Прошивка (металлообработка)

Толкающий стиль Протяжка для шпоночного паза 5 ⁄ дюйма (8 мм); обратите внимание, насколько больше зубы на левом конце.

Протянутая шпоночная канавка на конце разводного ключа.

Протяжка — это процесс механической обработки , в котором для удаления материала используется зубчатый инструмент, называемый протяжкой . Существует два основных типа протяжки: линейная и ротационная . При линейном протягивании, которое является более распространенным процессом, протяжка проводится линейно по поверхности заготовки для получения разреза. Линейные протяжки используются в протяжном станке , который также иногда сокращается до протяжки . При ротационном протягивании протяжка вращается и вдавливается в заготовку, чтобы вырезать осесимметричную форму. Поворотная протяжка применяется на токарном или винтовом станке . В обоих процессах рез выполняется за один проход протяжки, что делает его очень эффективным.

Протяжка используется, когда требуется точная механическая обработка, особенно для нестандартных форм. Обычно обрабатываемые поверхности включают круглые и некруглые отверстия, шлицы , шпоночные канавки и плоские поверхности. малого и среднего размера Типичные заготовки включают отливки , поковки , детали винтовых машин и штамповки . Несмотря на то, что протяжки могут быть дорогими, протяжка обычно предпочтительнее других процессов при использовании для крупносерийного производства.

Протяжки по форме напоминают пилу, за исключением того, что высота зубьев увеличивается по длине инструмента. Кроме того, протяжка содержит три отдельных участка: один для черновой обработки, другой для получистовой обработки и последний для чистовой обработки. Протяжка — необычный процесс обработки, поскольку подача встроена в инструмент. Профиль обрабатываемой поверхности всегда является обратным профилю протяжки. Подъем на зуб (RPT), также известный как шаг или подача на зуб, определяет количество удаляемого материала и размер стружки. Протяжку можно перемещать относительно заготовки или наоборот. Поскольку все функции встроены в протяжку, для ее использования не требуется никаких сложных движений или квалифицированной рабочей силы. По сути, протяжка представляет собой набор одноточечных режущих инструментов, расположенных последовательно и режущих один за другим; его рез аналогичен многократным проходам фрезерного станка .

История

Идея протяжки зародилась в начале 1850-х годов, когда первые методы ее применения использовались для нарезания шпоночных канавок в шкивах и шестернях . После Первой мировой войны прошивку использовали для изготовления стволов нарезных орудий. В 1920-х и 30-х годах допуски были ужесточены, а стоимость снизилась благодаря развитию шлифовальных и протяжных станков.

Процесс

Процесс зависит от типа выполняемой протяжки. Протяжка поверхности очень проста: либо заготовка перемещается против неподвижной поверхностной протяжки, либо заготовка удерживается неподвижно, пока протяжка перемещается против нее.

Внутреннее протягивание является более сложным. Процесс начинается с закрепления заготовки в специальном приспособлении , называемом держателем , которое устанавливается в протяжной станок. протяжного станка Лифт , который является частью станка, который перемещает протяжку над держателем заготовки, а затем опускает протяжку через заготовку. протяжного станка После прохождения съемник , по сути, крючок, захватывает направляющую протяжки. Затем подъемник освобождает верхнюю часть толкателя, и съемник полностью протягивает протяжку через заготовку. Затем заготовка снимается со станка, а протяжка снова поднимается вверх для повторного соединения с подъемником. ствола Протяжка обычно движется только линейно, но иногда ее также поворачивают для создания спиральной шлицы или нарезов .

СОЖ используются по трем причинам:

1. охладить заготовку и протяжку
2. для смазывания режущих поверхностей
3. смыть стружку с зубов.

Обогащенные нефтяные смазочно-охлаждающие жидкости являются наиболее распространенными. Однако водорастворимые смазочно-охлаждающие жидкости для тяжелых условий эксплуатации используются из-за их превосходного охлаждения, чистоты и негорючести.

Использование

Пример прошитой заготовки. Здесь профиль протяжки представляет собой сплайн.

Протяжка изначально была разработана для обработки внутренних шпоночных пазов. Однако вскоре было обнаружено, что протяжка очень полезна для обработки других поверхностей и форм заготовок большого объема. Поскольку каждая протяжка предназначена для вырезания только одной формы, либо протяжка должна быть специально разработана для геометрии заготовки, либо заготовка должна быть спроектирована на основе стандартной геометрии протяжки. Изготовленная по индивидуальному заказу протяжка обычно пригодна только для заготовок большого объема, поскольку производство протяжки может стоить от 15 000 до 30 000 долларов США.

