными метчиками для внутренних резьб, когда инст­ румент и заготовка работают по принципу

пары скольжения без зазора при наличии больших сил трения;

3) резьбонакатными плоскими и сег­ ментными плашками, роликами и головками аксиального, тангенциального и радиального типа, когда инструмент осуществляет силовое качение по поверхности заготовки, характери­ зующееся значительно меньшими силами трения, чем при вьщавливании резьбы. Вто­ рой и третий способы основаны на образова­ нии профиля резьбы за счет пластического деформирования металла.

Способ получения резьбы может быть выбран по табл. 2.2.45 и 2.2.46 с учетом типа производства, требуемой производительности и качества обработки.

Диаметры заготовок под нарезание на­ ружных и внутренних метрических резьб со­ ответственно определяются ГОСТ 19258 и ГОСТ 19257. В единичном, мелкосерийном и серийном производствах для нарезания на­ ружных и внутренних резьб на универсальных токарно-винторезных станках с ручным и числовым программным управлением (ЧПУ), револьверных полуавтоматах и автоматах и специальных станках применяют:

1. Резьбовые резцы и гребенки. В совре­ менном производстве рекомендуется широко использовать резцы с пластинами из твердого сплава (ГОСТ 18885) и резцы сборные с ме­ ханическим креплением пластин из твердого сплава и пластин из минералокерамики и СТМ. Следует применять более производи­ тельные круглые резьбовые резцы и резьбо­ вые гребенки, изготовляемые по республи­ канским стандартам.

2.2.45. Относительная производительность различных способов резьбообразования

Способ Относительная резьбообразования производительность

Метрические, трубные и другие резьбы нарезают за несколько проходов по различ­ ным схемам резания (рис. 2.2.22):

профильной, когда резьбовому резцу со­ общается радиальная подача (рис. 2.2.22, а) и все точки активной длины режущей кромки ABC являются профилирующими;

последовательной (рис. 2.2.22, б)\ когда срезаемые слои распределяются между зубья­ ми заборной части инструмента с осевой по­ дачей, равной шагу (метчики, круглые плаш­ ки, плоские и круглые резьбовые гребенки и др.), у которых профилирующими являются лишь крайние точки А и В режущих кро­ мок;

последовательно-профильной (рис. 2.2.22, в), по которой работают резьбовые резцы с радиально-осевой подачей.

Трапецеидальные и прямоугольные резьбы нарезают по профильной схеме реза­ ния, когда профиль черновых резцов отлича­ ется, а профиль чистовых резцов совпадает с профилем резьбы (рис. 2.2.22, г).

Число черновых и чистовых переходов при получении резьбы резцами назначают соответственно в пределах 2-7 и 1-4 и увели­ чивают для инструментов из быстрорежущей стали, а также с возрастанием шага резьбы, прочности обрабатываемого материала, при нарезании внутренних, многозаходных и точ­ ных резьб. При нарезании трапецеидальной резьбы по профильной схеме число переходов значительно выше и соответствует 8-17 для черновых и 5-10 для чистовых. Для снижения числа переходов следует применять круговые резьбовые гребенки. Скорости резания выби-

рают в пределах: v =0,03...0,6 м/с - для резь­ бовых резцов из быстрорежущих сталей

ВК6-0М, Т30К4, ВК8, ВКЗ-М, ВК6 и др. Скорости резания снижаются с увеличением шага резьбы и прочности обрабатываемых материалов. Например, при нарезании резьбы на заготовках из коррозионно-стойких, высо­

2. Метчики подразделяются на ручные, машинно-ручные (ГОСТ 3266, ГОСТ 17931, ГОСТ 6627), машинные (ГОСТ 17933, ГОСТ 8959), гаечные (ГОСТ 1604, ГОСТ 3449, ГОСТ 6951). Специальные метчики-протяжки пред­ назначены для нарезания трапецеидальной резьбы.

Эксплуатация метчиков (особенно в ус­ ловиях автоматизированного производства) должна осуществляться без сколов режущих зубьев заборного конуса и поломок метчиков по поперечному сечению вследствие большой концентрации в канавках крутящих моментов и изгибающих сил, возникающих при несов­ падении осей метчика и отверстия.

