Инструмент для накатывания резьбы. Накатывание резьбы и типы инструментов. Инструменты для накатывания резьбы

Накатывание резьбы осуществляется при помощи давления, а не резания металла. При этом методе волокна материала не разрезаются, а деформируются пластически под воздействием резьбонакатных плашек или роликов, выступы которых вдавливаются в обрабатываемый металл. Полученная таким методом резьба имеет ровную, чистую и уплотненную поверхность.

Накатывается резьба в холодном состоянии. Материал изделия влияет весьма сильно на качество резьбы: высокое качество резьбы получается на изделиях из пластичного материала; на твердом материале резьба, в особенности крупная, накатывается на мощных станках с большими нагрузками.

Резьбу можно накатывать двумя способами: 1) плоскими накатными плашками и 2) накатными роликами (иногда их называют круглыми плашками).

На рис. 18 показана схема накатывания резьбы плоскими плашками. Плашка 1 неподвижна, а подвижная плашка 2 установлена на ползуне, совершающем прямолинейное возвратно-поступательное движение; 3 - деталь в положении до накатывания; 4 - деталь в положении после накатывания.

Рис.18. Схема накатывания резьбы плоскими плашками

Рабочая поверхность плашек имеет прямолинейную резьбу (развертку резьбы винта) с профилем и углом подъема, соответствующими

профилю и углу подъема накатываемой резьбы. Помещенная между плашками цилиндрическая заготовка в результате перемещения подвижной плашки 2 переходит из первоначального положения 3 в конечное 4 и при этом вследствие деформации металла приобретает резьбовую поверхность. Неподвижная плашка 1 имеет заборную часть, захватывающую заготовку и формирующую профиль резьбы, калибрующую часть, и сбег, обеспечивающий плавный выход заготовки из плашек. Подвижная плашка обычно изготовляется без заборной части.

При работе плоскими плашками возникают большие давления, Поэтому этим способом нельзя накатывать резьбы на недостаточно жестких или пустотелых заготовках.

Для получения требуемых размеров резьбы диаметр заготовки (d 3) должен быть примерно равен среднему диаметру резьбы. Его можно приближенно определить по формуле:

, мм,

где d 3 - диаметр заготовки в мм; d u - наружный диаметр резьбы в ни, d B - внутренний диаметр резьбы в мм.

Для накатывания резьбы плоскими плашками применяются специальныe станки, имеющие ползун, на котором крепится подвижная плашка. В зависимости от конструкции станка ползун с плашкой совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной, горизонтальной или наклонной плоскости. гайконарезные станки с плоскими плашками изготовляются автоматически действующими (в редких случаях с ручной установкой заготовки). Заготовка накатывается за один двойной ход ползуна. Длина ползуна зависит от длины плашек. При особо глубокой резьбе, большом шаге резьбы и т. п. для образования полного профиля резьбы приходится прокатывать заготовку между плашками два раза.

Плоскими плашками большей частью накатывают болты, винты и реже шурупы, обычно получая при этом резьбу 3-го класса точности Используемые для этого станки производят 120--150 двойных ходов, а наиболее современные - до 280 двойных ходов в минуту. Более точная резьба накатывается при 30-40 двойных ходах в минуту. Резьбонакатные автоматы, работающие плоскими плашками, выпускаются нескольких типоразмеров. На этих станках можно накатывать резьбу диаметром от 2 до 25 мм и длиной до 125 мм. Станки имеют автоматические загрузочные устройства и обладают высокой производительностью.

Рис. 19. Накатывание резьбы роликами:

а - одним роликом; б - двумя роликами с винтовыми витками; в - двумя роликами с кольцевыми витками, наклоненными под углом подъема резьбы

В практике широкое распространение получило накатывание резьбы роликами (круглыми плашками) с радиальной, продольной и тангенциальной подачей.