Скорость протяжки варьируется от 20 до 120 футов в минуту (SFPM). В результате время полного цикла составляет от 5 до 30 секунд. Большую часть времени занимает обратный ход, обработка протяжки, загрузка и выгрузка заготовки.

Единственными ограничениями при протяжке являются отсутствие препятствий по длине обрабатываемой поверхности, геометрия, подлежащая резанию, не имеет кривых в нескольких плоскостях. и что заготовка достаточно прочна, чтобы выдержать приложенные силы. В частности, для внутренней протяжки в заготовке сначала должно быть отверстие, чтобы протяжка могла войти. Также существуют ограничения на размер внутренних разрезов. Обычные внутренние отверстия могут иметь диаметр от 0,125 до 6 дюймов (от 3,2 до 152,4 мм), но можно достичь диапазона от 0,05 до 13 дюймов (от 1,3 до 330,2 мм). Диапазон поверхностных протяжек обычно составляет от 0,075 до 10 дюймов (от 1,9 до 254,0 мм), хотя возможный диапазон составляет от 0,02 до 20 дюймов (от 0,51 до 508,00 мм).

Допуски обычно составляют ±0,002 дюйма (±0,05 мм), но в точных приложениях допускается допуск ±0,0005 дюйма (±0,01 мм). Шероховатость поверхности обычно составляет от 16 до 63 микродюймов (мкдюйм), но может варьироваться от 8 до 125 мкдюйм. могут быть небольшие заусенцы . На выходной стороне разреза

Протяжка лучше всего работает с более мягкими материалами, такими как латунь , бронза , медные сплавы , алюминий , графит , твердая резина , дерево , композиты и пластик . Тем не менее, он по-прежнему имеет хорошие обрабатываемости показатели мягких сталей и свободных для механической обработки сталей . При протяжке степень обрабатываемости тесно связана с твердостью материала. Для сталей идеальный диапазон твердости составляет от 16 до 24 по шкале Роквелла (HRC); твердость выше 35 HRC быстро затупит протяжку. Протяжка более трудна на более твердых материалах, нержавеющей стали и титане . но все же возможно.

Типы

Броши можно классифицировать по многим признакам:

• Использовать: внутренний или поверхностный
• Назначение: одиночное или комбинированное.
• Движение: толкающее, тянущее или неподвижное.
• Конструкция: сплошная, сборная, полая или ракушечная.
• Функция: черновая обработка, калибровка или полировка.

Если протяжка достаточно большая, затраты можно снизить, используя сборную или модульную конструкцию. Это предполагает изготовление протяжки по частям и ее сборку. Если какая-либо часть изнашивается, необходимо заменить только эту часть, а не всю протяжку.

Большинство протяжек изготовлены из быстрорежущей стали (HSS) или легированной стали ; Покрытия из нитрида титана (TiN) обычно используются в HSS для продления срока службы. За исключением протяжки чугуна , карбид вольфрама редко используется в качестве материала зубьев, поскольку режущая кромка трескается при первом проходе.

Поверхностные протяжки

Плитная протяжка – самая простая поверхностная протяжка. Это универсальный инструмент для резки плоских поверхностей.

Протяжки (G и H) предназначены для вырезания пазов различных размеров при высокой производительности. Протягивание пазов происходит намного быстрее, чем фрезерование , когда необходимо обработать более одного паза, поскольку на одном и том же протяжном станке через деталь можно одновременно выполнять несколько протяжек.

Контурные протяжки предназначены для резки вогнутых, выпуклых, кулачковых, фасонных и нестандартных поверхностей.

Протяжки для горшков вырезаются по форме, обратной внутренней протяжке; они режут внешний диаметр цилиндрической заготовки. Они названы в честь приспособления, напоминающего горшок, в котором крепятся протяжки; приспособление часто называют «горшком». Емкость предназначена для размещения нескольких протяжных инструментов концентрически по всей длине. Протяжка удерживается неподвижно, пока заготовка проталкивается или протягивается через нее. Это заменило зубофрезерную обработку некоторых эвольвентных шестерен и нарезание внешних шлицов и пазов.

