Аналіз і технічне обґрунтування прийнятої конструкції протяжки

Конструктивні особливості, сумарна довжина і технологічність виготовлення шліцьових протяжок багато в чому залежать від прийнятої послідовності зрізання припуску, тобто від комбінації зубців, що обробляють ті або інші елементи шліцьової втулки.

При обробці втулки для шліцьового з'єднання з центруванням по зовнішньому діаметрі (D) або бічним поверхням шліців(b) протяжка має тільки фасочні (Ф) і шліцьові (Ш) групи зубців. При центруванні по внутрішньому діаметрі шліців протяжка повинна містити додатково круглі (К) зубці. При цьому в залежності від черговості зрізання елементів припуску можливо наступне розташування груп зубців на протяжках (типи протяжок):

Рисунок 3 – Схема зрізання припуску комбінованою протяжкою

1 – фасочні, шліцьові, круглі відсутні (ФШ); 2 – круглі, фасочні, шліцьові (КФШ); 3 – фасочні, круглі, шліцьові (ФКШ); 4 – фасочні, шліцьові, круглі (ФШК).

Секція протяжки, що складається з фасочних зубців, зрізує припуск 2 (рис. 3) для формування фасок f у основі шліців. Секцією, що складається з круглих зубців, здійснюють зняття припуску 1 у попередньо виготовленому отворі; шліцьовими зубцями виконують обробку прямокутних шліцьових пазів (припуск 3).

Протяжки типу 1 використовують при обробці втулки для шліцьового з'єднання з центруванням по зовнішньому діаметрі або бічних поверхнях шліців.

При центруванні по внутрішньому діаметрі можливе використання протяжок типу 2, 3 або 4. Однак варто мати на увазі, що для комбінованої протяжки, виготовленої по типу 4, круглі зубці виконують несекціонованими. Вони мають підйом на кожен зубець. Усі зубці мають однакову форму без викружок. Через це ці протяжки коротші за протяжок типів 2 і 3. Крім того, протяжки типу 4 більш технологічні у виготовленні, тому їм варто віддавати перевагу.

3.2 Вибір матеріалу протяжки

Матеріал різальної частини протяжки вибирається в залежності від оброблюваного матеріалу, його фізико-механічних властивостей, типу протяжки, характеру виробництва (табл. 1).

Таблиця 1 – Матеріал протяжки в залежності від матеріалу деталі

Оброблюваний матеріал	Протяжки циліндричні, плоскі, шпонкові	Протяжки шліцьові, квадратні, фасонні
Вуглецева і легована конструкційна сталь твердістю НВ 240— 250; кольорові метали; чавун твердістю НВ <220	Р6М5; 9ХВГ; ХВГ; ХГ	Р9; 9ХВГ; ХВГ
Легована конструкційна сталь твердістю НВ 240—300; твердий чавун (НВ>220)	Р6М5; ХВГ	Р6М5; Р6М3
Леговані конструкційні сталі твердістю НВ > 300	Р9М5; Р9	Р9М5;
Жароміцні сталі і сплави	Р9М5; Р9Ф5; ВК6М; ВК8М	—

По конструкції протяжки бувають цільними, складеними і збірними. Протяжки, виготовлені зі сталей ХГ, 9ХВГ, ХВГ, виконують цільними, незалежно від їхнього діаметра. Протяжки зі швидкорізальної сталі виготовляють цільними, якщо їхній діаметр D£15 мм; звареними з хвостовиком зі сталі 45Х, якщо D>15 мм. Зварювання хвостовика з ріжучою частиною роблять по перехідній шийці (l₂, рис. 2) на відстані 15–25 мм від початку перехідного конуса зварюванням тертям або электроконтактним зварюванням.

4 Вибір типу хвостовика і його розмірів

Тип хвостовика і його розміри вибирають у залежності від виду патрона протяжного верстата, перевагу варто віддавати швидкозмінним патронам.

Рисунок 4 – Основні розміри хвостовика протяжки

Діаметр хвостовика повинний бути менше діаметра попередньо обробленого отвору D₀ не менш, ніж на 0,3 мм для вільного входу хвостовика у деталь. Остаточний діаметр хвостовика приймається рівним найближчому стандартному розміру. Хвостовик протяжки виконують з допуском по e8, d8 або f8.

Форма хвостовика під швидкозмінний патрон для внутрішньої протяжки показана на рис. 4. Основні розміри хвостовиків приведені в табл. 2.

Таблиця 2 – Основні розміри хвостовиків під швидкозмінні патрони

D 1	D ox	a	a 1	a 2	r	r 1	a 3	F ox, мм2*	l 1
	15,0					1,0		176,7
	17,0	227,0
	19,0	1,0	283,5
	22,0	380,1
	25,0				0,4	1,6	490,9
	28,0	1,6	615,7
	32,0	0,5	2,5	804,2
	34,0	907,9
	38,0	1134,1
	42,0				0,6	4,0	1385,4
	48,0	1809,6
	53,0	2206,2

* - площа поперечного перетину з діаметром D _ox (опасного перетину).

5 Визначення профілю і геометричних параметрів зубців протяжки

5.1 Вибір розмірів та профілю стружкових канавок

У протяжок шаг чорнових і перехідних зубців на всіх частинах протяжки приймається однаковим і рівним

, мм,

де L – довжина оброблюваної втулки;

К =1,25...1,5 для одинарної схемі різання,

К =1,8...2,0 для групової схеми різання.

Отримане значення шагу зубців t округляється до найближчого більшого стандартного, наведеного в табл. 3. По таблиці 3 визначають також форму, розміри профілю зубців і активну площу стружкової канавки. Форма профілю показана на рис. 5.