Накатывание резьбы с радиальной подачей производится одним, двумя и тремя роликами. Накатывание резьбы диаметром от 5 до 25 мм одним роликом (Рис. 19,а) применяется на токарных и револьверных станках и

автоматax. Заготовка 1 зажимается в патроне или цанге станка, а

резьбовый ролик 2 - в державке 3, устанавливаемой в суппорте 4 или револьверной головке станка.

Нa ролике 2 резьба направлена противоположно по сравнению с накатываемой резьбой заготовки, т. е. правая резьба накатывается роликом с левой резьбой, и наоборот. Средний диаметр ролика, число заходов и длина хода резьбы должны быть кратными тем же параметрам накатываемой резьбы.

Накатывание резьбы одним роликом часто вызывает изгиб заготовки из-за односторонней радиальной силы, возникающей при накатывании.

Наибольшее распространение получил способ накатывания резьбы мя роликами (рис. 19, б). Заготовка 1 помещается на направляющей планке 2, располагаемой между роликами 3. Оба ролика вращают -в одну сторону, причем один из роликов получает радиальную подочу (по стрелке А).

Значительно реже накатывают резьбу тремя роликами. Радиальная подача в этом случае дается одновременно всем трем роликам, Центрирование заготовки производится самими роликами, причем не требуетстся никаких опор.

Скорость вращения роликов изменяется от 12 до 100 м/мин в зависимости от диаметра резьбы, точности ее и материала заготовки. При.накатке роликами можно получить резьбу 1-го и 2-го классов точности, а иногда и точнее.

Автоматы, накатывающие резьбу роликами, производительнее резьбонакатных автоматов, работающих плоскими плашками. Накатывание резьбы с продольной подачей осуществляется двумя, тремя и четырьмя роликами, снабженными заборными частями при постоянном межцентровом расстоянии. После предварительной осевой подачи накатывание осуществляется путем самозатягивания заготовки или головки с роликами.

Ролики применяются с винтовыми и кольцевыми витками. В первом случае оси роликов и накатываемой заготовки параллельны, а во втором - наклонены под углом подъема (рис. 19, в). Длина накатываемой этим способом резьбы практически не ограничена. Накатывание резьбы с продольной подачей применяется для резьб треугольного, трапецеидального и даже круглого профиля диаметром до 100 мм.

Окружные скорости применяются от 3 до 100 м/мин в зависимости главным образом от материала заготовки. Точность резьбы отвечает 2-му.классу. Точность резьбы выше 2-го класса достигается при работе с принудительной подачей вместо самозатягивания.

В настоящее время в промышленности широкое распространение получили процессы накатывания резьб. Процесс формообразования при накатывании происходит без снятия стружки. Он заключается в TGM, что рабочая часть накатывающего инструмента вдавливается в материал заготовки и в результате его пластического деформирования образует резьбу. Накатыванием можно получить резьбу 2-го класса точности и шероховатость поверхности 8-9-го класса. Процесс накатывания характеризуется высокой производительностью, повышенной прочностью и износостойкостью резьбы и оказывается экономичным в условиях серийного производства.

Наиболее широкое применение при массовой обработке резьб на деталях из конструкционных стилей и цветных металлов получило накатывание двумя плоскими плашками (риc. 176, а).

Комплект обычно состоит из трех роликов, устанавливаемых под углом 120°. Это обеспечивает хорошее центрирование заготовки. Ролики имеют кольцевую нарезку и свободно вращаются в корпусе плашки. Профиль витков роликов смещен один относительно другого на 1/3 шага, что необходимо для образования винтовой резьбы на заготовке. Ролики имеют заборную и калибрующие части, которые обеспечивают рациональное течение деформированного металла при накатывании резьбы с осевой подачей.

Плашки в конце рабочего хода не раскрываются и после окончания накатывания резьбы свинчиваются. Большую производительность обеспечивают резьбонакатные головки, которые выгодно отличаются от резьбонакатных плашек тем, что у них ролики в конце рабочего хода автоматически расходятся и головка выводится из соприкосновения с заготовкой без свинчивания. Накатные головки могут работать с вращением или без вращения, в зависимости от применяемого оборудования. Головки и плашки позволяют накатывать методом самозатягивания резьбу 2-го класса точности. Для получения более точных резьб необходимо применять принудительную подачу от ходового винта.

