Проектирование протяжек

1. Цель и выполняемые задачи работы

Целью работы является ознакомление с различными формами и видами протяжек, правилами установки, правилами назначения передних и задних углов, алгоритмом проектирования протяжек. Задача работы состоит в проектировании шлицевой протяжки и выполнении рабочего чертежа протяжки.

2. Исходные данные

Спроектировать шлицевую протяжку при условии:

Обрабатываемое отверстие: D – 8x62H21x68H6x12F8

Z=8; d=62 mm; D=68 mm; B=12 mm;

C=0,5+0,3 mm; r=0,5 mm; L=60 mm;

Материал: Cталь 50Х.

(рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 – обрабатываемое отверстие

3. Определение припуска под протягивание

При проектировании шлицевых протяжек припуск на диа­метр определяется по формуле:

A₀ = D_max – d_min = 68,019 – 62 = 6,019 (мм) (3.1)

D_max – наибольший внешний диаметр

d_min – наименьший внутренний диаметр.

4. Назначение материала протяжки

При выборе материала для изготовления протяжек следует ру­ководствоваться следующим:

1) протяжки должны иметь высокую стойкость;

2) после термической обработки протяжки долины иметь наименьшую деформацию.

С целью экономии инструментального материала протяжки диаметром свыше 15 мм рекомендуется изготовлять составными. Для хвос­товика чаще всего применяют сталь 40Х ГОСТ 4543-88. В качестве материала для изготовления режущей части протяжки используется быстрорежущая сталь марки Р6М5 ГОСТ 19265-73.

Принимаем материал хвостовика сталь 40Х ГОСТ 4543-88, материал режущей части Р6М5 ГОСТ 19265-73.

5. Выбор величины подачи на зуб

Величина подъема на зуб выбирается в зависимос­ти от типа протяжки и обрабатываемого материала. Назначая подъем на зуб, необходимо учитывать, что меньшие толщины стружки спо­собствуют снижению шероховатости обработанной поверхности, тре­буют меньших усилий.

При выборе больных величин S_z протяжки получается более короткими, но требуют больших протяжных усилий и испытывают большие напряжения. Для протяжек, работающих по одинарной схеме резания, следует избегать величин S_z, превышающих 0,15 мм при протягивании, т.к. при этом резко возрастает износ зубьев протяжки и ухудшается качество обработанной поверхности. В то же время очень тонкие стружки, толщиной менее 0,015 мм требуют частой переточки протяжек.

При проектировании круглых, шлицевых, шпоночных и некоторых других видов протяжек подъем на зуб принимается одинаковым для всех режущих зубьев, за исключением нескольких последних зубьев (от двух до пяти), на которых подача на зуб постепенно уменьшает­ся.

В соответствии со свойствами обрабатываемого материала (Сталь50Х σв = 1100 МПа>750 МПа) принимаем величину S_Z = 0,06 мм на сторону.

6. Определение высоты режущих зубьев из условия свободного размещения стружки во впадине

При протягивании стружка не имеет свободного выхода и поэто­му она должна свободно размещаться в канавке между зубьями. Исхо­дя из этого условия, высота режущих зубьев определяется по форму­ле

(6.1)

где S_z = 0,06 - подъем на зуб на сторону в мм;

L = 60 - длина обрабатываемой поверхности детали в мм;

К =3,5 - коэффициент заполнения впадины зуба стружкой.

Величина коэффициента заполнения выбирается в зависимости от величины подъема на зуб (толщина срезаемого слоя) и обрабатываемого материала.

7. Определение шага режущих зубьев из условия свободного размещения стружки во впадине

Величина шага устанавливается по следующей формуле:

(7.1)

8. Определение максимального числа одновременно работающих зубьев

Максимальное число одновременно работающих зубьев подсчиты­вается по формуле:

(8.1)

где L=60 мм - длина обрабатываемой поверхности детали.

9. Определение фактического шага режущих зубьев

При определении фактического шага режущих зубьев необходи­мо учитывать, что действительная длина протягиваемой поверхнос­ти всегда отличается от номинального его значения на величину до­пуска. При положительном допуске может случиться, что в работу вступит еще один зуб сверх расчетных. Это может явиться причи­ной разрыва протяжки вследствие её перегрузки. Чтобы этого не случилось при определении фактического шага в качестве расчетной длины протягиваемой поверхности берут не номинальную, а несколько большую величину (обычно на одну десятую шага).

