Неправильные размеры обработанных поверхностей

Неправильные размеры обработанных поверхностей Неправильные размеры поверхностей, обработанных инструментами, не переносящими своих размеров на обработанную деталь, хотя и зависят от целого ряда причин, но легко устраняются наладкой или подналадкой станка. Поэтому причины таких неполадок не рассматриваем. Сложнее обеспечить размеры поверхностей деталей инструментами, которые свои размеры переносят на обработанную деталь: чистовые стержневые инструменты для обработки отверстий (развертки, протяжки), фасонные инструменты, в том числе резьбонарезные и зуборезные.

Погрещности размеров и формы поверхностей, обработанных фасонными инструментами, зависят от ряда причин, которые в обобщенном виде можно свести к следующим:

а)   погрешности параметров профиля режущих контуров инструментов, допущенные при их проектировании или изготовлении; б)   погрешности установки инструментов, а также непредусмотренное методом обработки изменение их начального положения во время работы под действием сил резания; в)    погрешности взаимных перемещений инструмента и заготовки во время обработки, такие, как погрешности деления при нарезании зубьев деталей методом копирования, несогласованность вращения или перемещения заготовки и обкаточного инструмента, радиальное биение заготовки и инструмента во время резания и др. Чаще всего приходится сталкиваться с почетностями развертывания и нарезания резьбы метчиками, плашками и резьбонарезными головками. Поэтому причины этих погрешностей и методы их устранения рассмотрим подробнее. В подавляющем большинстве случаев имеет место разбивание размеров, когда размеры обработанных поверхностей больше размеров инструмента, например, диаметр развернутого отверстия больше диаметра развертки. Реже встречается усадка размеров, когда размеры обработанных поверхностей меньше размеров инструмента, обработавшего эти поверхности. Казалось бы, что в каждом конкретном случае можно скомпенсировать эти погрешности изменением размера инструмента. Однако это далеко не так. Чем больше разбивание размеров, тем больше их рассеивание при неизменных условиях обработки. Точность обработки (развертывания или нарезания резьбы) ниже. Изменением диаметра метчика, развертки или перенастройкой резьбонарезной головки можно лишь совместить центр группирования размеров детали с серединой поля допуска на размер, что, бесспорно, нужно делать всегда. Уменьшить рассеивание размеров, т.е. повысить точность обработки, можно лишь за счет уменьшения разбивания. С точки зрения самого процесса резания нет причин для разбивания, наоборот, должна бы быть усадка размеров отверстий на величину 2hуп из-за упругого последействия обработанной поверхности (рис. 4.1). В связи с округлением режущей кромки по дуге радиусом р материал детали ниже какой-то линии ab уходит иод заднюю поверхность инструмента, дефор,мируется пластически и упруго. Упругая часть деформации hyn восстанавливается, и диаметр отверстия умень шается, а наружной обработанной поверхности — увеличивается. Чем выше положение линии ай, линии раздела потоков металла, тем более толстый слой металла уходит под заднюю поверхность, больше пластическая и упругая деформация, больше hyn , больше усадка отверстия. Увеличению hyn способствуют: а)   увеличение радиуса р округления главных и особенно вспомогательных режущих кромокрежущего клина, в том числе за счет затупления; б)   увеличение радиуса скругления вершины режущего клина; в)   уменьшение трения в контактной зоне cd (рис. 4.1) за счет хорошо подобранной СОЖ или других мероприятий по уменьшению трения, например, за счет антифрикционных покрытий рабочих поверхностей режущего клина; г)    уменьшение скорости резания; д)   повышение упругих свойств обрабатываемого материала; е)   повышение твердости стали.

 

Неполадки с режущими инструментами и способы их устранения

Однако в производственных условиях есть ряд причин, более сильно действующих, которые не только компенсируют усадку, но и приводят к разбиванию размеров. Тем не менее встречаются случаи усадки: обработка пластмасс, нарезание резьбы в тонкостенных деталях, упруго растягивающихся во время нарезания, тепловое расширение тонкостенных деталей от теплоты резания во время обработки. Зафиксированы случаи поломки метчиков при вывертывании в результате защемления от усадки размеров резьбы при остывании детали после нарезания резьбы.