Методом накатывания можно обрабатывать также и внутренние резьбы. Для накатывания внутренних резьб большего размера применяют накатной ролик, который вводится в отверстие заготовки (рис. 178).

В процессе накатывания ролик и заготовка вращаются вокруг своих осей. Одновременно ролику сообщается радиальная подача, в результате чего ролик катится по отверстию и витки его резьбы, вдавливаясь в материал заготовки, формируют резьбу детали. При накатывании глубоких резьб инструменту сообщается осевая подача, что приводит к снижению усилий накатывания.

Накатывание внутренних резьб больших размеров производится также накатными державками и головками (рис. 179).

Рис. 179.

Накатывание резьбы - это процесс пластического деформирования материала заготовки. Накатной инструмент вдавливается в заготовку. Материал заготовки, деформируясь, заполняет впадину инструмента, формируя выступ обрабатываемой резьбы.

3.7.1 Для накатывания наружной резьбы применяют три способа: а) плоским инструментом с тангенциальной подачей - накатывание плоскими плашками; b) приводным круглым инструментом - накатывание роликами с радиальной подачей; c) неприводным круглым инструментом с тангенциальной подачей - накатывание роликами с осевой подачей.

a) Накатывание резьбы плоскими плашками

Рис. 21. 1

Резьба на плашках изготавливается с тем же профилем, что и обрабатываемая резьба, угол наклона резьбы на плашках изготавливается противоположным направлению резьбы у обрабатываемой детали. Длина плашек выбирается в зависимости от среднего диаметра резьбы по ГОСТ 2248-60. Плашки устанавливаются параллельно друг другу со сдвигом на 0,5 шага в середине плашек.

b) Накатывание резьбы цилиндрическими роликами с радиальной подачей инструмента

Рис. 22. 1

Ролики вращаются синхронно, для этого в станке предусмотрена соответствующая кинематическая связь. Один из роликов получает радиальное перемещение. На роликах изготавливается многозаходная резьба противоположного направления, но с одинаковым углом подъема с обрабатываемой деталью, поэтому

здесь d2 и D2- средние диаметры резьбы обрабатываемой детали и накатного ролика соответственно, а N и n- число заходов резьбы ролика и обрабатываемой детали.

здесь Т - длина хода резьбы у ролика

t - длина хода резьбы обрабатываемой детали.

Применяют ролики с открытым и закрытым контуром. У роликов с открытым контуром впадина резьбы не участвует в формировании вершины накатываемой резьбы, а потому не ограничивается точными размерами. У роликов с замкнутым контуром впадина резьбы формирует вершину накатываемой резьбы, и поэтому форма и размеры изготавливаются с соответствующими допусками. Ролики с замкнутым контуром применяются для изготовления резьб с посадками с натягом. Размеры роликов для накатывания метрических резьб регламентированы ГОСТ 9539-72.

c) Накатывание резьбы с осевой подачей.

Наибольшее распространение получил способ с роликами с кольцевой нарезкой. Преимущество этого способа заключается в том, что выбор роликов зависит только от шага накатываемой резьбы. В процессе работы ролики устанавливаются под углом к оси детали так, чтобы совместить направление витков нарезаемой резьбы кольцевой нарезки роликов (см. рис.).

Рис. 23. 1

Ролики со стороны входа детали в пространство накатки имеют конический заборный участок с углом 3ч50. при таком способе накатки ролики вращаются свободно под действием вращения заготовки, при этом заготовка имеет осевое перемещение на величину хода резьбы наоборот.

3.7.2 Накатывание внутренних резьб

Применяют в основном два способа получения внутренней резьбы пластическим деформированием с помощью метчиков- накатников, и с помощью самонарезающих винтов. Конструкция метчика- накатника показана на рис.