Рисунок 5 – Форма і розміри профілю зубців протяжки

Таблиця 3 – Розміри профілів зубців протяжки, мм

t	h	r	q	R	Fa, мм2
	4,5 4,5	2,25 2,25 2,5 2,5 3,5 3,5 4,5 4,5 4,5			15,9 15,9 19,6 19,6 28,3 28,3 38,5 38,5 50,3 50,3 63,6 63,6 63,6 78,5 78,5 113,1 113,1 113,1

 

Для забезпечення нормальної роботи протяжки без вібрацій та задовільної якості обробленої поверхні повинна виконуватись нерівність

2 £ Z_max £ 6...7,

де Z_max – максимальна кількість одночасно працюючих зубців;

- кількість одночасно працюючих зубців

Ціла частина Z_одн показує мінімальну кількість одночасно працюючих зубців Z_min, а величина Z_max = Z_min+1 – максимальну кількість одночасно працюючих зубців. Якщо ця умова не виконується, необхідно змінити шаг зубців t.

5.2 Вибір геометричних параметрів протяжки

Величини передніх кутів зубців протяжки залежать від оброблюваного матеріалу. Передній кут g впливає на зусилля протягування, чистоту обробленої поверхні і стійкість протяжки. Для чорнових і перехідних зубців величина переднього кута вибирається в залежності від оброблюваного матеріалу.

При невеликих подачах на зуб (до 0,02 мм)цей вплив незначний, тому що при цьому величина радіуса заокруглення різальної кромки зубця близька до товщини зрізу. Тому на чистових і калібруючих зубцях передній кут приймають рівним (0 – 5)⁰, щоб підвищити їхню стійкість.

Задній кут a служить для зменшення тертя задньої поверхні зубця об оброблювану поверхню. Зі збільшенням заднього кута зменшується величина зносу по задній поверхні зубця протяжки. Однак зі збільшенням заднього кута послабляється різальна кромка і погіршується відвід тепла від зубця протяжки; це обмежує величину заднього кута. Крім того, величина заднього кута на чорнових зубцях обмежена тим, що при значних величинах задніх кутів протяжка швидко втрачає діаметральні розміри після переточування по передній поверхні.

На калібруючих зубцях, для яких важливо зберегти поперечні розміри, задній кут менше, ніж в чорнових. Крім того, для збереження розміру при переточуваннях на задніх гранях калібруючих зубців у протяжок для внутрішнього протягування шліфують циліндричні стрічечки шириною f =0,2 - 0,6 мм. Калібруючі зубці протяжок для циліндричних отворів допускається виготовляти без стрічечок.

Передні і задні кути зубців протяжки вибирають по табл. 4 у залежності від типу зубців і оброблюваного матеріалу.

Таблиця 4 – Геометричні параметри протяжок групового різання

Вид зубців	Передні кути g в залежності від оброблюваного матеріалу	Задні кути a в залежності від точності обробки
Сталь вуглецева, легована	Чавун	7-9-й квалітети	10-й квалітет і нижче
НВ 180-270	НВ 270- 370	до HB 180	св. HB 180
Чорнові, перехідні	15-18°	10-12°	8-10°	4-8°	3° – 4°	3° – 4°
Чистові	0 – 5	0 – 5	0…(-5°)*	0°*	2°	3°
Калібруючі	0 – 5	0 – 5	0…(-5°)*	0°*	1°	1°30¢

Примітка У випадках, відзначених *кути g=0 виконувати на ділянці ¦=0,5–1,0 мм.

На чистових зубцях допускається фаска на задній поверхні не більш 0,05 мм. На калібруючих зубцях фаска по задній поверхні може досягати 0,2-0,3 мм.

Для того, щоб зменшити тертя бічних поверхонь зубців об оброблену поверхню, на шліцьових зубцях, висота яких перевищує 2,5 мм, роблять піднутрення під кутом j₁=(1-2)⁰ (рис. 6). Для правильного формування бічної поверхні шліцу на зубці виконують стрічечку f_о =0,8-1,0 мм. Якщо висота зубця менше 2,5 мм, кут j₁=0.

Рисунок 6 – Профіль зубців з піднутренням

Граничні відхилення кутів в залежності від їх величини приймають рівними:

для кутів (5-20)⁰ - ±1⁰,

для кутів (3-5)⁰ - ±30^`,

для кутів <3⁰ - ±15^`,

Стружко розподільча канавка робіться для зубців, ширина яких перевищує 15 мм.

5.3 Визначення підйомів на зубець

Чорнові зубці протяжки об’єднані у групи по два зубця в кожній. Підйом на чорнову групу розраховується по формулі

S_zч = F_акт/(L×K_доп), мм/гр,

де F_акт – активна площа стружкової канавки зубців протяжки (вибирається по табл. 3), мм²;

K_доп – мінімально припустимий коефіцієнт заповнення стружкової канавки.

Значення коефіцієнту K_доп залежить від матеріалу деталі, яка обробляється. Для обробки кислі K_доп³3, для обробки чавуна - K_доп=2…2,5.

Для нормального розміщення в канавці стружка повинна звертатися у спіральний валик. Для кожної глибини стружкової канавки h існує максимальний підйом на зубець, при якому звертання стружки в валик відбувається нормально. Ці значення підйомів приведені у таблиці 5. Розраховані значення S_zч повинно бути меншим, ніж наведені у таблиці.

 

Таблиця 5 – Максимальні значення підйому на зуб, при яких стружка звертається у валик, мм/зуб

Ширина слою, що зрізається одним зубом, b1, мм *	Максимальний підйом на зуб при глибині стружкової канавки h
до 3 до 1,2Öd до 1,5Öd	0,15 0,10 0,05	0,2 0,15 0,10	0,25 0,20 0,15	0,30 0,30 0,20	0,40 0,30 0,25

* Ширина слою, що зрізується одним зубом, b ₁ розраховується по формулам, наведеним у п. 6.1.

Отримані значення S_zч округляють до значення, кратного 0,01 мм.

На перехідній частині протяжки зубці також об’єднані у двозубі групи. Підйом на перехідну групу вибирається в залежності від знайденої S_zч. по таблиці 6.