Для снижения случаев скола режущих кромок необходимо:

выбирать инструментальный материал, обладающий высокой сопротивляемостью хрупкому излому (Р6М5, Р6М5К5, Р9М4К8, Т5К10, Т14К8, ВК8, ВКЮ-М и др.);

назначать оптимальный угол заострения путем правильного выбора переднего и зад­ него углов зубьев;

уменьшать толщину среза, приходящую­ ся на зуб путем удлинения заборной части метчика при уменьшении ф при обработке сквозных отверстий

Р,

Z

где Р - шаг резьбы; z - число канавок мет­ чика; ф - угол заборного конуса;

обеспечивать заточкой величину кине­ матического падения затылка на ширине пера зубьев заборной части метчиков, нарезающих резьбу в глухих отверстиях, равную 0,02 мм, чтобы исключить попадание корней стружек под заднюю поверхность зубьев и в связи с этим сколы кромок при вывинчивании после реверса.

Для снижения процента поломок метчи­ ков рекомендуется:

1) выбранный критерий затупления (допустимый износ по уголкам зубьев забор­ ного конуса), соответствующий экономиче­ ской стойкости, уточнять по критическому значению крутящего момента следующим образом:

а) определяется значение критерия зату­ пления, исходя из экономической стойкости (мм)

b = ckd ,

где d - диаметр метчика, мм; к равно 1, 0,75 и 0,50 - соответственно для резьб с крупным, средним и мелким шагом; с =0,125 - для стали; с =0,07 - для чугуна (для ориентации); б) коэффициенты с \\ Ъ уточняются на основе силовых контрольных опытов из усло­ вия, чтобы крутящие моменты не превышали

критических уровней:

2)снижать момент трения от заклини­ вания зубьев путем:

уменьшения числа калибрующих зубьев до 7-12;

придания зубьям калибрующей и на­ правляющей частей бочкообразной формы, исключающей резание этими зубьями;

увеличения обратной конусности в до­ пустимых по точности среднего диаметра пре­ делах;

расположением зубьев в шахматном по­ рядке;

уменьшением ширины перьев метчика; применением затылования зубьев по

профилю резьбы; применением у метчиков геометрии об­

ратной закрутки, которая при приложении нагрузки принимает «нормальную геомет­ рию»;

3)максимально снижать смещение и пе­ рекос оси отверстия относительно оси метчи­ ка путем правильного базирования заготовки при сверлильных (под резьбу) и резьбонарез­ ных операциях (спецналадки) и удлинения хвостовика метчика при жестком его закреп­ лении (рис. 2.2.23, а) и закреплении в качаю­ щемся патроне (рис. 2.2.23, б)\

4)применять скоростное резьбонарезание с температурами резания 500...550 °С, чтобы «уйти» из зоны наростообразования, многократно увеличивающего крутящий мо­ мент и параметры шероховатости из-за стес­ ненных условий взаимодействия режущих зубьев метчика с металлом. При такой орга­ низации процесса резания резко повышается производительность и качество обработки резьбонарезных операций (рис. 2.2.24).

Скорость резания V,M/C

Рис. 1.1.1А, Влияние скорости резания (температуры) на высоту нароста A„ и высоту неровностей (заштрихована рекомендуемая область работы)

При выбранных значениях v , Р , d , z

иф по соответствующим формулам и табли­ цам рассчитывается стойкость метчиков.

3.Круглые плашки. Наружные крупные

имелкие метрические и трубные резьбы по­ лучают круглыми плашками (ГОСТ 9740, ГОСТ 6228). ГОСТ 19258, ГОСТ 21347 и ГОСТ 21349 регламентируют диаметры заго­ товок под нарезание метрической, трубной цилиндрической и трубной конической резьб.

Скорости резания

cd1,2 7^0,5^1,2 '

где справно 0,045, 0,15 и 0,20 - соответствен­ но для углеродистых конструкционных сталей ((Ур=750 МПа), латуни и алюминиевых спла­ вов; d - диаметр резьбы, мм; Т - стойкость.

мин; Р - шаг резьбы, мм. В зависимости от шага и номинального диаметра резьбы скоро­ сти резания изменяются в пределах: 0,04- 0,07 м/с - для конструкционной углеродистой

илегированной стали, 0,125-0,25 м/с - для латуней и бронз, 0,15-0,30 м/с - для алюми­ ниевых сплавов.

4.Резьбовые фрезы. Короткие наружные

ивнутренние резьбы с треугольным профи­ лем, расположенные у галтелей, буртиков и т.д., а также доходяш^ие до дна глухих отвер­ стий могут быть вьшолнены гребенчатыми фрезами с коническим хвостовиком и насад­ ными (ГОСТ 1336). Метод применяется при нарезании резьбы на заготовках из вязких и твердых сталей, когда стойкость других инст­ рументов является низкой.