В поперечном сечении рабочая часть раскатника имеет форму многогранника со скругленными гранями. Заборная часть представляет собой коническую резьбу с полным профилем, угол 5ч100, число граней для резьб до М6-3, до М20- 6. Диаметр заготовки под накатку резьбы определяют исходя из баланса металла до раскатки и после ее

здесь d- наружный диаметр раскатника;

P- шаг резьбы;

dср- средний диаметр резьбы раскатника;

d1- внутренний диаметр резьбы.

Востребованным и по-настоящему универсальным вариантом накатывания на сегодняшний день признается накатка резьбы с применением специальных роликов. Этот способ отличается уникальным технологическим потенциалом при производстве резьб разной точности, протяженности и сечения.

1

Под накатыванием роликами понимают операцию пластического холодного деформирования поверхности обрабатываемой детали, при которой металл подвергается высокому давлению.

В результате этого между резьбовыми витками наблюдается явление заполнения впадины, что приводит к формированию требуемой резьбы. Причем подобное деформирование происходит без снятия стружки с заготовки.

Достоинствами данной методики признаются далее приведенные факты:

• верхняя часть детали характеризуется очень малым уровнем шероховатости;
• показатель усталостной прочности изделия находится на высоком уровне;
• производительность операции в несколько раз выше, нежели при использовании стандартной методики, когда резьба нарезается;
• высокая величина твердости и стойкости против эксплуатационного износа, а также прочностного показателя поверхности заготовки, обусловленная наклепом.

К недостаткам накатки роликами относят то, что, во-первых, по сравнению с процессом она менее точна, во-вторых, требуются достаточно дорогие приспособления для осуществления технологического процесса. Кроме того, при использовании роликов важно грамотно выбирать режим обработки и очень точно рассчитывать геометрические параметры рабочего инструмента и детали. Если эти условия не будут выполнены, возрастает вероятность образования ряда негативных явлений:

• отслаивание металла по резьбе;
• чешуйчатость заготовки;
• большой перенаклеп.

Все упомянутые недостатки и преимущества технологии обусловили то, что чаще всего выполнение резьбы роликами используется в крупносерийном и массовом производстве.

2

Для упорных, метрических, трапецеидальных и других по профилю резьб применяются плоские резьбонакатные плашки. Данный вид инструмента хорошо зарекомендовал себя также для выполнения винтовых и кольцевых канавок на пластичных деталях, разнообразных рифлений и шурупных резьб.

Используются не отдельные плашки, а их комплект из двух штук. Одна из них соединена с ползуном металлообрабатывающего агрегата, что позволяет ей осуществлять движение возвратно-поступательного характера. Вторая монтируется на рабочей поверхности станка неподвижным образом. Движущаяся плашка при перемещении агрегата захватывает изделие, которое требуется обработать, и по неподвижной плашке осуществляет его прокатку.

Для нанесения внутренних резьб применяют раскатники – похожие на специальные стержни, на которых уже имеется резьба. Они снабжены хвостовиком, калибрующей и заборной частью. Резьба на заготовке получается за счет пластического деформирования (аналогично обработке роликами). Раскатники рекомендуется применять для работы с цветными листовыми металлами, мягкими и вязкими марками стали, материалами с высоким уровнем пластичности.

3

Все описанные выше способы выполнения резьбы по своим технологическим возможностям ощутимо уступают методике, при которой используются ролики. Как правило, применяется два ролика (иногда их может быть три или четыре). А сам рабочий процесс производится на универсальных либо специальных станках для накатки резьбы.

Существует три варианта накатывания резьбы роликами в зависимости от того, каким образом резьбонакатной станок подает рабочий инструмент и изделие: с тангенциальной подачей детали; с радиальной подачей роликов; с осевой подачей заготовки.

Тангенциальная схема обеспечивает высокую производительность агрегата. Она может выполняться подачей:

• двух роликов цилиндрической формы, каждый из которых имеет собственную окружную скорость;
• двух пар роликов затылованного типа либо просто двух таких роликов;
• двух роликов затылованного типа в центрах.