Таблиця 6 – Підйом на перехідну групу зубців протяжки

Підйом на чорнових зубцях Szч, мм	Припуск на перехідні зубці Апер, мм	Кількість перехідних секцій	Розподіл припуску по секціях, мм
1 секція	2 секція	3 секція
0,06 – 0,1	0,14 – 0,16		Апер	-	-
0,11 – 0,15	0,16 – 0,2		0,67Апер	0,33 Апер	-
0,16 – 0,24	0,32 – 0,38		0,67 Апер	0,33 Апер	-
0,25 – 0,30	0,56 – 0,66		0,53 Апер	0,30 Апер	0,17 Апер
0,31 – 0,40	0,67 – 0,80		0,53 Апер	0,30 Апер	0,17 Апер

Таблиця 7 – Підйом зубців на чистовій частині, число чистових і калібруючих зубців

Вид зубців	Шліцьові	Круглі
Квалітет точності, шорсткість поверхні, що оброблюється	7-й квалітет, Ra = 2,5 – 1,25	грубіше	7-й квалітет, Ra = 2,5 – 0,63	7-й квалітет, Ra = 2,5 – 1,25	грубіше
Загальний припуск на чистові зубці на діаметр	0,08	0,08	0,14	0,12	0,10
Загальна кількість чистових зубців
Число чистових зубців з підйомом Sz= 0,02
Число чистових зубців з підйомом Sz = 0,01		-
Число калібруючих зубців			4 – 5	4 –5	3 – 4

Чистові зубці протяжки виконують несекціонованими з підйомом на кожний зубець. Підйом на чистові зубці та загальна кількість чистових та калібруючих зубців залежить від квалітету точності і шорсткості обробленої поверхні. Значення їх приведені у таблиці 7.

6 Вибір верстата

6.1 Розрахунок сил різання при протягуванні

Для вибору верстата необхідно визначити сили різання, що виникають при протягуванні на різних частинах комбінованої протяжки. Максимальні сили різання виникають при роботі чорнових зубців, тому при виборі верстата враховують тільки їх.

Сила різання, яка виникає під час роботи чорнових зубців протяжки, залежить від параметрів зрізу та оброблюваного матеріалу

P=рb₁Z_max,К, Н,

де р – питома сила різання, яка припадає на одиницю довжини різальної кромки зубця, Н/мм², вибирається з таблиці 8;

Z_max – максимальне число одночасне працюючих зубів;

b₁ - довжина різальної кромки одного зубця, мм;

К - коефіцієнт.

Коефіцієнт К враховує геометричні параметри протяжки

К=К_aК_gК_hК₀,

де - К_a та К_g - коефіцієнти, які враховують вплив переднього та заднього кутів протяжки (див. табл.. 9),

К_h – коефіцієнт, який враховує вплив зносу протяжки. Для нової протяжки К_h=1, для величини зносу зубців більше ніж 0,3 мм К_h=1,75;

К₀ – коефіцієнт, який враховує охолодження. При роботі без охолодження К₀=1,34, з охолодженням - К₀=1,0.

Таблиця 8 – Питома сила різання, Н/мм

Підйом на зубець, мм/зуб	Питома сила різання, при обробці	Підйом на зубець, мм/зуб	Питома сила різання, при обробці
сталь НВ190-230	сталь НВ>230	Чавун НВ<180	Чавун НВ>180	сталь НВ190-230	сталь НВ>230	Чавун НВ<180	Чавун НВ>180
0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16					0,18 0,20 0,22 0,25 0,28 0,30

Для протяжок групового різання кожний зубець групи знімає 1/Z частину загальної ширини шару металу, що знімається, де Z – кількість зубців в групі. Для фасочної частини протяжки довжина різальної кромки одного зубця рівна

, мм

де b – ширина шліцьового пазу, мм,

f – величина фаски в основі шліцу, мм,

Z_ф=2 – кількість зубців у групі фасочної частини протяжки,

n – кількість шліців.

Для шліцьової частини протяжки довжина різальної кромки одного зубця рівна

, мм,

де Z_ш=2 – кількість зубців у групі шліцьової частини протяжки.

Для круглої частини протяжки типу 2 довжина різальної кромки одного зубця рівна

, мм,

де d – внутрішній діаметр оброблюваної втулки, мм,

Z_к=2 – кількість зубців у групі круглої частини протяжки.

Для круглої частини протяжок типів 3 і 4 довжина різальної кромки одного зубця рівна

, мм.

Таблиця 9 – Значення коефіцієнтів К_a та К_g

Коефіцієнти	Значення кутів
a0	g0
a£1	a>1	g£3	g=3…9	g>9
Кa	1,12-1,20	1,0	-	-	-
Кg	-	-	1,35	1,13	1,0

6.2 Вибір моделі верстата

В даний час найбільш широко використовуються чотири моделі протяжних верстатів, які відрізняються по тяговому зусиллю і максимальній довжині ходу штока. Характеристики протяжних верстатів приведені в табл. 10. Для ефективної роботи верстатів необхідно їхнє оптимальне використання по потужності. Найбільш раціональним є використання потужності верстата на (80-90)%. Верстат вибирають по максимальній розрахованій силі різання з урахуванням ккд..

Таблиця 10 – Характеристики протяжних верстатів

Показники	Показники по моделі верстатів
7Б510	7А520	7А530	7Б540
Номінальне тягове зусилля верстата Q, Н
Максимальнадовжина робочого ходу, мм
Межі швидкості робочого ходу протяжки в м/хв	1 – 9	1,5 – 11	1,5 – 8	1,5 – 8
Потужність електродвигуна, квт			25,5
Мінімальний розмір від торця хвостовика протяжки до першого зуба, що ріже lсч = l1+l2+l3+l4 (рис.1)	190 + L	200 + L	300 + L	400 + L

L – довжина втулки, що протягується.

6.3 Визначення швидкості різання

Швидкість різання при протягуванні значно менша, ніж при інших видах обробки. У залежності від оброблюваного матеріалу, конструкції і матеріалу протяжки, подачі, характеру виконуваної роботи, вимог до точності і чистоти поверхні швидкість різання по сталі і чавунові складає, як правило, від 0,5 до 15 м/хв(табл.11).