Ось вращающейся гребенчатой фрезы устанавливают параллельно оси заготовки. Так как продольные канавки параллельны оси фрезы и профиль зубьев совпадает с профи­ лем нарезаемой резьбы, то фрезе сообщается подача, равная шагу резьбы на один оборот заготовки. Длина фрезы на две-три нитки больше длины нарезаемой резьбы. Обработка осуществляется за 1,25 оборота заготовки. Обработка гребенчатыми фрезами осуществ­ ляется на станках 563А, 563Б, 563В, 5К63, КТ43, КТ44, КТ45, КТ85 и др. Обработка ведется по встречной схеме фрезерования с критерием износа зубьев не более 0,2 мм, 0,3 мм и 0,6 мм соответственно для фрез с шагом 1,26 мм, 1,5-1,75 мм и более 1,75 мм. Скорость резания выбирают из табл. 2.2.47.

5. Резьбонарезные головки. Для повыше­ ния производительности при нарезании на­ ружных резьб на токарных и револьверных станках применяют невращающиеся самооткрывающиеся головки с круглыми гребенками (ГОСТ 21761), а на автоматах и сверлильных станках - вращающиеся головки (ГОСТ 21760). Их параметры приведены в табл. 2.2.48. Применение круглых гребенок обеспе­ чивает высокую суммарную стойкость за счет увеличения числа переточек. Геометрические размеры круглых фебенок и кулачков к ним регламентированы ГОСТ 21761 и ГОСТ 21762.

0,20 - соответственно для ковкого чугуна, конструкционной углеродистой и легирован­ ной стали, бронз и твердых латуней.

Для нарезания наружных резьб диамет­ ром 1,7...3,5 мм применяют винторезные ре­ гулируемые, самовыключающиеся и самоот­ крывающиеся головки с круглыми плашками, повышающие производительность и качество нарезаемой резьбы.

При изготовлении точных внутренних резьб нарезание самовыключающимися го­ ловками является одним из наиболее высоко­ производительных способов.

Наиболее совершенной является головка конструкции ВНИИ, которая имеет один корпус (хвостовик) и сменную в пяти вариан­ тах переднюю часть с плашками и механиз­ мом выключения для нарезания внутренних цилиндрических резьб диаметром 36...80 мм (табл. 2.2.49). На плашках указывают номер головки, значения диаметра и шага резьбы; их затачивают и устанавливают комплектно. Скорости резания определяют по табл. 2.2.50.

Нарезание резьбовыми головками долж­ но осуществляться с обильным охлаждением эмульсией или сульфофрезолом с подачей СОЖ 8...10 л/мин.

Применение резьбовых головок дает следующие преимущества по сравнению с резьбофрезерованием:

повышается производительность вслед­ ствие сокращения машинного и вспомога­ тельного времени (обработка осуществляется за одну установку);

высвобождаются резьбофрезерные стан­ ки и производственная площадь;

отпадает операция - ручная калибровка резьбы, которая часто применяется после резьбофрезерования;

снижаются параметры шероховатости поверхности нарезаемой резьбы;

обеспечивается требуемая перпендику­ лярность оси нарезаемой резьбы к торцу.

ДЛЯ накатывания резьб соответственно диа­ метром 3...6, 6...24, 24...52 мм.

Накатывание резьбы применяется для металлов с ар<850 МПа и твердостью до

37 HRC.

Диаметр заготовки под накатывание тре­ угольных (метрической и трубной) и трапе­ цеидальных резьб:

внутренний и средний диаметры резьбы, мм;

к =1,02...1,04 - коэффициент.

Радиальная сила при накатывании мел­ ких метрических резьб круглыми роликами:

Рl500(D + d)'

где а^ - предел текучести, МПа; D - сред­ ний диаметр роликов, мм; d - средний диа­ метр резьбы, мм; Z - длина резьбы на заго­

товке, мм.

Плашки и ролики изготовляют ком­ плектно и они должны эксплуатироваться совместно (попарно).

Скорости и радиальные подачи накаты­ вания резьбы выбирают по табл. 2.2.51.

При накатывании резьбы рекомендуется использовать жидкости: ОСМ-3 - для углеродистьЕК и легированных сталей; МР-1У или МР-3 - для коррозионно-стойких сталей; МР-2У или ОСМ-3 - для цветных сплавов.