С учетом всего оказанного, фактическая величина шага опре­деляется по формуле:

(9.1)

Полученная величина шага корректируется до ближайшего боль­шего значения из следующего ряда: 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 18; 20; 22; 24; 25; 26; 28; 30.

10. Выбор формы стружечной канавки

Стружечная канавка служит для образования передней поверх­ности зуба протяжки и для размещения срезаемой стружки.

Для шлицевых протяжек при обработке стали используют канавку формы 2: рисунок 10.1 – канавка с радиусной спинкой.

Рисунок 10.1 – Канавка с радиусной спинкой.

11. Определение размеров профиля зубьев.

11.1. Фактическая высота режущих зубьев (глубина канавки) определяется по формуле:

(11.1)

11.2. Ширина спинки определяется по формуле:

(11.2)

11.3 Радиус закругления для впадины определяется по фор­муле:

(11.3)

11.4. Радиус спинки подсчиты­вается по формуле:

(11.4)

Расчетные значения h_P, q_P, R_p округляется до 0,5 мм. Значение r_p округляется до 0,1мм. В соответствии с нормализованными размерами канавок получаем:

h_P = 4,0 мм, q_P = 4,0 мм, R_P = 8,0 мм, r_P = 2,5 мм.

12. Определение наибольшей силы протягивания

Силу резания при протягивании рекомендуется определять по следующей зависимости:

(12.1)

где F = 232 н/мм - сила резания, приходящаяся на 1 мм длины режущей кромки протяжки в н/мм, при данной величине подъема на зуб;

- наибольшая суммарная длина режущих кромок всех одновре­менно работающих зубьев в мм.

При протягивании шлицевых отверстий прямобочного профиля суммарная длина режущих кромок определяется следующим образом:

(12.2)

где b = 12 мм - ширина шлица; Z = 8 - число шлицов.

13. Выбор формы и размеров хвостовика

Форма хвостовика выбирается в зависимости от типа протяжки и способа её крепления в тяговом патроне протяжного станка.

У цилиндрических протяжек хвос­товик выполняется цилиндрическим, форму его рекомендуется прини­мать под быстродействующие патроны согласно рис. 13.1.

Для протяжек диаметром свыше 10 мм применяется тип Б.

Рисунок 13.1 – Хвостовик цилиндрический. Тип Б.

Диаметр хвостовика:

D_Х = d_min – 0,5 = 62 – 0,5 = 61,5 (мм) (13.1)

Из размеров стандартных хвостовиков выбираем:

Таблица 13.1

Тип хвостовика	Размеры хвостовика, мм						Площадь опасного сечения FX
	DX	D1	l1	l2	l3	lX
Б	50	38	32	20	8,0	100	1130

14. Выбор формы и определение размеров передней направляющей

Форма передней направляющей части протяжки в попе­речном сечении устанавливается в зависимости от формы отверс­тия под протягивание. Для шлицевых протяжек принимается круглая форма передней направляющей.

Диаметр передней направляющей должен быть таким, чтобы обрабатываемая деталь свободно насаживалась на оправку и в то же время исключалась возможность пропуска деталей с диамет­ром отверстия меньше допустимого, так как это может привести к перегрузке первого зуба, а иногда к поломке протяжки. По этим причинам диаметр передней направляющей части протяжки принимается равным наименьшему диаметру предварительно обработанного отверстия:

D_ПН = d_MIN = 62 мм;

Длина передней направляющей принимается равной длине протягиваемого отверстия:

l_ПН = L = 60 мм.

15. Назначение размеров переходного конуса

Длина переходного конуса: l_ПК = 20 мм, при диаметре: D_ПН = 62 мм.

16. Определение расстояния до первого режущего зуба

Для того, чтобы вставленная в деталь протяжка могла быть легко присоединена к тяговому патрону, когда он находится в ис­ходном положении, то есть в наибольшей близости к столу станка, необходимо правильно рассчитать длину протяжки до первого зуба – рисунок 16.1.

Рисунок 16.1 – Исходное положение протяжки.

Длина протяжки до первого режущего зуба рассчитывается по формуле

l = l_X + l_З + l_C + l_П + L + l’_З (16.1)

где l_X - длина входа хвостовика в патрон, мм;

l_З - зазор между патроном и стенкой стола протяжного стан­ка, равный 5-10 мм;

l_C - толщина стола протяжного станка;

l_П - высота выступающей части планшайбы или опорного кольца;

L - длина протягиваемой детали;

l’_З - зазор между торцом детали и первым зубом, равный 5-10 мм.

Если сумму слагаемых, зависящих от модели станка, и сумму зазоров обозначить l’ то есть:

l’ = l_X + l_З + l_C + l_П + l’_З (16.2)

то тогда расстояние до первого зуба выразится следующим образом:

l = l’+ L = 200 + 60 = 260 (мм)

Размер l’ = 200 дан для станка модели 7А520.

17. Определение размеров шейки

Форма поперечного сечения шейки, такая же как у хвостовиков (круг). Диаметр шейки обычно берется на 0,3 - 1 мм меньше диаметра хвостовика в зависимости от его величины, то есть

D_Ш = D_Х – 1 = 50 – 1 = 49 (мм) (17.1)

Длина шейки определяется по следующей формуле:

l_Ш =l – l_Х – l_ПН - l_ПК = 260-100-60-20 = 80 (мм) (17.2)

где l - длина протяжки до первого режущего зуба;

l_Х - длина хвостовика;

l_ПК - длина переходного конуса;

l_ПН - длина передней направляющей.

18. Определение поперечных размеров первого режущего зуба

Поперечные размеры и форма, то есть очертание режущих кро­мок первого зуба протяжки соответствует размерам и форме пред­варительно обработанного отверстия. При протягивании шлицов различных видов предваритель­но обработанное отверстие имеет круглую форму, поэтому первый режущий зуб будет круглым.

Диаметр первого режущего зуба определяется по формуле:

D_1Р = d_MIN + 2 ∙ S_Z = 62 + 2 ∙ 0,06 = 62,12 (мм) (18.1)

где d_MIN - минимальный диаметр предварительно обработанного от­верстия.

19. Определение площади опасного сечения по первому режущему зубу

Для шлицевых протяжек площадь опасного сечения по первому режущему зубу определяется по формуле:

(19.1)

20. Расчет протяжек на прочность

С целью проверки протяжки на прочность вычисляются напряжения в наиболее опасных сечениях – по хвостовику и по первому режущему зубу.

[σx] = 250 МПа (Сталь 40Х), [σ1] = 350 МПа (Сталь Р6М5)

(20.1)

σx < [σx]; σ1 < [σ1]

Таким образом, напряжения в опасных сечения не превышают величин допустимого напряжения, то есть расчет на прочность выполнен.

21. Определение поперечных размеров режущих зубьев

Диаметр первого режущего зуба определяется по формуле:

D_1Р = d_MIN + 2∙S_Z = 62+2∙0,06 =62,12 (мм) (21.1)

Диаметр каждого последующего зуба получается прибавлением величины 2∙S_Z к диаметру предыдущего зуба:

D_2Р = D_1P + 2∙S_Z = 62,12 + 2 ∙ 0,06 = 62,24 (мм)

D_iР = D_(i-1)P + 2∙S_Z = d_MIN + 2i ∙ S_Z (мм) (21.2)

Диаметр последнего зуба:

D_ПР = D_MAX - δ = 68,019 - 0,01(мм) (21.3)

где: D_MAX – максимальный диаметр окончательно обработанного отверстия;

δ – величина изменения диаметра отверстия после протягивания;

На последних двух зубьях подъем на зуб постепенно уменьшается. Диаметры этих зубьев увеличиваются, соответственно, приблизительно на 1,2S_Z и 0,8S_Z

Расчетные диаметры режущих зубьев сведены в приложении 1.

22. Определение поперечных размеров калибрующих зубьев

В соответствии с назначением калибрующей части поперечные размеры и форма всех калибрующих зубьев выполняется такими же, как и у последнего режущего зуба, то есть соответствуют форме и поперечным размерам протягиваемой поверхности.