Отличие цилиндрических приспособлений от затылованных заключается в том, что у вторых имеется не только калибрующая и заборная части, но еще и сбрасывающая. По стоимости затылованные ролики дороже обычных, а использовать их можно как на простых станках, на которых шпиндельные узлы находятся в фиксированном положении, так и на специальных полуавтоматических резьбонакатных установках.

В тех случаях, когда применяются две пары затылованных роликов, процесс накатывания резьбы ускоряется. Резьбу можно наносить одновременно на два конца изделия или же обрабатывать сразу две детали. А при монтаже заготовки в центрах станка следует пользоваться крупными по сечению роликами (от 20 до 30 сантиметров).

Более популярным способом накатки резьбы является вариант, когда ролики подаются радиально. Востребованность этой методики обусловлена в первую очередь простотой используемого инструмента и необходимой для выполнения операции оснастки. Обычно накатка производится при помощи двух вращающихся роликов. Радиальную подачу при этом имеет лишь один из них.

При радиальной подаче применяются только цилиндрические ролики, которые соответствуют положениям Государственного стандарта 9539. Они бывают нормальной и повышенной точности, предназначены для нарезания резьбы сечением от 3 до 68 миллиметров (шаг варьируется от 0,5 до 6 миллиметров). Посадочное отверстие таких цилиндрических приспособлений может иметь следующие размеры – 45, 80, 54 или 63 миллиметра.

Геометрические параметры роликов цилиндрической формы устанавливают посредством проведения специальных расчетов, при которых во внимание принимается уровень точности, шаг, сечение и протяженность резьбы, которую требуется произвести. Очень важным представляется и то, чтобы винтовая линия на резьбе и на роликах характеризовалась идентичными углами подъемов. Именно по этой причине на роликах резьба выполняется многозаходной.

Если на изделие необходимо накатать длинную резьбу, в большинстве случаев применяется схема осевой подачи детали. Она производится на средней скорости порядка 9 тысяч миллиметров в минуту. Данная схема реализуется крайне редко, так как при ней отмечается уменьшение прочности инструмента, вызванное проскальзыванием витков обрабатываемого изделия и роликов, а также наличие погрешности шага (на каждые 10 сантиметров длины около 10 микрометров).

4

Для накатки резьбы используются полуавтоматические станки с двумя либо тремя роликами. Любой резьбонакатной станок состоит из двух основных частей:

• гидравлического привода, который необходим для формирования накатывающего усилия для деформирования изделия и формирования требуемой резьбы;
• устройства для вращения в одном направлении роликов.

Такие агрегаты могут функционировать в следующих рабочих режимах: автоматический и полуавтоматический; наладочный; работа без отвода резьбонарезной головки на упоре.

Некоторые станки, кроме того, оснащаются дополнительными приспособлениями, что значительно расширяет их рабочие возможности и ускоряет процесс накатывания резьбы роликами. Например, механизм поворота шпиндельного узла дает возможность выполнять операцию с осевой подачей, а устройства автозагрузки и автовыгрузки изделий позволяют интегрировать оборудование в линии и мощные комплексы крупносерийного производства.

Небольшой обзор популярных резьбонакатных агрегатов:

• "PEE-WEE": экономичные, высокотехнологичные и надежные установки из Германии с различными показателями давления накатки (5–60 тонн). Все модели снабжаются на заводе механизмом автоматической загрузки деталей, могут оснащаться шпинделями наклонного типа, что обеспечивает возможность работы с профилями большой длины.
• "PROFIROLL": немецкие станки, отличающиеся простой переналадкой, оборудованные качественной и понятной системой управления. Нельзя не отметить их долговечность и простоту обслуживания.
• "В28": недорогое белорусское оборудование для радиальной и осевой обработки с усилием сжатия от 80 (модель "В28-80") до 630 ("В28-630") кН.
• Станки от Азовского комбината кузнечно-прессового оборудования: "A9527", "A9524", "AA9521.02 (03)" и другие.

Общие сведения | | Резьбонакатные ролики

Инструменты для накатывания резьбы

Накатные плашки

При накатывании резьб применяют комплект из двух плашек: подвижной и неподвижной.

