Способ устранения волнистости при обработке круглых отверстий протягиванием

 

Использование: изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в конструкциях круглых протяжек с винтовыми или кольцевыми зубьями для обработки отверстий в сплошном материале или в пакетах из однородных или разнородных материалов. Сущность изобретения: для устранения волнистости при обработке отверстий протягиванием уменьшают жесткость инструмента путем изменения размеров соединительной части хвостовика, а именно, путем уменьшения диаметра его соединительной части с одновременным увеличением ее длины, или только уменьшением диаметра, или только увеличением ее длины, причем параметры хвостовика определяют по формулам: ; l₃ = BG - A/D²₃ - G/D²₃. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в конструкциях круглых протяжек с винтовыми или кольцевыми зубьями для обработки отверстий в сплошном материале или в пакетах из однородных или разнородных материалов.

При обработке круглых отверстий протяжками с винтовыми или кольцевыми зубьями возникает дефект обработанной поверхности, выражающийся в образовании винтовых или кольцевых следов. Диаметр отверстия по этим следам меньше диаметра калибрующей части инструмента. Повторное протягивание не устраняет дефект. Образование волнистости связывается обычно с вибрациями либо от сдвигов в процессе резания, либо от неравномерностей кинематического или силового характера.

Известен способ устранения волнистости путем уменьшения или увеличения скорости резания, выполнения виброгасящей фаски на режущих зубьях, уменьшения шероховатости поверхностей инструмента, подбора смазывающе-охлаждающей среды, увеличения или уменьшения заднего углов [1] Однако эти способы трудноприменимы, т.к. связаны с технологическими возможностями протяжного оборудования и оборудования для заточек протяжек по передней поверхности, конструктивными особенностями протяжек.

Известно, что в результате наличия убывающей характеристики силы резания в направлении протягивания протяжками возникают самовозбуждающиеся колебания, которые отрицательно сказываются на результатах обработки. Для исключения возникновения автоколебаний и улучшения качества обрабатываемых поверхностей предложено изменить условия закрепления протяжки таким образом, чтобы повысить ее поперечную жесткость. Это достигается за счет сопровождения заднего хвостовика протяжки [2] Изобретение решает задачу устранения волнистости за счет уменьшения жесткости хвостовика протяжки.

На фиг. 1 изображена протяжка (изменения размеров сопряженной части хвостовика показаны штриховой линией); на фиг. 2 графики изменения собственных колебаний протяжки.

Как известно, образованию волнистости способствует самовозбуждающиеся колебания. Авторами исследован процесс возникновения резонанса от собственных и вынужденных колебаний инструмента, приводящего к образованию волнистости. Зона возникновения такого резонанса представлена графиками (фиг.2) изменения собственных колебаний протяжки со стандартной соединительной частью 1 (кривая 2) и с соединительной частью уменьшенной жесткости 1 (кривая 2'). Графики изменения вынужденных колебаний от сдвигов в зоне резания тех же инструментов (кривые 3 и 3'). Зона образования резонанса от указанных выше колебаний (точки 4 и 4') и схема прохождения режущей части 5 тех же инструментов сквозь отверстие в обрабатываемой детали 6 с обозначением участка режущей части, находящегося в работе, т.е. в детали, в зоне опорного торца, в момент возникновения резонанса торец-детали-линия 7 и 7'.

При протягивании имеет место изменение частоты собственных колебаний инструмента по мере выхода из заготовки (линия 2, фиг.1). Происходит это за счет уменьшения продольной жесткости и увеличения массы инструмента, находящегося под нагрузкой. С другой стороны, в зоне резания возникают вибрации, которые являются следствием сдвигов. Частота возникающих колебаний от них зависит от жесткости инструмента в направлении действия осевой силы резания и площади срезаемой стружки (3 и 5).

Поскольку жесткость инструмента уменьшается по мере выхода из обрабатываемого отверстия вместе с уменьшением площади срезаемого слоя, то ввиду опережающего действия последнего происходит резкое увеличение частоты колебаний от сдвигов в зоне резания (линия 2, фиг.1).

Наличие двух переменных частот (собственная инструмента и вынужденная в зоне резания) приводит к тому, что в некоторый момент возникает резонанс еще до того, как закончится процесс окончательного формообразования отверстия чистовой частью протяжки.

Образование резонансной зоны связывается с образованием волнистости на обработанной поверхности. По фиг.1, чтобы исключить волнистость, необходимо сместить резонансную зону как можно ближе к окончанию работы режущей части протяжки.

Это может быть достигнуто за счет уменьшения жесткости той части инструмента, которая уже прошла через обрабатываемое отверстие, т.е. за счет изменения размеров хвостовика.

Уменьшить жесткость хвостовика можно, уменьшив диаметр соединительной части с одновременным увеличением ее длины.

Для того, чтобы рассчитать размеры соединительной части хвостовика круглой протяжки, необходимо предварительно выполнить проектирование рабочей части инструмента и выбрать сопрягаемые размеры хвостовика.

Рассмотрим пример расчета размеров соединительной части хвостовика круглой протяжки с винтовыми зубьями для обработки отверстия 32H7 длиной 35 мм в детали из стали 35Л.

По результатам расчета рабочей части получены размеры, представленные фиг. 2. Осевой шаг режущих кромок t=14 мм, глубина стружечной канавки h=3,7 мм и толщина среза S=0,04 мм.

Для упрощения расчетов рабочая часть, на поверхности которой имеются стружечные канавки, представляются круглым стержнем, размеры которого: диаметр =27,8245; длина l₅ = l_p4 + t =102,2.

Из условия смещения резонансной зоны расчет ведется в следующей последовательности. Сначала рассчитываются коэффициенты: массы A = Σ l_iD²_i=2,205·10^-3; жесткости =394 024; устройства чистовой части G=166436,4(S·D_max)²=2,567·10^-7 где D_max диаметр калибрующей части протяжки; D₄ диаметр переднего направления; h глубина стружечной канавки;
l_p4 длина конического (режущего) участка рабочей части;
t осевой шаг зубьев;
l_iD_i длина и диаметр текущего участка протяжки (замковой части хвостовика, передней направляющей, рабочей части).

Тогда диаметр соединительной части

В дальнейшем принимаем округленное значение D₃ с точностью 0,1 мм.

Длина соединительной части хвостовика

Таким образом, длина хвостовика до начала режущей части
l_хв=120+262+95=477,
где 95 длина переднего направления, принятая по технологическим соображениям;
120 длина посадочной части хвостовика.

Размеры соединительной части хвостовика определяются по следующим соображениям. Длина хвостовика до начала режущей части зависит от длины обрабатываемой детали и расстояния от дна патрона под протяжку до опорной плоскости станка.

Длина же соединительной части будет как остаток, если от длины хвостовика вычесть длину передней направляющей и посадочной части хвостовика. Так по ГОСТ 20365-74 длина хвостовика протяжки с кольцевыми зубьями составляет 345 мм. Длина переднего направления 35 мм и посадочного места 120 мм. Длина соединительной части будет 180 мм при диаметре (по ГОСТ 20365-74) 27 мм.

Применение протяжек с уменьшенной жесткостью хвостовика позволяет исключить образование волнистости на обработанной поверхности. Это улучшает качество детали и исключает дополнительные операции отверстия до требуемого размера.

Формула изобретения

1. Способ устранения волнистости при обработке круглых отверстий протягиванием, заключающийся в изменении жесткости инструмента, отличающийся тем, что жесткость инструмента уменьшают, изменяя размеры соединительной части хвостовика, выбирая диаметр и длину по формулам

где σ коэффициент устройства чистовой части протяжки;
B коэффициент жесткости;
A коэффициент масс.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшают жесткость инструмента путем изменения диаметра его соединительной части с одновременным увеличением ей длины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшают жесткость инструмента путем или уменьшения диаметра его соединительной части, или увеличений ее длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2