D_К = D_ПР = 68,019 - 0,01 мм;

23. Определение размеров калибрующих зубьев в осевом сечении

При протягивании точных отверстий шаг калибрующих зубьев принимается меньше шага режущих зубьев:

(23.1)

Округляем по нормальному ряду: tK = 8 мм;

(23.2)

Ширина спинки определяется по формуле:

(23.3)

Радиус закругления для впадины определяется по фор­муле:

(23.4)

Радиус спинки подсчиты­вается по формуле:

(23.5)

Расчетные значения h_к, q_к, R_к округляется до 0,5 мм. Значение r_к округляется до 0,1мм. В соответствии с нормализованными размерами канавок получаем:

h_K = 3,0 мм; q_K = 3,0 мм; R_K = 6 мм; r_к = 1,5 мм.

Вершины калибрующих зубьев снабжаются ленточкой. Ширина ленточки f_K = 0,2 мм для первого калибрующего зуба и f_K = 1мм для последнего.

24. Выбор числа калибрующих зубьев

Количество калибрующих зубьев Z_K должно быть таким, чтобы обеспечить нормальное число переточек протяжки.

Для шлицевой протяжки 6 квалитета число калибрующих зубьев Z_K = 7.

25. Назначение переднего угла режущих и калибрующих зубьев

Передний угол режущих и калибрующих зубьев берется и назначается в зависимости от обрабатываемого материала.

При обработке стали 50Х (HB>229) передний угол принимаем равным 10°.

26. Назначение задних углов режущих и калибрующих зубьев

В соответствии с рекомендациями выберем следующие задние углы:

Режущие зубья с 1 по 48 имеют задний угол 3°, режущие зубья с 49 по 51 имеют задний угол 2°, калибрующие зубья имеют задний угол 1°.

Все расчетные размеры режущих и калибрующих зубьев сведены в приложении 1.

27. Определение длины режущей части

Длина режущей части определяется по формуле:

(27.1)

где: Z_Р - количество режущих зубьев; t_P - шаг режущих зубьев.

28. Определение длины калибрующей части

Длина калибрующей части определяется по формуле:

(28.1)

где: Z_K - количество калибрующих зубьев; t_K - шаг калибрующих зубьев.

29. Определение длины задней направляющей части

В соответствии с назначением форма задней направ­ляющей части протяжки должна соответствовать форме протягиваемого отверстия. Однако в целях упрощения изготовления протяжки, вполне допустило придавать цилиндрическую форму задней направляю­щей для всех протяжек, которые обрабатываются в центрах (квад­ратные, шестигранные, шлицевые и др.).

Поперечные размеры задней направляющей части протяж­ек должны соответствовать наименьшим допустимым значениям попе­речных размеров готового отверстия, чтобы эта часть могла свобод­но проходить сквозь отверстие, сделанное полностью изношенной протяжкой.

Таким образом, для протяжек с цилиндрической направляющей

D_ЗН = D_MIN = 62 мм.

Где D_MIN – минимальный диаметр окончательно обработанного от­верстия. Задняя направляющая должна быть достаточно длинной, чтобы обеспечить хорошее направление в готовом отверстии. Рекомендуе­мое значение длины задней направляющей l = 45мм для протягиваемого отверстия диаметром 50 – 70 мм.

30. Выбор размером задней замковой части

По форме и размерам задняя замковая часть принимается такой же, как хвостовик.

Таблица 30.1

Тип	Размеры задней замковой части, мм						Площадь опасного сечения FЗЗ
	DЗЗ	D1	l1	l2	l3	LЗЗ
Б	50	38	32	20	8,0	100	1130

31. Определение общей длины протяжки

Общая длина протяжки представляет сумму длин отдель­ных её частей, то есть:

Lo = l_X + l_Ш + l_ПК + l_ПН + l_Р + l_К + l_ЗН + l_ЗЗ =

= 100 + 80 + 20 + 60 + 561 + 56 + 45 +100 = 1022 (мм) (31.1)

где l_X – длина хвостовика, мм;

l_Ш – длина шейки, мм;

l_ПК – длина переходного конуса, мм;

l_ПН – длина передней направляющей части, мм;

l_Р – длина режущей части, мм;

l_К – длина калибрующей части, мм;

l_ЗН - длина задней направляющей части, мм;

l_ЗЗ – длина задней замковой частя, мм.

