Протягивание: технология и инструмент

Протягивание: особенности технологии и используемый инструмент

Безусловно, протягивание, для меня, проводящего ежесуточно в производственном цеху вот уже два десятилетия, не просто строка в теоретическом пособии, а, скорее, верный помощник, выручающий производство, когда требуется особая точность и высокая оперативность. Откровенно говоря, порой многими предполагается, будто метод протяжки устарел, мол, ведь имеются же ЧПУ, современные фрезерные станки и автоматические линии швейцарского производства. Впрочем, если ведётся работа по серийному изготовлению внутренних сквозных конфигураций, продольных канавок под шпонку, шлицев или же наружных контуров с неизменным допуском в ±0.01 мм для тысяч заготовок, здесь и обнаруживается, что иного решения, кроме протягивания, просто не имеется. Надо сказать, конечно, присутствуют долбление и фрезерование с обходом, но ими уступается по быстродействию от пяти до десяти раз, а порой даже и существенно больше. Примечательно, готовая поверхность даёт возможность достигаться протягиванием всего за один рабочий проход, при этом давая шероховатость Ra 0.8-1.6 мкм и прецизионность по квалитету IT7-IT8, исключая нужду в добавочной финишной обработке. Таким образом, значительная экономия времени и денежных средств достигается, в особенности, когда объёмы изготовления измеряются десятками тысяч единиц ежемесячно.

При высокой загрузке оборудования из-за тысяч шлицевых валов: выбираем вид протягивания

Представьте, пожалуйста, такую ситуацию: поступила срочная заявка на производство 5000 шлицевых валов, предназначенных для автомобильной отрасли. Три недели — вот установленный предельный срок. Наш конкурент отказался от заказа, поскольку у него отсутствовало соответствующее оборудование для формирования внутренних шлицев, а фрезеровать их он просто не успел бы. В такой ситуации, несомненно, протягивание приходит на выручку. Внутреннее протягивание – это, собственно, когда специальная протяжка проходит через предварительно просверленное или расточенное отверстие, образуя необходимый профиль. Здесь могут быть сформированы шпоночные пазы, шлицы, квадраты, шестигранники, а также звездочки. Инструмент, или протяжка, поэтапно снимает металлические слои, тем самым увеличивая диаметр или создавая требуемый контур. Всего лишь за один рабочий проход нами получается полностью готовая поверхность. Поистине, это фантастика, когда мы наблюдаем, как за считанные секунды круглое отверстие преобразуется в идеальный шлиц с допуском 0.015 мм. Протяжки, созданные под внутренние профили, обычно бывают либо пуансонного типа, либо хвостовыми. Пуансонные – это те, когда протяжка проталкивается сквозь деталь, а хвостовые – те, когда инструмент протягивается. Выбор типа, конечно, зависит от длины протяжки, требуемой жесткости самой детали и необходимой точности. К примеру, для создания шпоночного паза длиной 100 мм в заготовке из стали 40Х нами задействуются сборные протяжки Sandvik Coromant из быстрорежущей стали HSS-E PM с покрытием TiN, что, в свою очередь, даёт возможность получать до 1500 деталей между последующими переточками.

Однако с наружным протягиванием нами было столкнуто, когда возникла необходимость массовой обработки турбинных лопаток, формируя специфический крепёж в виде "ласточкина хвоста". В этом случае, очевидно, протяжка не движется насквозь, а перемещается по наружной плоскости детали, удаляя лишний материал. Данный процесс, без сомнения, сложнее, поскольку требуется более жесткая оснастка для надежной фиксации заготовки и самого инструмента. Обычно, для таких производственных операций задействуются горизонтальные протяжные станки, обладающие высокой мощностью. Нами велась работа с протяжками Walter из твердого сплава со специализированным покрытием ALDURA, что давало возможность обрабатывать термообработанные стали до 45 HRC. При этом стойкость такого инструмента достигала показателя в 800-1000 деталей. Помню, как-то раз наши недавно принятые сотрудники попытались применить протяжку, созданную под внутренний паз, на горизонтально-протяжном оборудовании для осуществления наружной обработки. Итог был предсказуем: инструмент был сломан уже на первой детали, а сама заготовка пришла в негодность вследствие деформации. Протягивание – это не сфера для "экспериментов", это область точного инженерного расчета и корректного подбора необходимого инструмента.

Практический совет: Обязательно четко определяйте требуемый тип протягивания, исходя из геометрической конфигурации заготовки и нужного профиля. Ни в коем случае не пытайтесь "адаптировать" протяжку, созданную под внутренний профиль, для выполнения наружной обработки – это прямой путь к поломке инструмента и получению бракованной детали. Необходимо проверять жесткость всей системы "станок-деталь-инструмент" перед запуском серийного изготовления.

Инструменты для протягивания: это далеко не "просто железка"

Протяжка, несомненно, не просто кусок заточенной стали. Это высокоточный инструмент, чья стоимость способна достигать нескольких тысяч евро, а порой даже и дороже, в особенности для изготовления сложных профилей. Она состоит из нескольких функциональных зон: заборной части, чернових режущих зубьев, чистовых режущих зубьев и калибрующих зубьев. Каждый отдельно взятый зуб удаляет определенную толщину стружки, которая, обычно, варьируется от 0.02 до 0.15 мм. Чем тоньше удаляемая стружка, тем продолжительнее срок эксплуатации протяжки, но при этом тем больше зубьев нужно, а следовательно, и сам инструмент становится длиннее. Материал протяжек – это зачастую быстрорежущие стали (HSS, HSS-E, HSS-E PM) с износостойкими покрытиями (TiN, TiCN, AlTiN). Для высокопроизводительных операций и обработки особо твердых материалов задействуются протяжки из твердых сплавов, например, серия CoroCut QD от Sandvik Coromant или специализированные протяжки Kennametal. У таких инструментов намного выше стойкость, но и их хрупкость также значительно выше. Очень важно корректно выбирать шаг зубьев. Если шаг будет слишком большим, стружка, очевидно, будет забиваться в канавки; если же слишком маленьким — режущая кромка станет перегреваться и быстро тупиться. Для обработки стали 45Х с внутренним шлицем длиной 80 мм нами обычно задействуется протяжка с шагом зубьев 15-20 мм, чтобы стружка успевала своевременно выходить, и не происходило заклинивания. При этом угол передней поверхности составляет 10-15 градусов, а задней — 2-3 градуса, что даёт хороший отвод стружки и минимальное трение.

А вот когда мы попытались создать сложный профиль для зубчатой рейки, используя обычную HSS-протяжку без покрытия, ресурс, к сожалению, оказался катастрофически низким — всего 100-120 деталей до следующей переточки. Переход на HSS-E PM с покрытием AlTiN от Dormer Pramet, к счастью, увеличил стойкость до 800 деталей. Экономия на переточках и простоях оборудования была поистине колоссальной. Но даже при использовании правильной протяжки можно, увы, все испортить. Однажды, при протягивании шпоночного паза в крупногабаритной шестерне, оператором была недостаточно зажата протяжка в поводковой головке. Во время выполнения рабочего хода инструмент сместился, и, вместо ровного паза, получился профиль с конусом и смещением на 0.5 мм. Пришлось полностью переделывать всю изготовленную партию шестерен, а ведь это был материал 18ХГТ, стоимость которого достигала 3000 рублей за единицу. Потери, итого, были огромными.

Практический совет: Никогда не экономьте на выборе инструмента. Качественная протяжка, изготовленная из нужного материала и имеющая правильное покрытие, окупит себя многократно. Обязательно всегда проверяйте надежность крепления протяжки и самой детали перед началом любого производственного процесса.

Смазочно-охлаждающие жидкости: не просто "вода с добавлением масла"

Роль СОЖ при протягивании, как часто говорят, недооценивается, а очень зря. Она не просто осуществляет функции охлаждения и смазки, она, к тому же, активно вымывает стружку, предотвращая тем самым её налипание и возможное повреждение рабочей поверхности. В процессе протягивания возникают колоссальные силы трения и давления, температуры, между прочим, могут достигать 300-400°C непосредственно в зоне резания. Без применения качественной СОЖ протяжка, конечно же, быстро перегреется, утратит свою твердость и выйдет из строя. Нами задействуются специализированные протяжные масла с повышенным содержанием противозадирных присадок (EP-присадки), созданные на основе серы и хлора. К примеру, это масла Castrol Iloform TD 102 или Mobilmet 762. Они даёт снижение коэффициента трения на 20-30% по сравнению с обычными универсальными СОЖ, что продлевает срок службы инструменту на 30-40% и повышает качество поверхности. Для обработки легированных сталей типа 40ХН2МА, имеющих твердость 30 HRC, где требуются очень высокие давления, нами задействуется СОЖ с содержанием EP-присадок до 15%. Без такого масла протяжка не выдерживает даже 50 деталей.

Был у нас такой случай: пришла крупная партия алюминиевых заготовок марки АМг6, предназначенных для формирования внутренних шлицев. По устоявшейся привычке был залит тот же вид масла, что и для обработки стали. В итоге: инструмент был моментально забит алюминиевой стружкой, поверхность каждой детали стала весьма шершавой, а протяжку пришлось подвергать механической очистке. Как оказалось, для обработки алюминия нужны СОЖ, созданные на основе спиртов или специализированных эмульсий, которые предотвращают процесс налипания алюминия. Это, без сомнения, был ценный урок: для каждого конкретного материала — своя собственная СОЖ. Нельзя, разумеется, использовать универсальные решения там, где нужна специфика. Температура СОЖ, между прочим, также играет важную роль. Нами поддерживается температура СОЖ в диапазоне 25-35°C. Перегрев СОЖ, к сожалению, снижает её смазывающие качества и может привести к термическому шоку для инструмента.

Практический совет: Обязательно всегда выбирайте СОЖ, исходя из характеристик обрабатываемого материала и установленного режима протягивания. Пожалуйста, проконсультируйтесь с поставщиками инструмента или же производителями СОЖ. Никогда не экономьте на фильтрации СОЖ – чистая СОЖ, как известно, продлевает срок службы инструменту и повышает качество обрабатываемой поверхности.

Оборудование для протягивания: станок — не только "двигатель"

Протяжные станки, стоит отметить, бывают как горизонтальными, так и вертикальными, предназначенными для внутреннего и наружного протягивания соответственно. Выбор подходящего станка зависит от таких параметров, как длина протяжки, требуемая сила протягивания, габариты обрабатываемой детали и конкретный вид операции. Горизонтальные станки, обычно, чаще задействуются для работы с длинными внутренними протяжками и для операций наружной обработки, тогда как вертикальные — для коротких внутренних протяжек и заготовок, где, безусловно, требуется экономия производственной площади. У нас в цеху, например, имеется горизонтальный протяжной станок модели 7А510, который развивает усилие до 100 кН и даёт возможность протягивать детали длиной до 1200 мм. Для обработки мелких деталей и формирования коротких шпоночных пазов нами задействуется вертикальный протяжной станок мод. 7Б506, обладающий усилием 63 кН и ходом до 600 мм. Очень важно, чтобы оборудование имело достаточную жесткость, дабы предотвратить возникновение нежелательных вибраций и отклонений в работе инструмента. Жесткость самого станка прямо влияет на достигаемую точность обработки и стойкость протяжки. Износ направляющих механизмов станка, имеющиеся люфты в гидросистеме – всё это, к сожалению, приводит к получению брака.

Был у нас такой случай, когда на старом, изношенном вертикальном протяжном станке нами была предпринята попытка протянуть внутренний квадрат с допуском IT7. Данное оборудование имело существенные люфты в направляющих, около 0.05 мм. В итоге, каждая вторая изготовленная деталь показала отклонение от параллельности граней на 0.08-0.1 мм, что, очевидно, находилось за пределами установленного допуска. Пришлось переводить этот заказ на более новый станок, а старое оборудование было отправлено на капитальный ремонт. Правильное крепление детали и протяжки непосредственно в оснастке также крайне критично. Оснастка, конечно же, должна быть максимально жесткой, чтобы избежать нежелательных деформаций и вибраций. Нами задействуются приспособления, разработанные собственными силами, которые даёт возможность быстро менять детали и даёт их надежную фиксацию с повторяемостью до 0.005 мм.

Практический совет: Регулярно проводите техническое обслуживание станка, обязательно проверяйте его жесткость, люфты и состояние гидросистемы. Не задействуйте старое, изношенное оборудование для осуществления высокоточных операций. Инвестируйте в приобретение качественной оснастки — она, безусловно, экономит ваше время и предотвращает получение брака.

Контроль качества и допуски: полагаемся не на "глаз", а на приборы

В области протягивания точность, несомненно, – это самый главный принцип. Допуски на размеры могут, между прочим, составлять ±0.015 мм, а на шероховатость Ra 0.8 мкм. Такое высокое качество достигается, конечно, благодаря калибрующим зубьям самой протяжки. После завершения каждой партии, а порой даже после каждой десятой детали, нами ведётся выборочный контроль качества. Для внутренних профилей задействуются пробки-калибры "проход-непроход", пневматические измерительные комплексы, а для особо сложных случаев — координатно-измерительные машины (КИМ). К примеру, для шлицевых соединений контролируется не только наружный диаметр, но и толщина зуба, межосевое расстояние, а также радиальное биение. Если допуск на толщину зуба ±0.02 мм, а КИМ показывает 0.03 мм, то вся произведенная партия, увы, направляется в брак или же на доработку. Чрезвычайно важно вести статистический контроль процесса (SPC), чтобы отслеживать тенденции износа протяжки и своевременно её менять или же направлять на переточку. Нами было замечено, что при обработке стали 45Х, после изготовления 2500 деталей без переточки, отклонение от допуска на внутренний квадрат начинает увеличиваться на 0.005 мм каждые 100 деталей. Это, несомненно, является сигналом к тому, что протяжку пора обслуживать.

Однажды, оператор не осуществил проверку калибра "непроход" после очередной переточки протяжки. Инструмент был заточен, но его геометрия не была полностью восстановлена. В результате, все 500 деталей, которые прошли обработку этим инструментом, оказались с заниженным размером на 0.02 мм, то есть "непроход", вопреки всему, проходил. Это было обнаружено лишь на этапе финальной сборки. Представляете, какой огромный убыток был получен? Протяжка – инструмент весьма тонкий, и даже малейшее отклонение от правильной заточки приводит, к сожалению, к фатальным последствиям. С тех пор у нас установлено правило: после каждой переточки — обязательный полный контроль геометрии протяжки на оптическом профилометре и, конечно, обязательная проверка калибрами на пробной детали.

Практический совет: Внедряйте строгий контроль качества на каждом производственном этапе. Не полагайтесь, пожалуйста, на "глаз" или "опыт" оператора. Задействуйте точные измерительные приборы и ведите статистический контроль. После осуществления переточки инструмента всегда проводите проверку на пробной детали.

Выбор инструмента для протягивания: не только стоимость, но и общая цена владения

Когда встаёт вопрос о выборе протяжки, многие, очевидно, обращают внимание исключительно на ценник. "Эта Sandvik Coromant вдвое дороже китайской!" — слышится от меня нередко. Однако, давайте, поразмыслим и посчитаем. Китайская протяжка, изготовленная из HSS без покрытия, прослужит, пожалуй, 100-200 деталей до следующей переточки, а выдержит всего лишь 3-4 переточки. Итого, максимум 300-800 деталей. А вот протяжка Sandvik Coromant из HSS-E PM с покрытием AlTiN спокойно обрабатывает 1500-2000 деталей до переточки и выдерживает, между прочим, 8-10 переточек. Это уже целых 12000-20000 деталей. При пересчёте на одну отдельно взятую деталь, инструмент Sandvik или Kennametal оказывается в 3-5 раз дешевле. Плюс простой оборудования, заработная плата оператора, брак – всё это, несомненно, накладывается на себестоимость. Поэтому, выбирая протяжку, обратите внимание на её материал, геометрию (количество зубьев, их шаг, углы) и тип покрытия. Для углеродистых сталей с твердостью до 200 HB, к примеру, подойдет HSS. Для легированных, инструментальных сталей до 35 HRC – HSS-E или HSS-E PM. Для высокопрочных, жаропрочных сплавов, титана, а также закаленных сталей – предпочтителен твердый сплав. Обращайте внимание на бренды, которые специализируются на изготовлении протяжек или имеют обширную линейку продукции: Sandvik Coromant, Kennametal, Iscar, Walter, Mitsubishi, Dormer Pramet. У них всегда присутствуют специалисты, которые помогут с подбором инструмента и выбором оптимальных режимов. И, конечно, не забывайте про унификацию – если имеется такая возможность, выбирайте стандартные протяжки, они, обычно, дешевле и более доступны, нежели специальные, изготавливаемые под индивидуальный заказ.

FAQ по протягиванию

Резюме: технология, проверенная временем

Протягивание, несмотря на свою "классичность", остаётся одним из наиболее эффективных и точных методов металлообработки для серийного и массового производства. Это не просто "устаревшая" технология, а постоянно развивающийся процесс, где совершенствуются материалы используемого инструмента, их покрытия, геометрия зубьев, а также системы ЧПУ для протяжных станков. Мой опыт, к слову, показывает, что грамотный подход к выбору протяжки, СОЖ, оборудования и, конечно же, строгий контроль за всем производственным процессом – это залог успеха. Не пытайтесь, пожалуйста, изобретать велосипед, используя фрезу там, где нужна протяжка, или стараясь сэкономить на приобретении качественного инструмента. В долгосрочной перспективе это, увы, приведет лишь к простоям, браку и убыткам. Инвестируйте в знания, качественный инструмент и проверенную технологию, и тогда протягивание станет вашим надежным союзником в цеху, давая возможность выпускать тысячи деталей с требуемой точностью и в установленные сроки.