В двухпротяжных протяжках используются две пластинчатые протяжки для резки параллельных поверхностей на противоположных сторонах заготовки за один проход. Этот тип протяжки имеет более жесткие допуски, чем если бы два разреза выполнялись независимо. Свое название он получил из-за того, что протяжки «охватывают» заготовку с нескольких сторон.

Внутренние протяжки

Модульная протяжка

Сплошные протяжки — самый распространенный тип; они сделаны из одного цельного куска материала. Для протяжек, которые быстро изнашиваются, ракушки используются протяжки- ; Эти протяжки похожи на цельную протяжку, за исключением того, что в центре есть отверстие, где она крепится к оправке . Протяжки для корпуса изначально стоят дороже, но в целом экономят затраты, если протяжку приходится часто заменять, поскольку направляющие находятся на оправке и их не нужно воспроизводить при каждой замене.

Модульные протяжки обычно используются для крупных внутренних протяжек. Они похожи на протяжки-ракушки тем, что представляют собой многосекционную конструкцию. Эта конструкция используется потому, что ее дешевле построить и заточить, а также она более гибкая, чем сплошная конструкция.

Распространенным типом внутренней протяжки является шпоночная протяжка (C и D). Он использует специальное приспособление, называемое рожком, для поддержки протяжки и правильного расположения детали относительно протяжки.

Концентрическая протяжка — это особый тип шлицевой режущей протяжки, которая режет как меньший диаметр , так и форму шлица, чтобы обеспечить точную концентричность.

Протяжка отрезно-перерезная применяется для раскроя тонкостенных заготовок. Тонкостенные заготовки имеют тенденцию расширяться во время резки, а затем сжиматься. Эта протяжка решает эту проблему, поскольку сначала протягивается стандартными зубьями для черновой обработки, а затем следует «дышащая» секция, которая служит пилотом при усадке заготовки. Зубья после секции «дыхания» включают в себя черновую, получистовую и чистовую обработку.

• 
  Внутренняя протяжка для нарезания шлицев.
• 
  Финишные зубы
• 
  Получистовые зубы
• 
  Черновая обработка зубов
• 
  Передовой пилот
• 
  Прорезь на кончике протяжки, где протяжной станок фиксируется на протяжке, протягивая ее через заготовку.

Дизайн

Для определения геометрии протяжки ниже показан внутренний тип. Обратите внимание, что геометрия других протяжек аналогична.

где:

• P = шаг
• RPT = подъем на зуб
• n _r = количество зубьев черновой обработки
• n _s = количество получистовых зубьев
• n _f = количество чистовых зубьев
• t _r = RPT для черновых зубьев
• t _s = RPT для получистовых зубьев
• t _f = RPT для чистовых зубьев
• L _s = длина хвостовика
• L _RP = длина заднего пилота
• D ₁ = Диаметр вершины зуба
• D ₂ = Диаметр корня зуба
• D = глубина зуба (0,4P)
• L = Полоса (за режущей кромкой) (0,25P)
• R = радиус пищевода (0,25P)
• α = передний угол или передний угол
• γ = угол отступа или угол зазора
• L _w = длина заготовки (не показано)

Прогрессивная поверхностная протяжка

Наиболее важной характеристикой протяжки является подъем на зуб (RPT), который показывает, сколько материала снимается каждым зубом. RPT варьируется для каждой секции протяжки: черновой секции ( t _r ), получистовой секции ( ts ₎ и чистовой секции ( t _f ). Зубья для черновой обработки удаляют большую часть материала, поэтому количество необходимых зубьев для черновой обработки определяет длину протяжки. Зубья для получистовой обработки обеспечивают чистовую обработку поверхности, а зубья для чистовой обработки обеспечивают окончательную отделку. RPT чистовой секции (t _f ) обычно равен нулю, так что по мере износа первых чистовых зубьев последующие продолжают выполнять функцию калибровки. Для машинной стали RPT находится в диапазоне от 0,006 до 0,001 дюйма (от 0,152 до 0,025 мм). Для протяжки поверхности RPT обычно составляет от 0,003 до 0,006 дюйма (от 0,076 до 0,152 мм), а для протяжки по диаметру обычно составляет от 0,0012 до 0,0025 дюйма (от 0,030 до 0,064 мм). Точная стоимость зависит от многих факторов. Если разрез слишком большой, это создаст слишком большую нагрузку на зубья и заготовку; если порез слишком мал, зубы трутся вместо того, чтобы резать. Один из способов увеличить RPT при одновременном снижении нагрузки – это стружколомы . Это выемки на зубьях, предназначенные для разрушения стружки и уменьшения общего количества материала, удаляемого любым зубом (см. рисунок выше). Чтобы протяжка была эффективной, в заготовке должно быть на 0,020–0,025 дюйма (0,51–0,64 мм) больше материала, чем окончательный размер разреза.

