ЗБІРНА ПРОТЯЖКА ПІДВИЩЕНОЇ ЖОРСТКОСТІ ТА ОСОБЛИВОСТІ ЇЇ ПРОЕКТУВАННЯ

 

Абросімов П.А., Матюха П.Г.(ДонНТУ, м. Донецьк, Україна)

 

Design of modular broach with increased rigidity is offered in the paper.

 

     Протяжка – многолезовий інструмент у якого рух подачі реалізовано в самому інструменті за рахунок перевищення послідуючих зубців над попередніми. Їх застосовують для обробки циліндричних та фасонних внутрішніх поверхонь, а також зовнішніх поверхонь складної форми.

     Продуктивність протягування дуже висока. Так при обробці циліндричних поверхонь протягування приблизно в сто  раз більш  продуктивне в порівнянні з обробкою отворів високої точності за допомогою зенкерів та розверток. Це досягається за рахунок суміщення в протягуванні операцій чернової, напівчистової та чистової обробок. В результаті скорочується номенклатура ріжучого та вимірювального інструмента, зменшується число верстатів та технологічної оснастки. Протягування забезпечує точність обробки по 7-6-му квалітетам і параметри шорсткості Ra=1,25…2,5 мкм; при використанні твердосплавних вигладжувачів - Ra=0,080…0,160 мкм. Протяжки мають високу стійкість внаслідок того, що ріжучі кромки їх зубців роблять за цикл обробки найкоротший шлях в десятки раз менший, чим ріжучі кромки інших інструментів. При обробці протягуванням легко здійснюється автоматизація виробництва.

     Разом з тим  протяжки – металоємний, складний у виготовленні і тому дорогий інструмент. Однак виконання протяжок збірними дозволяє суттєво скоротити витрати коштовної швидкорізальної сталі й забезпечити значне здешевлення конструкції інструмента.

     На кафедрі “Металорізальні верстати та інструменти” розроблена збірна протяжка (Рис.1), яка має корпус 1,  виконаний як чотирикутна призма, на якому розташовані ріжучі елементи 2, що фіксуються гайкою 3. На одному з торців ріжучого елементу 2 для виключення контакту його не шліфованої внутрішньої поверхні з корпусом 1 виконана глуха розточка 4, при цьому діаметр глухої розточки 4 перевищує діаметр кола, яке є описаним відносно до поперечного перерізу  5 корпуса 1. На протилежному торці ріжучого елементу 2   виконані паралельно граням призми крізні прямокутні пази 6, перехрестя котрих утворює отвір. Закриті, наприклад, напресованим кільцем 13 пази 6 служать для забезпечення можливості шліфування плоских посадочних поверхонь 7 наскрізь та одночасно використовуються як порожнини для розміщення в них гідропластмаси 8, котра під час роботи протяжки додатково закріплює ріжучий елемент 2. В задньому хвостовику корпуса 1 виконується отвір в котрому розміщується поршень 9, з’єднаний з регульованим гвинтом 10 за допомогою штоку 11. Гвинт 10 створює гідростатичний тиск, який крізь канали 12 передається в заповнені гідропластмасою порожнини ріжучих елементів 2, що забезпечує тим самим більш надійне закріплення ріжучих елементів на корпусі. На корпусі ріжучого елементу збоку передньої поверхні (якщо є необхідність) може бути виконана кільцева проточка з ущільненням 14, яке забезпечує герметичність з’єднання ріжучих елементів між собою.

      Складання збірної протяжки виконується таким чином. На призматичну ділянку корпусу 1 одягаються ріжучі елементи 2, та фіксуються гайкою 3. Потім в отвір заднього хвостовика заливають розігріту гідропластмасу, поки вона не з’явиться з отвору 15, після чого отвір 15 закривають гвинтом 16, а отвір в задньому хвостовику закривають гвинтом 10 з поршнем 9, які мають можливість регулювання. Після цього протяжку з гідропластмасою охолоджують до температури 60оС. Далі гвинтом 10 створюють гідростатичний тиск котрий приводить до виникнення нормальних сил на поверхні глухої розточки 4 ріжучого елементу 2, які забезпечать потрібну силу закріплення ріжучого елементу 2 і повну відсутність проміжків. Внаслідок цього жорсткість закріплення блоку порівняно з прототипом збільшується, а отже, точність і продуктивність обробки.