Профиль развернутых витков резьбы плашек соответствует профилю резьбы детали. Углы наклона развернутых витков резьбы подвижной и неподвижной плашек выполняются равными углу подъема резьбы детали, но их направление принимается различным. Причем профиль витков подвижной и неподвижной плашек смещены друг относительно друга на 0,5 шага. Это обеспечивает касание поверхности накатанной резьбы детали и развернутых витков плашек.

Чтобы обеспечить постоянное формирование резьбы детали в процессе накатывания, плашки снабжаются заборной частью. Наиболее часто заборная часть создается только на неподвижной плашке, а подвижная плашка выполняется без заборной части. Конструкция заборной части плашки может быть различной. Наиболее просто заборная часть создается шлифованием поверху плашки под углом ФИ, у которой витки по всей длине фрезеруются параллельно основанию (рис. 180, а).

При работе с такой заборной частью неподвижная плашка , имеющая более широкие вершины витков, в меньшей степени вдавливается в заготовку, чем подвижная плашка, имеющая витки полного профиля. Это приводит к неравномерной загрузке подвижной и неподвижной плашек. Кроме того рассматриваемая конструкция заборной части плохо захватывает заготовку в начальный момент накатывания, особенно при ее большой длине. Для устранения этого на заборной части иногда выполняют поперечные канавки с утлом профиля 90°, шагом (0,5 -:- 0,8) d и глубиной 0,5t (рис. 183, б).

Распространенной на практике является заборная часть, у которой витки фрезеруются под углом ФИ и имеют полный профиль на всей длине (рис. 180, б). Такая конструкция обеспечивает надежный захват заготовки в начальный момент накатывания. При накатывании резьб с шагом более 1,25 мм находит применение двойная заборная часть с полным профилем витков, фрезерованных под углом ФИ с подшлифовкой (рис. 180, г). Двойная заборная часть способствует повышению интенсивности процесса выдавливания материала заготовки в начальный момент накатывания. Длина заборной части плашки должна быть достаточной для формирования резьбы на наружной окружности заготовки и равной ПИ*dcp. Увеличение длины заборной части вызывает уменьшение усилий накатывания, что способствует повышению точности обработки. Однако при этом повышается склонность заготовки к проскальзыванию, что усложняет наладку станка и затрудняет захват заготовки плашками в начале накатывания. Рекомендуемая длина заборной части зависит от свойств обрабатываемого материала, требуемой точности и размеров резьбы. Она колеблется в пределах l1 = (1 -:- 2,0) ПИ*dcp.

Для накатывания же резьб повышенной точности с шагом свыше 1 мм, длину заборной части увеличивают до l1 = (3 –:- 4) ПИ*dср. Угол наклона заборной части находится в пределах ФИ = 1 -:- 3°.

Глубина захвата плашки а выбирается таким образом, чтобы расстояние между плашками в начале заборной части было больше на 0,07--0,2 мм диаметра заготовки d3:

Где d3 - диаметр заготовки;

D1 - внутренний диаметр резьбы.

Для окончательного обжатия и калибрования резьбы служит калибрующая часть плашки, имеющая полный профиль витков. Угол профиля витков плашки принимается равным углу профиля детали. Высотные размеры профиля выбираются так, чтобы обеспечить требуемую высоту накатанной резьбы и высокую стойкость инструмента. Чтобы обеспечить полное формирование ножки профиля резьбы, высота головки профиля инструмента выбирается больше высоты ножки резьбы на величину запаса на износ, равную 0,015 шага. Для предотвращения поломок и выкрашиваний острых вершин, а также для увеличения стойкости, максимальный размер высоты головки профиля инструмента выбирается такой, чтобы ширина площадки вершины профиля была не менее 0,05 мм.

Высота ножки профиля инструмента должна быть больше максимальной высоты головки резьбы детали на величину гарантированного зазора, равного 0,025 шага. Заполнение при накатывании всего профиля плашки не допускается, так как это ведет к резкому росту усилий, снижению стойкости плашек и может вызвать разрыв накатываемой детали.