Угол крюка α ( ) является параметром разрезаемого материала. Для стали он составляет от 15 до 20°, а для чугуна — от 6 до 8°. Зазор ) обеспечивает зазор для зубьев , ( γ чтобы они не терлись о заготовку; обычно он составляет от 1 до 3°.

При радиальном протягивании заготовок, требующих глубокого резания на зуб, таких как поковки или отливки , роторного резания или скачкообразного резания можно использовать конструкцию ; эти протяжки также известны как протяжки со свободным выходом или протяжки с выкусыванием . В этой конструкции РПТ обозначен двумя или тремя рядами зубьев. Чтобы протяжка работала, первый зуб этой группы имеет широкую выемку или подрез, затем следующий зуб имеет выемку меньшего размера (в конструкции с тремя зубьями), а последний зуб не имеет выемки. Это позволяет выполнять глубокий рез, сохраняя при этом низкие напряжения, силы и требования к мощности.

Есть два разных варианта достижения одной и той же цели при протяжке плоской поверхности. Первый похож на конструкцию с роторным вырезом, которая известна как конструкция с двойным вырезом . Здесь четыре зуба подряд имеют один и тот же RPT, но каждый прогрессивный зуб занимает только часть резания из-за насечек на зубах (см. галерею изображений ниже). Другой вариант известен как прогрессивная протяжка, при которой полностью обрабатывается центр заготовки, а затем остальная часть протяжки обрабатывается оттуда. Для всех этих конструкций требуется более длинная протяжка, чем если бы использовалась стандартная конструкция.

У некоторых круглых протяжек полирующие вместо чистовых зубьев предусмотрены зубья. На самом деле это не зубы, а просто закругленные диски размером от 0,001 до 0,003 дюйма (от 0,025 до 0,076 мм). Это приводит к полировке отверстия до нужного размера. В основном используется для обработки деталей из цветных металлов и чугуна.

Шаг определяет конструкцию зуба, прочность и количество зубьев, контактирующих с заготовкой. Шаг обычно рассчитывается на основе длины заготовки, так что протяжка может быть спроектирована так, чтобы в любой момент с заготовкой контактировали не менее двух зубьев; шаг остается постоянным для всех зубцов протяжки. Один из способов расчета шага:

$P\cong 0.35{\sqrt {L_{\mathrm {w} }}}$

• 
  Пример плоской протяжки с двойным надрезом
• 
  Вид сверху на протяжку с двойным надрезом
• 
  Вид сбоку на двухпрорезную поверхностную протяжку

Протяжные станки

Гидроцилиндр горизонтально-протяжного станка.

Протяжные станки относительно просты, поскольку им нужно только перемещать протяжку линейным движением с заданной скоростью и обеспечивать средства автоматического управления протяжкой. Большинство машин гидравлические , но некоторые специальные машины имеют механический привод. Машины различаются по тому, является ли их движение горизонтальным или вертикальным. Выбор станка в первую очередь диктуется требуемым ходом. Вертикальные протяжные станки редко имеют ход более 60 дюймов (1,5 м).

Вертикальные протяжные станки могут быть предназначены для протягивания нажимом, протягивания вниз, протягивания вверх или протягивания поверхности. Протяжные станки с толкателем похожи на оправочный пресс с направляющим плунжером; типичная грузоподъемность составляет от 5 до 50 тонн. Двухцилиндровый протяжной станок является наиболее распространенным типом протяжного станка. Машина этого типа имеет цилиндры под столом. Машины для подтягивания имеют цилиндр над столом; у них обычно более одного барана. Большая часть протяжки поверхности выполняется на вертикальном станке.

Горизонтальные протяжные станки предназначены для протягивания, поверхностного, непрерывного и ротационного протягивания. Машины тягового типа представляют собой, по сути, вертикальные машины, уложенные сбоку с более длинным ходом. Машины поверхностного типа удерживают протяжку неподвижно, в то время как заготовки зажимаются в приспособлениях, установленных на конвейерной системе. Машины непрерывного действия аналогичны машинам поверхностного типа, за исключением приспособления для внутреннего протягивания.

Раньше горизонтальные машины были гораздо более распространены, чем вертикальные; однако сегодня они составляют лишь 10% всех закупаемых протяжных станков. Вертикальные машины более популярны, поскольку занимают меньше места.

Протяжка часто невозможна без специальных станков для протяжки или шпоночных пазов, если у вас нет системы, которую можно использовать в сочетании с современным обрабатывающим центром или токарным станком с приводом; эти дополнительные части оборудования открывают возможность изготовления шпоночных пазов, шлицев и Torx посредством механической обработки за один проход.

Роторное протягивание

Схема поворотной протяжки, начинающей рез.

я	Внеосевой угол (качание)
я р	Грабли
если ​	Рельеф фасада
д п	Диаметр пилота
В	Ширина по углам (AC)

Несколько иная конструкция режущего инструмента, с помощью которого можно получить отверстие неправильной формы или внешний профиль протяжки, называется вращающейся протяжкой или качающейся протяжкой . Одним из самых больших преимуществ этого типа протяжки является то, что для него не требуется протяжной станок, а вместо этого он используется на токарных, фрезерных станках, винтовые станки или токарные станки .

Для ротационной протяжки требуются два компонента инструмента: держатель инструмента и протяжка. Передняя (режущая) кромка протяжки имеет контур, соответствующий желаемой конечной форме. Протяжка крепится в специальный держатель инструмента, позволяющий ей свободно вращаться. Держатель инструмента особенный, поскольку он удерживает инструмент так, что его ось вращения слегка наклонена к оси вращения заготовки. Типичное значение этого смещения составляет 1°. Именно этот угол создает вращающуюся кромку протяжки для резки заготовки. Вращается либо заготовка, либо держатель инструмента. Если держатель инструмента вращается, из-за несоосности протяжка выглядит так, будто она «шатается», что и послужило источником термина « качающаяся протяжка ».

При внутренней прошивке края протяжки загибаются внутрь, поэтому она становится тоньше; при внешней прошивке стороны отворачиваются наружу, чтобы карман стал больше. Такая тяга не дает протяжке заклинивать; уклон должен быть больше угла перекоса. Если заготовка вращается, протяжка прижимается к ней, приводится в движение ею и вращается синхронно с ней. Если держатель инструмента вращается, протяжка прижимается к заготовке, но приводится в движение держателем инструмента.

В идеале инструмент продвигается с той же скоростью, что и режет. Идеальная скорость резания определяется как:

Скорость резания [дюймы на оборот (IPR)] = (диаметр инструмента [дюймы]) × sin(угол смещения [градусы])

Если он будет продвигаться гораздо быстрее, то инструмент заклинит; и наоборот, если он продвигается значительно медленнее, то происходит прерывистый или зигзагообразный рез. На практике скорость резания немного меньше идеальной, поэтому нагрузка сбрасывается на нережущую кромку инструмента.

Во время резки инструмент имеет некоторое спиралевидное движение, поэтому форму в нижней части заготовки можно повернуть относительно формы в верхней части отверстия или профиля. Спираль может быть нежелательна, поскольку она сковывает корпус инструмента и препятствует его резкому резанию. Одним из решений этой проблемы является изменение направления вращения в середине резания, заставляя инструмент вращаться по спирали в противоположном направлении. Если реверс машины нецелесообразен, другим возможным решением является прерывание резки.

В общем, вращающаяся протяжка не будет резать так точно, как толкающая или тянущая. Однако возможность использовать этот тип режущего инструмента на обычных станках очень выгодна. Кроме того, в глухом отверстии нельзя использовать толкающие или тянущие протяжки, а поворотную — можно, если на дне отверстия остается достаточно места для стружки.

См. также

• развертка

Ссылки

Библиография

• Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Т.; Кохсер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN  0-471-65653-4 .
• Дрозда, Том; Вик, Чарльз; Бенедикт, Джон Т.; Вейо, Раймонд Ф.; Общество инженеров-технологов; Бакерджян, Рамон (1983), Справочник инженера по инструментам и производству: Механическая обработка , том. 1 (4-е, иллюстрированное изд.), Общество инженеров-технологов, ISBN  978-0-87263-085-7 .
• Тодд, Роберт Х.; Аллен, Делл К.; Альтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Industrial Press Inc., ISBN  0-8311-3049-0 .

Внешние ссылки

• Видео о том, как вращать протяжку
• Демонстрация использования ручного пресса
• Как работают прошивочные станки