      При розкріпленні ріжучих елементів необхідно викрутити гвинт 10, прогріти протяжку до температури 120оС та злити розплавлену гідропластмасу, зняти гайку 3, зняти ріжучі елементи 2.

      Закріплення інших ріжучих елементів здійснюється аналогічно описаному раніше.

  Проектування протяжки складається з загально відомих етапів, а також додаткових, що обумовлені її конструкцією.

До загально відомих

Етапів, що виконуються в залежності від групи оброблюваності матеріалу заготовки і групи якості поверхні після протягування, відносяться [1]:

-  призначення матеріалу ріжучої частини;

-  вибору геометричних параметрів зубців;

-  призначення режимів різання;

-  визначення параметрів канавки, необхідної для розташування стружки;

-  розрахунку сили протягування;

-  розрахунку кількості чорнових, чистових, калібруючи зубців та їх геометричних параметрів;

-  визначенню розмірів передньої і задньої направляючих:

-  розрахунку розмірів протяжки по довжині.

Додаткові етапи проектування складають:

-  вибір матеріалу корпусу протяжки;

-  перевірки на міцність різьби на змин в гайці 3;

-  перевірки на міцність корпусу протяжки в небезпечнім перерізі;

-  визначення моменту, необхідного для затягування гвинта 10, що створює гідростатичний тиск.

 Матеріал корпусу протяжки вибирають за рекомендаціями вибору матеріалу хвостовика, а саме сталь 40Х.

 Перевірку різьби на змін проводять за формулою [2]:

                                                 (1)

де   P – сила протягування (тягове зусилля верстата)

       k – коэф. надійності  (k=1,5);

       d – середній діаметр різьби;

      * - допустимі напруження в матеріалі гайки.

       Середній діаметр різьби знаходять по формулі:

а допустимі напруження – по залежності:

       - межа текучести матеріалу корпуса;

 

Перевірка небезпечного перерізу квадрату на розтяг [2]:

                                            (2)

де   Fнп – площа небезпечного перерізу.

Площа небезпечного перерізу знаходиться по формулі

де   Fп – повна площа перерізу.

       Fк – площа каналів.

де а – довжина сторони перерізу призми;

     dц – діаметр центрального каналу;

     dк – діаметр підвідного каналу;

      lк – довжина підвідного каналу;

     nк – кількість підвідних каналів.

 Визначення моменту необхідного для затягування гвинта, що створює необхідний гідростатичний тиск, виконується по формулі [3]:

                                      (3)

де rc – середній радіус різьби;

     * – кут  підйому різьби;

     * – кут тертя в різьбі;

     MT – момент тертя в місті контакту торця гвинта з поршнем;

     Q – сила, з якою поршень повинен тиснути на гідро пластмасу.

Сила Q знаходиться по залежності:

тут p – тиск в порожнинах, що заповнені гідропластмасою;

      dп – діаметр поршня.

      Запропонована збірна протяжка може застосовуватись при обробці отворів різної форми, забезпечуючи підвищення точності і продуктивності обробки, за рахунок збільшення загальної жорсткості конструкції, яку забезпечує гідропластмаса, що заповнює проміжки між корпусом та ріжучими елементами.

 

Висновок

 

–             Розроблена нова конструкція протяжки підвищеної жорсткості, на яку подана заявка на видачу патенту в Держпатент України;

–             Запропонована методика проектування збірної протяжки підвищеної жорсткості.

 

1.                             Протяжки для  обработки отверстий / Д. К. Маргулис, М. М. Тверской, В. Н. Ашихмин и др. – М.: Машиностроение, 1986. – 232 с., ил – (Б-ка инструментильщика).

2.                             Механіка пружних деформівних систем. Частина 1. Напружено-деформований стан стержнів: Навч. посібник / Ф. Л. Шевченко. – Київ: ІСДО, 1993. – 280 с. – рос. мовою.

3.                             В. С. Корсаков. Основы конструирования приспособлений в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1965. – 360 с.

Рис. 1 – Збірна протяжка підвищеної жорсткості.

а – збірна протяжка; б – переріз А-А; в – ріжучий елемент; г – вид Б; 
д – вид В; е – варіант виконання ріжучого елемента.

Инженер. Студенческий научно-технический журнал. - Донецк: ДонНТУ, 2002. №3