Обрана швидкість різання повинна бути перевірена по потужності верстата. Потрібна потужність верстата N визначається по відомій величині зусилля протягування Р и призначеної швидкості V з урахуванням ККД верстата, який приймається рівним 0,8…0,9. Потужність різання визначається залежністю

N=0,13PV, кВт,

Таблиця 11 – Швидкості різання при протягуванні в залежності від оброблюваного матеріалу та матеріалу протяжки

Оброблюваний матеріал	7-й квалітет при Ra = 1,25 – 0,63	грубіше
Р6М5	ХВГ	Р6М5	ХВГ
Вуглецева і легована конструкційна сталь твердістю НВ 240— 250; кольорові метали; чавун твердістю НВ<220
Легована конструкційна сталь твердістю НВ 240—300; твердий чавун (НВ>220)	4,5	3,5
Леговані конструкційні сталі твердістю НВ > 300	3,5
Жароміцні сталі і сплави	2,5	2,5

Якщо отримана потужність N більше, ніж фактична потужність верстата (див. табл.. 11), то необхідно вибрати меншу швидкість різання, при якій необхідна потужність не перевищила б потужності верстата.

6.4 Перевірка протяжки на міцність

Для того, щоб у процесі роботи не відбулося розриву протяжки, необхідно зробити її перевірку на міцність по небезпечному перетину. Небезпечним перетином протяжки є той, у якому її діаметр мінімальний. У залежності від розмірів оброблюваної втулки небезпечним може бути перетин, що проходить через мінімальний діаметр хвостовика D_ох (див. рис.4), або перетин, що проходить по западині першого зубця. Необхідно перевірити виконання двох умов:

1) умова відсутності небезпеки розриву протяжки по хвостовику

Р_доп³Qh,

де Р_доп - припустиме розривне зусилля для хвостовика, Н,

Q – тягове зусилля верстата, Н,

h – ККД верстата.

Припустиме розривне зусилля для хвостовика розраховується по формулі

P_доп = F _ox×[s_p]× K _и, Н

де F _ox – площа небезпечного перетину, мм²;

[s_p] – припустиме напруження на розтягування:

для сталі 40Х – [s_p] = 250 МПа;

для сталі Р6М5 – [s_p] = 400 МПа;

для сталіХВГ [s_р] = 300 МПа,

K _и – коефіцієнт, який ураховує вплив вигину протяжки (K _и = 0,9).

2) умова відсутності небезпеки розриву протяжки по западині першого зубця

,

де D_оп = D_o – 2h - мінімальний діаметр протяжки в перетині, що проходить по западині першого зуба,

D_o – діаметр отвору до протягування, мм,

h – глибина стружкової канавки, мм,

[s_р] – припустиме напруження матеріалу протяжки на розрив, для швидкорізальної сталі [s_р] = 400 МПа, для стели ХВГ [s_р] = 300 МПа.

Якщо хоча б одна з умов не виконується, необхідно вибрати верстат з меншим тяговим зусиллям і при необхідності зменшити підйом на зубець.

7 Розрахунок круглої частини протяжки

7.1 Визначення величини припуску на круглі зубці

Протяжка повинна мати круглу частину лише у тому випадку, коли шліцьове з’єднання має центрування по внутрішньому діаметру d. Це необхідно для того, щоб забезпечити точність з’єднання. У цьому випадку попередньо виготовлений в заготовці отвір повинний бути менше остаточно обробленого внутрішнього діаметра шліцьової втулки на величину припуску під протягування круглими зубцями протяжки А_кр (припуск 1 на рис. 3). Величина припуску вибирається по табл. 12 в залежності від діаметра і довжини оброблюваної втулки і способу попередньої обробки отвору.

Діаметр попередньо обробленого отвору дорівнює

D₀= d_max – А_кр, мм,

де А_кр – припуск на круглі зубці;

d_max – максимальний внутрішній діаметр втулки, що протягується; з урахуванням допуску, мм,

d _max= d+T±d,

d - внутрішній діаметр втулки,

T – допуск на діаметр,

d - величина зміни діаметру отвору після протягування, розбивання (+), усадка (-).

Величина d залежить від властивостей оброблюваного матеріалу. Усадка d= 0,01 ммспостерігається під час обробки в’язких матеріалів. При обробці конструкційних сталей або чавунів відбувається розбивання отвору. Величина розбивання складає d=( 0,005-0,01) мм.

Весь припуск А_кр знімають чорнові, перехідні та чистові круглі зубці протяжки. Припуск на перехідні групи (А_{к пер}) та чистові зубці (А_{к чист}) вибирають з таблиць 7 і 8 відповідно.

Припуск на чорнову частину розраховують по формулі

А_{к ч} = А_к – (А_{к пер} + А_{к чист}), мм.

Таблиця 12 – Припуски під протягування для круглих зубців

Довжина отвору, що протягується, мм	Припуск після свердлення або чорнового розточування отвору	Припуск після зенкування або чистового розточування отвору
Діаметри отворів, що протягуються, мм
10-18	18-30	30-50	50-80	10-18	18-30	30-50	50-80	80-120
6 – 10	0,4	0,5			0,2	0,3
10 – 18	0,5	0,5	0,6		0,3	0,3	0,4
18 – 30	0,6	0,6	0,8	1,0	0,4	0,4	0,5	0,6
30 – 50	0,8	0,8	1,0	1,2	0,5	0,5	0,5	0,6
50 – 80		0,8	1,0	1,2		0,5	0,6	0,7	0,7
80 – 120		1,0	1,0	1,2			0,6	0,6	0,8
120 – 180			1,2	1,4			0,7	0,8	0,8
св. 180			1,2	1,4			0,7	0,8	1,0

7.2 Розрахунок кількості зубців

Кількість чорнових секцій

, шт.

де S_zч – підйом на зуб у чорнових секціях по п.5.3.