Причины разбивания размеров при развертывании и нарезании резьбы метчиками:

а)   несоосность обрабатываемого отверстия и жестко закрепленного инструмента, особенно в случае вращения детали;

б)   радиальное биение жестко закрепленного инструмента независимо от причин, его вызывающих (биение самого инструмента, биение шпинделя станка, неточность соединения инструмента со станком);

в)   биение зубьев на заборной части инструмента, допущенное при заточке (разновысотность зубьев);

г)   неравномерная от зуба к зубу развертки или от пера к перу метчика затупленность инструмента. Неравномерная затупленность и радиальное биение зубьев инструмента приводят к тому, что ось вращения инструмента смещается с оси обрабатываемого отверстия в сторону малонагруженного зуба или пера, т.е. в сторону, противоположную от наиболее высокого или наиболее затупленного зуба. Инструмент совершает планетарное движение вращается не только вокруг своей оси, но и вокруг оси обрабатываемого отверстия, что равнозначно радиальному биению в работе жестко закрепленного инструмента;

д)   работа без СОЖ или низкая смазывающая способность СОЖ в конкретных условиях применения;

е)   малая твердость обрабатываемого металла;

ж)  повышенная “заборность” инструмента из-за увеличенных скоростей резания, повышенной остроты заточки (малое округление режущих кромок), увеличенных передних и задних углов;

з)   крепление инструмента в подвижных патронах с большим числом подвижных сочленений, особенно с трением скольжения. Рекомендуется упругоподатливое в радиальном направлении крепление в обычных удлинителях или патронах сильфонного типа (см.п.2.3.1);

и)   не оптимальная по точности обработки конструкция и геометрия инструмента;

к)   нарушение закона винтового движения метчика, плашки, резьбонарезной головки или нарезаемой детали относительно резьбовой фрезы;

л)   деформация метчика.

Если причины разбивания по пунктам а)—з) понятны, а методы их устранения очевидны, то пункты и)—л) требуют более подробного рассмотрения.

Так же как и по стойкости, существуют геометрические параметры и элементы конструкции инструмента, оптимальные по точности обработки. Причем на точности обработки они сказываются не сами но себе, а через явления, сопровождающие процесс резания, главным образом через удельные давления (давления на единицу длины режущей кромки или на единицу площади опорных поверхностей инструмента) от сил, воздействующих на инструмент и деталь во время резания. Эти силы нарушают закон винтового движения метчика. Так, например, увеличение переднего угла метчика уменьшает силы резания, в том числе и осевые, которые являются главной причиной разбивания резьбы (см.п. 1.8.1). С уменьшением осевых сил уменьшаются удельные давления на опорные боковые режущие кромки метчика, а именно, кромки, воспринимающие эти силы. Они обращены в сторону хвостовика метчика. В результате уменьшается дополнительное резание этими кромками (см.рис.1.60, г). Более точно соблюдается закон винтового движения: уменьшается отставание метчика по шагу. Как следствие — меньше разбивание среднего диаметра, меньше погрешности шага и половины угла профиля нарезаемой резьбы. Точность резьбы и точность резьбообработки повышаются. С другой стороны, увеличение переднего угла облегчает внедрение метчика в материал нарезаемой детали под действием радиальных сил, являющихся следствием их неравенства на разных перьях метчика. Неравенство радиальных сил обусловлено радиальным биением главных режущих кромок метчика после заточки и разной длиной этих кромок на разных перьях. Кроме того, радиальное биение жестко закрепленного метчика создает дополнительную радиальную силу. Очевидно, что вектор суммы этих сил приводит к бульшему разбиванию резьбы при бульших значениях передних углов. Увеличение задних углов при этом дополнительно способствует увеличению разбивания. Поскольку влияние переднего угла противоречиво по характеру, то в каждых конкретных условиях существуют свои оптимальные по точности резьбообработки значения передних углов. Они могут быть вполне определенными, наибольшими или наименьшими. Все зависит от конструкции метчика, его точности и способа крепления, способа нарезания резьбы, состояния станка и других факторов, характеризующих технологическую систему.

Если осевые силы воспринимаются нарезаемой резьбой (нарезание резьбы методом самозатягивания метчика), то наиболее сильное влияние на разбивание резьбы оказывают задние вспомогательные углы метчика, обеспечиваемые затылованием метчика по профилю резьбы. Чем больше затылование (больше вспомогательные задние углы), тем больше разбивание резьбы.