Внутренние резьбы получают метчикамираскатниками (ГОСТ 18839, ГОСТ 18840) на заготовках из металла и сплавов высокой пла­ стичности с шагом до 2 мм (алюминий, медь, латунь, бронза, мягкая сталь и т.д.). Для резьб с шлагом более 2 мм требуется предваритель­ ная обработка роликовыми раскатниками.

переходные поверхности (радиусные пе­ реходы от хвостовой части к рабочей у лопат­ ки турбины и др.).

В крупносерийном и массовом произ­ водствах для обработки наружных и внутрен­ них фасонных поверхностей на универсаль­ ных и агрегатных станках, полуавтоматах, автоматах, автоматических линиях, на гибких модулях с ЧПУ применяют:

призматические и круглые фасонные резцы для заготовок с различной формой образующей;

фасонные фрезы; протяжки для фасонных тел вращения и

отверстий; (в трех выше отмеченных случаях форма режущих кромок инструментов совпа­ дает с фасонным профилем заготовок);

способ копирования при прямом (рис. 2,2.25, а) и непрямом (рис. 2.2.25, б) действии копировального ролика (пальца) и копира. В первом случае контакт осуществляется силами тяжести груза, гидравлического давления или сжатия пружины, а во втором - через гидрав­ лическое, пневматическое или электронное управление.

Наиболее широко применяется гидроко­ пирование, включая объемное копирование и копирование с передачей движения в масшта­ бе путем сочетания копиров с рьиажными механизмами - пантографами. В ряде случаев роль копиров выполняют так называемые построители в виде отдельных механизмов или устройств на основе сложных электриче­ ских схем;

метод настроечных кинематических це­ пей, связывающих вращение обрабатываемой заготовки или режущего инструмента с вспо­ могательным перемещением заготовки или инструмента.

В единичном, мелкосерийном и серий­ ном производствах обработку заготовок с фа­ сонными поверхностями целесообразно осу­ ществлять на станках с программным управ­ лением. Обоснованный экономический выбор вида автоматизированного оборудования можно производить с помощью рис. 2.2.26. Применяемые схемы установки заготовок с фасонными поверхностями на токарных стан­ ках с ЧПУ регламентированы ГОСТ 3.1107.

Реализация обработки фасонных загото­ вок на токарных, фрезерных и многоцелевых станках с ЧПУ осуществляется в следующей последовательности:

разрабатывается технологический про­

цесс;

рассчитывается управляющая программа на основе расчетно-технологической карты и записи программы (рис. 2.2.27);

проводится контроль управляющей программы на координатографе и вносятся необходимые исправления;

проводится пробная обработка детали на станке с ЧПУ;

осуществляется контроль обработанной детали и вносятся исправления р программу расчета и в технологический процесс;

проводится обработка партии деталей.

Рис. 2.2.27. Траектория движения фрезы по контуру

При обработке сложных фасонных по­ верхностей для увеличения стойкости инстру­ мента и повышения качества обработки необ­ ходимо станки оснащать системами автомати­ ческого управления, обеспечивающими по­ стоянство скорости резания, круговой подачи, сил и температур резания в любой зоне обра­ батываемой фасонной поверхности путем автоматического регулирования частоты вра­ щения заготовки или инструмента независимо от причин, которые могут вызвать изменение сил или температур резания (переменный радиус и осевой профиль фасонной поверхно­ сти, износ инструмента, переменность при­ пуска и физико-механических свойств материапа заготовки и др.). Такие системы повы­ шают стабильность физических критериев оптимизации и надежность технологического процесса в целом, обеспечивая высокую про­ изводительность и качество обработки.

2.2.6. ОБРАБОТКА ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

По функциональному признаку на каж­ дом профиле зубьев вьщеляют три участка по высоте: вершинный (д), активный (б) и пере­ ходный (в) (рис. 2.2.28, а). Аналогично по длине: центральный (П) и боковые, или пе­ риферийные (I, 1П на рис. 2.2.28, б).

Требования к геометрии, свойствам по­ верхностных и внутренних слоев материала каждого из трех участков различны. Возмож­ ны модификации, соответствующие табл. 2.2.52. Наибольшее распространение получи­ ли модификации зуба: - бочкообразность 5 (рис. 2.2.29, а) и фланкирование (рис. 2.2.29,

б):

лш

<f)

Рис. 1.1.1%. Выделяемые участки боковой поверхности зуба по функциональному назначению