Кількість чорнових зубців

Z_кч=2і_кч+1.

Одиниця додається через те, що перший зубець протяжки виконується без підйому – його діаметр дорівнює діаметру попередньо обробленого отвору з нижнім відхиленням. Це робиться для того, щоб уникнути випадкового збільшення навантаження на перший зубець через нерівномірність припуску, побічних включень у метал та ін.

Якщо виходить дробове число, то його округляють у меншу сторону до найближчого цілого числа, а не знятий припуск переноситься на перехідні секції.

Кількість перехідних секцій вибирається з таблиці 7.

Кількість перехідних зубців

Z_кпер=2і_кпер.

Кількість чистових (Z_кчист) та калібруючих (Z_{к кал}) зубців вибирається по табл.8.

7.3 Визначення параметрів викружок

Круглі чорнові і перехідні зуби групуються в секції по два зубці в кожній. Викружки для розподілу стружки роблять тільки на першому зубці секції, другий зуб роблять циліндричним без викружок (рис. 7) заниженним по діаметрі на 0,02 – 0,04 мм для

компенсації пружної деформації металу втулки

Рисунок 7 – Профіль чорнових і перехідних круглих зубців з викружками

Якщо круглі зубці ідуть першими (тип протяжки КФШ), то параметри викружок вибирають з таблиці 13.

Для типу протяжки ФШК круглі зубці знімають припуск лише на тим ділянках, де він залишився після прорізання шліцьових пазів. Тому зубці роблять не секціонованими, без викружок.

Таблиця 13 – Параметри викружок на круглих зубцях

Діаметр зубця, D, мм	Кількість викружок, i	Ширина викружки, a, мм	Підйом на зубець, Sb, мм	Діаметр зубця, D, мм	Кількість викружок, i	Ширина викружки, a, мм	Підйом на групу, Sb, мм
21,1...23			0,10	53,1...56		7,5	0,21
23,1...24	4,5	0,12	56,1...60		0,23
24,1...26		0,14	60,1...64	8,5	0,25
26,1...28	5,5	0,16	64,1...68		0,27
28,1...30,5		0,18	64,1...68		7,5	0,19
30,6...33	6,5	0,20	68,1...72		0,21
33,1...35,5			0,22	72,1...76	8,5	0,23
35,6...38	7,5	0,25	76,1...81		0,25
35,6...38		0,16	76,1...81			0,21
38,1...41	6,5	0,18	81,1...85	8,5	0,23
41,1...44		0,20	85,1...89		0,25
44,1...47	7,5	0,22	89,1...94	9,5	0,27
47,1...50		0,24	94,1...99		0,29
50,1...53	8,5	0,25	99,1...104	10,5	0,32
53,1...56			0,25	104,1...109		0,35

Чистові зуби виконують не секціонированними з підйомом на кожен зуб. Викружок на чистових і калібруючих зубцях немає.

7.4 Розрахунок довжини круглої частини протяжки

Для підвищення точності обробленої поверхні шаг чистових та калібруючих зубців приймають меншим, ніж шаг чорнових зубців t_чист = (0,7 – 0,8)t, мм.

Загальна довжина круглої частини протяжки визначається по формулі

L_к = (Z_{к черн} + Z_{к пер})*t +(Z_{к чист} + Z_{к кал})*t_чист, мм.

8 Розрахунок фасочної частини протяжки

Фасочна частина протяжки призначена для формування фаски в основі шліцу. Вона знімає припуск 2 (див. рис.3). Ця частина протяжки має лише чорнові зубці.

8.1 Визначення припуску на фасочні зубці

Величина припуску, який знімають фасочні зубці протяжки залежить від її типу (див. п.3.1). Для протяжки типу 1, яка використовується при обробці шліцьової втулки для шліцьового з'єднання з центруванні по зовнішньому діаметрі або бічних сторонах, внутрішній діаметр протяжкою не оброблюється. Діаметр попередньо обробленого отвору дорівнює внутрішньому діаметрові шліців з відповідним полем допуску

D₀ = d.

Припуск під фасочні зубці дорівнює

А_ф = d_фп -d, мм,

де d_ф.п = d + 2¦ + (0,3...0…0,4) – діаметр останнього фасочного зубця, мм;

¦ - величина фаски в основі шліца, мм;

d – внутрішній діаметр шліцьової втулки, мм.

Діаметр останнього фасочного зуба приймається на 0,3…0,4мм більше діаметра фаски для того, щоб забезпечити запас на переточування протяжки.

Аналогічно розраховується припуск під фасочні зубці для протяжки типу 2, коли круглі зубці, які розташовані першими, вже обробили діаметр d.

Для типів протяжки 3 і 4, коли фасочні зубці розташовані першими, припуск на фасочні зубці визначається по формулі

А_ф = d_фп - D₀.,мм,

де D₀ - діаметр попередньо обробленого отвору, мм.

8.2 Розрахунок кількості зубців

Кількість чорнових секцій

, шт.

де S_zч – підйом на зуб у чорнових секціях по п.5.3.

Для усіх типів протяжок, коли фасочні зубці розташовані першими, кількість зубців визначається по формулі

Z_фч=2і_фч+1.

Одиниця додається через те, що перший зубець протяжки виконується без підйому – його діаметр дорівнює діаметру попередньо обробленого отвору із нижнім відхиленням. Це робиться для того, щоб уникнути випадкового збільшення навантаження на перший зубець через нерівномірність припуску, побічних включень у метал та ін.

Коли фасочні зубці розташовані після круглих, під час розрахунку кількості зубців одиниця не додається і усі зубці об’єднані у двохзубі секції.

Отримане значення округляють у більшу сторону до цілого числа. При цьому підйом на останню секцію може вийти менше розрахункового, але діаметр останнього фасочного зубця повинний бути равним розрахованому в п. 8.1.

8.3 Визначення параметрів викружок

Фасонні зуби групуються в двозубі секції, причому перші зубці в кожній секції мають на бічних сторонах викружки для розподілу стружки по ширині, а другі виконуються без викружок, занижені по діаметрі на 0,02 – 0,04 мм для компенсації пружної деформації металу втулки. Радіус викружки вибирається графічно так, щоб ширина першого зубця секції була приблизно на половину менше ширини другого зуба (рис. 8). Глибина викружки повинна бути не менше 3S_z. Бічні сторони зубців виконують під кутом фаски. Радіуси викружок приведено у табл. 14. Ширина викружок приймається рівною

b₁=(0,5-0,6)b,

де b – ширина шліця.

Рисунок 8 – Профіль фасочних зубців з викружками

Таблиця 14 - Параметри викружок на фасочних зубцях

Диаметр зубьев D, мм	Число шлицев z	r, мм
		22,5
26...34
36...42
46...48
50...54
58...65
78...92

8.4 Розрахунок довжини фасочної частини протяжки

Загальна довжина фасочної частини протяжки визначається по формулі

L_ф= Z_ф *t, мм.

де t – крок чорнових зубів протяжки по п.5.1.

9 Розрахунок шліцьової частин протяжки

9.1 Припуск на шліцьові зубці

Шліцьові зубці протяжки, незалежно від її типу, знімають припуск 3 (див. рис.3), величина якого розраховується по формулі

А_ш = D_max - d_ф., мм,

де d_ф. – діаметр фаски в основі шліцу,

D_max – максимальний зовнішній діаметр втулки, що протягується, з урахуванням допуску та розбивання, мм,

d _max= d+T±d,

T – допуск на діаметр,

d - величина зміни діаметру отвору після протягування, розбивання (+), усадка (-).

Величина d залежить від властивостей оброблюваного матеріалу. Усадка d= 0,01 ммспостерігається під час обробки з в’язких матеріалів. При обробці конструкційних сталей або чавунів відбувається розбивання отвору. Величина розбивання складає d=( 0,005-0,01) мм.

Весь припуск А_ш знімають чорнові, перехідні та чистові зубці протяжки. Припуск на перехідні групи (А_{ш пер}) та чистові зубці (А_{ш чист}) вибирають з таблиць 7 і 8 відповідно.

Припуск на чорнову частину розраховують по формулі

А_шч = А_ш – (А_{ш пер} + А_{ш чист}), мм.

9.2 Розрахунок кількості зубців

Діаметр першого шліцьового зубця приймається рівним діаметру фаски у основі шліцу d_ф.

Кількість чорнових секцій

, шт.

де S_zч – підйом на зуб у чорнових секціях по п.5.3.

Кількість чорнових зубців

Z_шч=2і_шч.

Якщо виходить дробове число, то його округляють у меншу сторону до найближчого цілого числа, а не знятий припуск переноситься на перехідні секції.

Кількість перехідних секцій вибирається з таблиці 7. Кількість перехідних зубців

Z_шпер=2і_шпер.

Кількість чистових (Z_шчист) та калібруючих (Z_шкал) зубців вибирається по табл.8.

9.3 Розрахунок допуску на ширину шліців протяжки

Ширина шліців на протяжкі повинна забезпечити ширину паза шліцьової втулки у межах поля допуску. Під час роботи відбувається розбивання пазу. Тому допуск на виготовлення шліців протяжки не співпадає з допуском на ширину паза шліцьової втулки. Взаємне розташування полів допусків паза і шліца протяжки показано на рис. 9.

Рисунок 9 – Положення полів допусків на ширину шліцу протяжки

Допуск розраховується по формулі:

b_u=b_o+eS_o–p,

де b _и - номінальна ширина шліцу протяжки,

b _o - номінальна ширина шліцу втулки,

eS_o - верхнє відхилення розміру ширини шліца втулки,

- розбивання ширини шліца протяжки,

∆₁ – накопичена погрішність окружного шагу шліців протяжки (див додаток),

∆₂–допуск спераліобразності бічних поверхонь зубців протяжки щодо осі центрів на 500 мм довжини,

∆₃ – допуск симетричності зубців щодо осі центрів у поперечному перерізі зуба протяжки.

9.4 Параметри викружок

Шліцьові чорнові і перехідні зуби групуються в секції, причому перші зуби в кожній секції мають на бічних сторонах викружки для розподілу стружки по ширині, а другі виконуються без викружок, занижені по діаметрі на 0,02 – 0,04 мм для компенсації пружної деформації металу втулки. Радіус викружки вибирається графічно так, щоб ширина першого зуба секції була приблизно на половину менше ширини другого зуба. Глибина викружки повинна бути не менше 3S_z.. На зубцях, діаметр яких більше d_ф+2,5 мм, роблять бічні піднутрення (кут j₁₎ для зменшення тертя між бічною поверхнею зуба й обробленою поверхнею (рис. 6). Радіуси викружок приведено у табл. 15. Ширина викружок приймається рівною

b₁=(0,5-0,6)b,

де b – ширина шліця.

Чистові зубці виконують не секціонованими з підйомом на кожен зубець. Викружок на чистових і калібруючих зубцях немає.

Рисунок 10 – Профіль чорнових і перехідних шліцьових зубців з викружками

Таблиця 15 – Параметри викружок для шліцьових зубців протяжки

Діаметр зубців Dі мм	Число шліців z	Ширина шліца b	Rв
24...28
25...32
30...35
32...42
38...45
42...50
47...55
51...65	15...16
26...38
34...45
40...55	8...9,5
49...65
18...22		3,5	22,5
20...25
22...30	4,5
26...42	5...6
36...45
40...50
45...60
53...70	10...11
65...80
73...90

9.5 Розрахунок довжини шліцьової частини протяжки

Для підвищення точності обробленої поверхні шаг чистових та калібруючих зубців приймають меншим, ніж шаг чорнових зубців t_чист = (0,7 – 0,8)t, мм.

ℓ_ш = (Z_{ш год} + Z_{ш пер})*t +(Z_{ш чистий} + Z_{ш кал})* t_чист, мм.

10 Визначення конструктивних розмірів протяжки

10.1 Визначення діаметрів зубців

Усі чорнові та перехідні зубці у фасочній, круглій та шліцьовій частинах протяжки об’єднані у групи. У межах кожної групи зубці відрізняються між собою шириною, між групами – діаметром.

Діаметри перших зубців грип визначають шляхом додатка подвійного підйому на зубець до діаметра першого зубця попередньої групи

d_i+1 = d_i+ 2 S_zч, мм.

Діаметр другого зубця групи виконуються меншим по діаметрі на 0,02–0,04мм для компенсації пружної деформації оброблюваного металу.

Зубці у чистових частинах протяжки виконують несекціонованими, тобто діаметр кожного наступного зубця розраховується по формулі:

d_i+1 = d_i+ 2 S_{z истч}, мм.

Діаметри останнього чистового зубця і всіх калібруючих однакові і рівні максимальному діаметру оброблюваної втулки з урахуванням допуску на розбиття.

Граничні відхилення діаметрів зубців повинні відповідати значенням, зазначеним у таблиці 16.

Таблиця 16 - Граничні відхилення діаметрів зубців протяжки

Номінальний діаметр зубців, мм	Граничні відхилення діаметрів зубців при підйомі на зуб по діаметру, мм
св. 0,02 до 0,04	св. 0,04 до 0,08	св. 0,08 до 0,16	св. 0,16
До 50	- 0,010	- 0,010	- 0,016	- 0,020
Св. 50 до 120	- 0,016	- 0,016	- 0,020
Св. 120 до 180	- 0,020
Св. 180	- 0,025

 

10.2 Шийка та перехідний конус

Ці елементи призначені для з’єднання хвостовика протяжки з її робочою частиною. Довжина перехідної шийки (l₂ рис. 1) повинна забезпечити можливість приєднання протяжки до патрону протяжного верстата.

Перехідний конус (l₃ рис. 1) виконується для забезпечення легкого вводу направляючої протяжки в оброблювану втулку. Довжина перехідного конуса l₃ = 10-20 мм, в залежності від діаметра.

Мінімальна довжина шийки визначається в залежності від типу верстата та довжини оброблюваної деталі.

l_ш = l_ст – l_пк – l_пн, мм,

де L_ст - мінімальний розмір від торця хвостовика протяжки до першого ріжучого зубця (див. табл. 11),

l₃ – довжина перехідного конусу, мм,

l₄ – довжина передньої направляючої, мм.

Розраховану довжину збільшують на 5-30 мм для більш вільного оперування з хвостовиком.

Діаметр перехідної шийки приймається меншим ніж діаметр хвостовика на 0,3-1 мм з допуском по h14. Шийка оброблюється з чистотою поверхні Ra3,2 і використовується для маркування протяжки та зварювання.

10.3 Передня та задня направляючі

Передня направляюча призначена для встановлення оброблюваної втулки співвісною з протяжкою, завдяки чому знімається рівномірний припуск по всьому периметру отвору.

За довжину передньої направляючої приймається відстань від кінця перехідного конусу до першого ріжучого зубця, включаючи ширину першої западини між зубцями (l₄, рис. 1).

Задня направляюча (l₇ рис. 1)призначена для того, щоб виключити можливість перекосу обробленої деталі і пошкодження обробленої поверхні в момент виходу з неї останнього зубця протяжки.

Довжина передньої направляючої вибирається в залежності від відношення довжини втулки, що протягається L, до її діаметра D:

при L/D£1,5 l_пн = L;

при L/D>1,5 l_пн = 0,75L, але довжина її не провинна бути менше 40 мм.

Форма та розміри передньої та задньої направляючих залежать від розмірів отвору та типу протяжки (див. табл. 17).

Таблиця 17 – Форма та розміри направляючих

Передня направляюча
Ескіз	Розміри
для протяжки першого проходу	D4 = do l4 = (0,75...1) × lo, але не менш 40 мм
для протяжки другого проходу	D4 = Dр1 – (0,1...0,3) мм, де Dр1 – зовнішній діаметр шліців втулки після першого проходу; d4 = dо, де dо – внутрішній діаметр втулки після першого проходу l 4 = (0,75...1) × l o, але не менш 40 мм l вх = 0,3 × l 4; В 4 = b 1 – (0,05...0,1) мм
Задня направляюча
довжина задньої направляючої
Довжина втулки lo	до 25	от 25 до 30	от 30 до 40	от 40 до 50	от 50 до 70	от 70 до 100	більше 100
Довжина задньої направляючої l5						50...65

Форма і розміри задньої направляючої приймаються рівними формі і розмірам готового отвору з відхиленнями по d8,f8 або e8.

10.4 Загальна довжина протяжки

Загальна довжина протяжки розраховується як сума довжин усі складових частин протяжки

L= l₁+ l₂+ l₃+ l₄+ l_ф+l_ш+l_кр+ l_зн, мм.

Довжина протяжки не повинна перевищувати величини, що допускається технологічними можливостями її виготовлення (див. табл. 18), і параметрами верстата (див. табл. 11).

Таблиця 16 – Граничні довжини протяжок, оброблюваних у центрах, мм

Діаметр протяжки	12 – 20	20 – 25	25 – 30	30 – 50	50-70	більш 70
Припустима довжина протяжки

Якщо умова не виконується, варто перейти до протягування в два проходи. При призначенні протягування в два проходи рекомендується розбивати протягання по шліцьовій частині, що забезпечує задовільне центрування протяжки другого проходу.

Ширина зубців шліцьової частини першої протяжки призначається менше ширини шліцьового пазу у втулці b, а матеріал, що залишився, знімається додатковими зубцями на другій протяжці, що працюють за одинарною схемою. Така вимога визначена необхідністю обробляти бічну сторону шліца зубами одного інструмента для зменшення погрішностей.

Слід зазначити, що наприкінці протяжки першого проходу додають кілька калібруючих зубів як запас на переточування.

У загальному випадку довжини протяжок першого і другого проходу повинні бути близькими, щоб забезпечити приблизно рівний основний технологічний час обробки.

11 Загострювання протяжок

Загострювання протяжки — один з найважливіших етапів у їхній експлуатації. Своєчасне і доброякісне загострювання визначає її стійкість і якість обробки виробів.

Загострювання круглих шліцьових, багатогранних протяжок ведеться по передній поверхні і тільки при великому зносі або ушкодженні зубців прибігають до шліфування задньої поверхні на круглошліфувальному верстаті.

Загострювання по передній поверхні протяжки проводиться профільною частиною круга на спеціальних верстатах для загострювання протяжок (рис. 11).

Рисунок 11 – Схема загострювання протяжки по передній поверхні

Щоб кривизна поверхні абразивного круга вписалася в конічну передню поверхню зубця і при загострюванні був отриманий необхідний передній кут, діаметр круга повинний дорівнювати

,

де D₁ — діаметр протяжки в місті переходу від передньої поверхні до радіусу заокруглення,

D₁=D_i -h+r,

g — передний угол;

j_к=g+b — кут між осями круга і протяжки або кут установки шпинделя заточувального верстата.

На рис. 12 показані форми загострювання по передній поверхні. За формою А загострюють чорнові зубці. Для збільшення стійкості протяжки рекомендується зменшити величину переднього кута на чистових і калібруючих зубцях.

Рисунок 12 – Форми загострювання передньої поверхні зубців протяжки

Передні кути зубців протяжок, які застосовують для обробки стали, зменшують шляхом загострювання за формою Б, а протяжок, які застосовують для обробки чавуна, — шляхом загострювання за формою В. Подвійне загострення (за формою Б або В) спрощує виготовлення і експлуатацію протяжок, тому що не потребує застосування шаблонів на профіль западин з різними кутами і зменшує площу сточування при загострюванні. При зменшенні діаметра чистових і калібруючих зубців, фаска на їхній передній поверхні легко сточується, кут збільшується і зуб переходить у чорновий.

Калібруючи зубці переточують тільки в міру їх переходу в ріжучі. Для інших калібруючи зубців при необхідності допускається тільки зачищення зі зняттям шару по передній поверхні до 0,02-0,03 мм.

Режими загострювання: подача не більш 0,05 мм на один оборот протяжки; швидкість обертання протяжки 10—15 м/хв;швидкість обертання абразивного круга 25—30 м/сек.

Список літератури

1. ГОСТ 1139-60. Основные нормы взаимозаменяемости. Соединения шлицевые прямобочные. Размеры и допуски.

2. Допуски и посадки: Справочник/ Под ред. Мягкова В.Д. М.: Машиностроение, 1979. –Т.2. – 545с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 2 т. - М.: Машиностроение, 1974.

4. Маргулис Д.К. Протяжки переменного резания. – М.: Машгиз, 1962. – 269с.

ДОДАТОК 1

Витримки з ГОСТ 28442 "Протяжки для циліндричних, шліцьових і гранних отворів. Технічні умови".

1. Твердість протяжки:

- зубців, і задньої направляючої зі швидкорізальної сталі 63....66 HRC_э

- зубців зі сталі марки ХВГ 62....65 HRC_э

- передньої направляючої зі швидкорізальної сталі 61....66 HRC_э

- передньої і задньої направляючої зі сталі марки ХВГ 57....65 HRC_э

2. Центрові отвори - форми В, R або Т за ГОСТ 14034.

3. Граничні відхилення загальної довжини протяжки:

- до 1000 мм ± 3 мм;

- св. 1000 мм ± 4 мм.

4. Незазначені граничні відхилення розмірів Н16, h16, ±IT16/2.

5. Граничні відхилення діаметра круглої гладкої передньої направляючої і внутрішнього діаметра шліцьової передньої направляючої - по е8.

Граничні відхилення зовнішнього діаметра шліцьової передньої направляючої - по h10.

6. Граничні відхилення діаметра циліндричної задньої направляючих і внутрішнього діаметра шліцьової передньої направляючої - по f7.

Граничні відхилення зовнішнього діаметра шліцьової задньої направляючої - по h11.

7. Накопичена погрішність окружного шагу зубців чистових протяжок для шліцьових отворів із прямобічним профілем не повинна перевищувати значень, зазначених у таблиці 17.

Таблиця 1 - Накопичена погрішність окружного шагу зубців протяжок

Ширина шліцьового пазу втулки, мм	Накопичена погрішність окружного шагу зубців протяжок для полів допусків на ширину шліцьового пазу втулки
F8; Н8; JS10	D9; F10	D10
До 3	0,010	0,012	0,012
Св. 3 до 6	0,016
Св. 6 до 10	0,016	0,020
Св. 10 до 18	0,012	0,020	0,025
Св. 18	0,016	0,025

8. Допуск паралельності щодо осі центрів на 500 мм довжини шліцьової частини протяжки вибирається в залежності від квалітету точності втулки і не повинний перевищувати

- при ширині пазу втулки до 6 мм - 0,0050мм;

- при ширині пазу втулки св. 6 мм - 0,010 мм.

9. Допуск симетричності зубця в поперечному перерізі щодо осі центрів не повинний перевищувати 1/3 допуску на ширину шліця.

10. Допуск биття щодо осі центрів конічної поверхні під кулачки в напрямку, перпендикулярному до неї, не повинний перевищувати 0,1 мм.

11. Маркірування.

На хвостовику протяжки повинні бути чітко нанесені:

1) товарний знак підприємства-виготовлювача,

2) діаметр і позначення шліцьової втулки за ГОСТ 1139;

3) марка стали робочої частини протяжки,

4) номер проходу протяжки, якщо протяжка призначена для використання в комплекті,

5) межі довжин отвору, що протягується.

ДОДАТОК 2

Вихідні данні для проектування протяжки

Вариант	Позначення	r не более	f	Втулка
d	D	b	l o
		0,2	0,3+0,20	11+0,018	14+0