Главный угол в плане метчика сказывается на размерах резьбы через разность радиальных сил на ею перьях. Чем больше эта разность, тем больше разбивание. Характер изменения разбивания с увеличением угла в плане синусоидальный с увеличением амплитуды в сторону бульших значений угла в плане. Это соответствует характеру изменения разности в длине главных режущих кромок на противоположных перьях метчика.

Угол наклона стружечных канавок влияет на значение вектора суммы осевых сил. В каждом конкретном случае можно подобрать такое значение угла, при котором вектор суммы осевых сил минимальный, а стало быть, минимальное разбивание размеров резьбы, нарезаемой методом самозатягивания метчика. Среднее значение оптимального по точности угла наклона стружечных канавок составляет 30°. При этом канавки должны бьть правыми для правой резьбы и левыми для левой.

Аналогично влияние параметров метчика и условий его эксплуатации на отклонения шага нарезаемой резьбы, половины угла профиля и формы среднего цилиндра. Более подробные сведения о погрешностях резьбы, нарезаемой метчиками, изложены в работах автора, опубликованных в периодической печати в 1963—1996 годах, например, в работах [133; 134; 267—270] и др., где на основе экспериментальных исследований убедительно доказано, что параметры метчика Ml6 и условия резьбонарезания, влияющие на осевые силы, воздействующие на метчик, способны изменять зону разброса размеров среднего диаметра в 25 раз, от 30 до 760 мкм и более. Если сравнить эту зону разброса с полями допусков на резьбу, то можно убедиться, что точность резьбы, нарезанной в таких условиях, колеблется от 3-й степени до 7-й и грубее.

Влияние параметров, связанных с радиальными силами, несколько слабее, но второе по значимости. В условиях поставленного эксперимента точность резьбы Ml6 по этой причине изменялось всего лишь в 10 раз.

Поскольку главной причиной низкой точности резьбы является нарушение закона винтового движения метчика от воздействия осевых и радиальных сил, то для повышения точности необходимо уменьшать эти силы или ограничивать, а возможно, и нейтрализовать их воздействие. Более плодотворно второе направление. Нейтрализовать влияние осевых сил можно за счет профильной или комбинированной схем резания (см.п. 1.8.1 и рис. 1.60, б,в), но лучшим решением является обеспечение метчику принудительной осевой подачи по резьбовому копиру. Метчик при этом следует крепить не в компенсационном патроне, а неподвижно в осевом направлении относительно шпинделя станка. Только в этом случае осевые силы воспринимаются не нарезаемой резьбой, а резьбой копира. Закон винтового движения метчика не нарушается. Исключается подрезание опорных сторон резьбы и разбивание ее размеров. Копир может быть установлен на станке, что лучше, или копиром могут быть задняя резьбовая направляющая часть метчика (см. рис. 2.53, з) и резьбовая втулка приспособления или передняя резьбовая направляющая часть метчика и предварительно прорезанная черновым метчиком сквозная резьба нарезаемой детали (см. рис. 2.53,е). Зона разброса размеров резьбы М16 в стали 45, нарезанной по резьбовому копиру, составила в условиях эксперимента 42 мкм, тогда как в условиях самозатягивания этот же метчик обеспечил зону разброса, в 13 раз большую, 535 мкм, и резьба вышла далеко за пределы поля допуска даже 7-й степени точности. Поэтому нарезание резьбы по резьбовому копиру является предпочтительным, так как высокая точность резьбы обеспечивается при любых параметрах метчика, которые можно выбирать по другим критериям, например, оптимальными по стойкости.

Ограничение влияния осевых сил, как изложено в и. 1.8.1 данной работы, возможно за счет параметров самого метчика: опорные бочкообразные элементы на боковых сторонах профиля ею резьбы (см.рис.1.58, з); уменьшенная вплоть до нуля величина затылования по профилю; затылование по профилю не на всей ширине пера; ограничение режущей способности боковых опорных режущих кромок путем их притупления абразивным бруском.

Уменьшение осевых сил с целью повышения точности резьбообра- ботки менее эффективно, чем нейтрализация или ограничение их влияния. При необходимости уменьшить силы можно путем надлежащего выбора схемы резания и геометрических параметров метчика. Наиболее эффективны из них групповая схема резания (см.рис. 2.8, з), возможная при нарезании резьб крупного шага, и тридцатиградусный угол наклона винтовых стружечных канавок метчика — правых для правой резьбы и левых для левой.