Предельная длина протяжки для выбранной модели станка Lпр = 1500 мм.

Lo =1022 мм < Lпр = 1500 мм – длина протяжки меньше предельно-допустимой длины.

32. Выбор размеров стружкоразделительных канавок

При проектировании шлицевых протяжек форму стружкоразделительных канавок выбирают согласно рисунку 32.1.

Рисунок 32.1 – Стружкоразделительные канавки шлицевых протяжек

Для ширины зубьев 8 – 12 мм применяется 1 канавка. Размеры канавки:

m_K = 1,0 мм; h_K = 0,7 мм; r_К = 0,3 мм.

Список используемой литературы:

1. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. – М. : Машиностроение, 1989. – 328 с.

2. Руководство по курсовому проектированию металлоре­жущих инструментов: Учебное пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения, металло­режущие станки и инструменты» / Под общ. Ред. Г.Н.Кирсанова – М.: Машиностроение, 1986. – 288 с.

3. Нарожных А.Т., Скребнев Г.Г., Токарев В.В. Про­ектирование протяжек: Учебное пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 1999. – 88 с.

Приложение 1

Номер зуба	Диаметр зуба Di, мм	Предел. откл., мм	Задний угол	Передний угол
1	62,120	-0,016	3°±30’	10°
2	62,240	-0,016	3°±30’	10°
3	62,360	-0,016	3°±30’	10°
4	62,480	-0,016	3°±30’	10°
5	62,600	-0,016	3°±30’	10°
6	62,720	-0,016	3°±30’	10°
7	62,840	-0,016	3°±30’	10°
8	62,960	-0,016	3°±30’	10°
9	63,080	-0,016	3°±30’	10°
10	63,200	-0,016	3°±30’	10°
11	63,320	-0,016	3°±30’	10°
12	63,440	-0,016	3°±30’	10°
13	63,560	-0,016	3°±30’	10°
14	63,680	-0,016	3°±30’	10°
15	63,800	-0,016	3°±30’	10°
16	63,920	-0,016	3°±30’	10°
17	64,040	-0,016	3°±30’	10°
18	64,160	-0,016	3°±30’	10°
19	64,280	-0,016	3°±30’	10°
20	64,400	-0,016	3°±30’	10°
21	64,520	-0,016	3°±30’	10°
22	64,640	-0,016	3°±30’	10°
23	64,760	-0,016	3°±30’	10°
24	64,880	-0,016	3°±30’	10°
25	65,000	-0,016	3°±30’	10°
26	65,120	-0,016	3°±30’	10°
27	65,240	-0,016	3°±30’	10°
28	65,360	-0,016	3°±30’	10°
29	65,480	-0,016	3°±30’	10°
30	65,600	-0,016	3°±30’	10°
31	65,720	-0,016	3°±30’	10°
32	65,840	-0,016	3°±30’	10°
33	65,960	-0,016	3°±30’	10°
34	66,080	-0,016	3°±30’	10°
35	66,200	-0,016	3°±30’	10°
36	66,320	-0,016	3°±30’	10°
37	66,440	-0,016	3°±30’	10°
38	66,560	-0,016	3°±30’	10°
39	66,680	-0,016	3°±30’	10°
40	66,800	-0,016	3°±30’	10°
41	66,920	-0,016	3°±30’	10°
42	67,040	-0,016	3°±30’	10°
43	67,160	-0,016	3°±30’	10°
44	67,280	-0,016	3°±30’	10°
45	67,400	-0,016	3°±30’	10°
46	67,520	-0,016	3°±30’	10°
47	67,640	-0,016	3°±30’	10°
48	67,760	-0,01	3°±30’	10°
49	67,880	-0,01	2°±30’	10°
50	67,952	-0,01	2°±30’	10°
51	68,019	-0,01	2°±30’	10°
52	68,019	-0,01	1°±15’	10°
53	68,019	-0,01	1°±15’	10°
54	68,019	-0,01	1°±15’	10°
55	68,019	-0,01	1°±15’	10°
56	68,019	-0,01	1°±15’	10°
57	68,019	-0,01	1°±15’	10°
58	68,019	-0,01	1°±15’	10°