Уменьшение вектора суммы радиальных сил достигается уменьшением радиального биения главных режущих кромок и выбором оптимального значения угла в плане, выравнивающего длины режущих кромок на перьях метчика [268], а также уменьшением радиального биения шпинделя станка, повышением точности и установки метчика и использованием патронов сильфонного типа (см. рис. 2.51, г)

Частичная нейтрализация действия радиальных сил возможна путем ограничения радиальных колебаний метчика за счет точного направления по кондукторной втулке или нарезаемому отверстию. Возможно использование горбообразных элементов, выполненных на затылочных поверхностях заборной части метчика и воспринимающих радиальную силу. Влияние радиальных сил уменьшается при уменьшении разбивания резьбы под действием осевых сил. В таких случаях увеличивается “защемление” метчика, ограничивающее ею радиальные колебания. С этой точки зрения полезны бочкообразные метчики (рис. 1.58, з) и особенно режуще-выглаживающие, отличающиеся от бочкообразных тем, что небольшое бочкообразное затыло- вание по профилю выполнено на всей длине резьбовой части, режущей и калибрующей. Исправить дефекты, наведенные радиальными силами, можно использованием профильной или комбинированной схем резания, но они, как указывалось ранее (и.1.8.1), не рекомендуются для нарезания резьбы в сталях и других вязких материалах.

Деформацией метчика, влияющей на разбивание, является его закручивание под действием крутящего момента [132]. В результате перья метчика, если они были
параллельны оси, перекашиваются и становятся слегка наклонными или винтовыми (рис. 4.2) Вместе с перьями поворачиваются на тот же угол Ат находящиеся на них витки резьбы. Угол подъема резьбы метчика, измеренный по режущим кромкам, сохраняется, равен т, но на самих перьях становится бульшим на величину Ат В результате витки резьбы метчика не совпадают по направлению с впадинами нарезаемой резьбы, а перекашиваются в них на ∟∆τ и расширяют их на величину ∆а (рис. 4.2, в). Происходит разбивание нарезаемой резьбы. Влияние закручивания на разбивание ощутимо для резьб М12 и меньше. Уменьшить разбивание от этой причины можно использованием бочкообразных метчиков. Бочкообразный зуб, даже перекашиваясь во впадине, не способен резать боковой кромкой и расширять ее (рис. 4.2, г)

Неполадки с режущими инструментами и способы их устранения

Положительные результаты достигаются за счет многопроходного нарезания или других методов уменьшения крутящего момента. В условиях массового производства можно рекомендовать нарезать резьбу на специальных станках метчиками, вращаемыми за два хвостика: обычный задний и дополнительный передний. Вероятность поломок метчиков в таких случаях тоже уменьшается.

Нарезание наружных резьб плашками и резьбонарезными головками сопровождается теми же явлениями. И здесь главными причинами разбивания резьбы являются осевые и радиальные силы. Мероприятия по ограничению или нейтрализации их влияния в принципиальных решениях аналогичны тем, что и при нарезании резьбы метчиками. Только разница в том, что под разбиванием резьбы следует понимать не увеличение ее среднего диаметра, а уменьшение.

При нарезании резьбы метчиками, плашками и резьбонарезными головками очень важно точное начальное положение резьбообразующего инструмента относительно нарезаемого отверстия. Если первые, хотя и неполные, витки резьбы будут нарезаны с перекосом, то при дальнейшем нарезании они будут в таком же направлении вести резьбообразующий инструмент. Сопротивление самого отверстия такому направлению приведет к повышенным погрешностям формы среднего цилиндра нарезаемой резьбы: овальности, конусности, корсетности

Оптимальными по точности обработки параметрами развертки являются: возможно меньшие углы в плане на режущей и калибрующей частях, минимальное радиальное биение главных и вспомогательных режущих кромок и возможно большая ширина круглошлифованных ленточек. Тем не менее наиболее высокая точность размеров и формы обработанных отверстий достигается развертками с кольцевой заточкой (см.рис.1.35) с главным углом в плане 90°. В этих случаях исключается влияние на разбивание отверстий радиального биения главных режущих кромок развертки.

Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *