Методы изготовления наружних резьб пластическим деформированием

Методы ротационного холодного объемного деформирования.

В них инструмент перемещается на обрабатываемой поверхности заготовки.При этом на заготовке образуется локальный очаг деформации, охватывающий часть объема заготовки. Формоизменение достигается за счет перемещения локального очага деформации.Локальный характер приложения нагрузки приводит к снижению, по сравнению с обычными способами, как общего усилия деформирования, так и контактных напряжений, действующих на инструмент.Благодаря этому можно осуществлять деформирование на менее энергоемком оборудовании при высокой стойкости инструмента.Методы ротационного объемного деформирования использованы при изготовлении валов переменного сечения по его длине, кольцевых деталей с фланцами, накатке резьб и зубьев.

Методы изготовления наружних резьб пластическим деформированием.

Накатка резьб производится на профиленакатных станках двумя вращающимися роликами 1, которые при сближении выкатывают резьбовую поверхность на заготовке 2. Такая схема позволяет получать резьбу на болтах, шпильках и т.д.

2

Таким образом получают зубчатые колеса и другие профили, шлицы на валах и другие профили.

Накатывание наружных профильных элементов осесимметричных деталей типа тел вращения традиционно выполняется следующими способами:

- продольной или поперечной прокаткой, если профильные элементы расположены параллельно оси детали (шлицы, прямозубые шестерни, зубчатые валы);

- поперечной или поперечно-винтовой прокаткой, если профильные элементы расположены наклонно к оси детали (резьбы, цилиндрические червяки, косозубые шестерни);

- поперечной прокаткой, если профильные элементы расположены перпендикулярно оси детали (кольцевые канавки, кольцевые бурты, кольцевые радиусные выточки).

При накатывании плоскими плашками заготовка, установленная между ними, подвергается воздействию радиальных и тангенциальных сил. Под воздействием радиальных сил заготовке сообщается негативный отпечаток профиля инструмента, а под действием тангенциальных сил - придается вращение и отпечаток профиля инструмента передается на весь периметр заготовки. Накатывание профиля резьбы осуществляется за половину оборота заготовки вокруг своей оси. Точность накатываемой резьбы – не

выше 6-й степени по ГОСТ 16093-81.

Схема накатки плоскими плашками. 1,3 – плашки; 2 – заготовка.

Накатывание плоскими плашками нашло широкое применение на метизных заводах при изготовлении крепежных деталей обычной точности. Этот способ имеет следующие преимущества:

- высокая производительность;

- простота конструкции оборудования;

- высокая надежность его работы;

- простота конструкции и изготовления инструмента.

Недостатки:

- узкий диапазон изготавливаемых типоразмеров резьб: 1,5…33 мм;

- предел шагов 0,35…3 мм;

- ограничение длины резьбы – до 100 мм;

- предел прочности накатываемых заготовок – до 900 МПа.

Накатывание двумя или тремя приводными цилиндрическими роликами нашло применение на машиностроительных заводах при изготовлении резьб и других профилей повышенной точности.

Схема накатки методом радиальной подачи. 1,3- ролики, 2- заготовка.

Преимущества способа:

1. универсальность процесса;
2. широкий диапазон накатываемых резьб (2….200 мм) и шагов (0,35…16 мм);
3. отсутствие ограничения длины накатываемой резьбы (до 2000 мм и более);
4. высокий предел прочности материала обрабатываемых заготовок – до 1400 МПа;
5. высокая точность накатанной резьбы (до 4h и выше);
6. относительная простота конструкции оборудования.

Накатывание резьбы роликами может производиться с:

1. радиальной;
2. осевой;
3. тангенциальной подачей заготовки или инструмента.

Накатывание методом радиальной подачи применяется при изготовлении резьб и других профильных элементов на деталях с длиной резьбы, ограниченной шириной роликов.

Диапазоны накатываемых резьб: диаметр до 200 мм, шаг резьбы – до 16 мм, длина резьбы – до 250 мм.

Накатываемая заготовка устанавливается на опорную линейку или вращающуюся опору с роликом, или на центр специального центрового устройства к резьбонакатному станку. Во время накатывания резьбы заготовка получает небольшое осевое смещение, что приводит к изменению диаметра профиля.

Накатывание методом осевой подачи применяют при обработке длинных резьб., которые нельзя получить методом радиальной подачи. Применяемые при методе осевой подачи ролики имеют по сравнению с роликами радиальной подачи угол подъема винтовой линии, отличающийся от угла подъема винтовой линии накатываемой резьбы.Поэтому заготовка в процессе накатывания получает перемещение вдоль своей оси. Скорость осевого перемещения зависит от разности этих углов.

Диапазон резьб накатываемых этим методом:

- диаметр – до 200 мм;

- шаг резьбы – до 10 мм;

- длина резьбы – до 2000мм.

Область применения: Винты токарных тисков; автомобильные домкраты; ходовые винты токарных станков.

Скорость перемещения заготовки – до 200…300мм/мин..

Накатывание методом тангенциальной подачи применяется в целях достижения более высокой производительности, чем при работе плоскими плашками и роликами по методу радиальной подачи. Повышение производительности достигается за счет устранения потерь времени на холостые ходы (при накатывании плоскими плашками – холостые ходы подвижной плашки, при накатывании роликами – подвод и отвод подвижного ролика) и создание непрерывного процесса формообразования резьбы. При этом расстояние между осями роликов остается постоянным в течении всего процесса, а также отпадает необходимость в опорном устройстве для поддержания заготовки при накатывании. Данная схема осуществляется по следующим схемам:

1. Накатывание инструментом ролик-сегмент.

Это наиболее производительный метод осуществляемый на резьбонакатных станках (до 1500 дет/мин). Заготовка прокатывается между вогнутой частью неподвижного резьбового сегмента и непрерывно вращающимся резьбонакатным роликом.Заготовки подающиеся из бункера, периодически подаются так, что в зане накатывания находится одновременно несколько заготовок, параллельно проходящих все этапы формирования резьбы. Предел прочности обрабатываемых заготовок – до 1400 МПа, точность накатанной резьбы – до 6g. Факторы, ограничивающие применение способа:

- узкий диапазон обрабатываемых деталей (1,6…16 мм);

- длина – до 80 мм;

- шаг резьбы – до 2 мм;

- сложность конструкции и технологии изготовления резьбовых сегментов;

- сложность конструкции оборудования – планетарных автоматов.

2. Накатывание резьбы затылованными роликами осуществляется по двум схемам: один ролик затылованный а другой обычный или оба ролика в комплекте затылованные.

В отличии от обычных цилиндрических роликов, затылованные ралики представляют собой как бы свернутую в дугу плоскую плашку и состоит из следующих частей: загрузочной, заборной,затылованной по наружному диаметру; калибрующей с полным профилем резьбы и сбрасывающей затылованной по среднему диаметру резьбы.

Когда выемки роликов находятся напротив друг друга, из бункера подается заготовка, на которой затем накатывается резьба за один оборот ролика.

Основные преимущества применения затылованных роликов заключаются в более благоприятном формообразовании накатываемой резьбы.. Так предел выносливости такой резьбы повышается на 12…18% по сравнению с накатанной по обычной схеме и на 50…94% по сравнению со шлифованной резьбой.

Накатывание неприводным цилиндрическим инструментом осуществляется с помощью резьбонакатных головок и державок, устанавливаемых на суппортах универсального оборудования: токарных, токарно-револьверных; одно и многошпиндельных автоматах.

Скорость накатки составляет 30…50 м/мин.Машинное время при накатывании головками сокращается в 5…7 раз по сравнению с нарезанием плашками при значительном повышении качества резьбы.

Накатывание резьбы головками может производится тремя способами:

- с продольной подачей тремя роликами с кольцевой нарезкой;

- с тангенциальной подачей двумя роликами с винтовой нарезкой;

-с радиальной подачей двумя или тремя затылованными роликами.

1- головка; 2 – заготовка; 3 –державка; 4 – ось компенсирующего устройства.

Накатываемые материалы. Наиболее пригодными для накатывания являются вязкие углеродистые стали с повышенным содержанием серы.Легированные конструкционные стали с содержанием 1…4% никеля и 0,5…1,75 % хрома накатываются удовлетворительно. Накатывание не может быть применено на хрупких материалах: Чугунах, некоторых видах латуней, закаленных сталях. Накатыванием невозможно получать прямоугольные и ленточные резьбы, а также резьбы с несимметричными профилями.

Концы заготовки должны быть коническими, меньший диаметр конусной поверхности должен быть 0,15…0.30 мм, меньше внутреннего диаметра готовой резьбы. Угол конуса определяется из следующих рекомендаций:

α (град)	Р (мм)
	0,45…1,6
	1,75…2,5
	2,5….6

Рекомендуемое значение радиуса по впадинам профиля:

R = 0,144Р.

Диаметр заготовки определяется как:

D = {tgα/(6Р) [3d₂(d² –d₁²) – 2(d³ –d₁³) ] +0,5 (d² + d₁²)}^0,5 ;

Где d – наружний диаметр резьбы; d₂ – средний диаметр резьбы;

d₁ – внутренний диаметр резьбы.

Предельные отклонения и допуск на диаметр заготовки должны быть выбраны в зависимости от точности накатываемой резьбы (ГОСТ 16093 – 81).

Усилие действующее на ролик находится как:

Ро= роL;

где ро- усилие вдавливания на 1мм длины резьбы; L – длина накатываемой резьбы на заготовке.

ро = 50 nо (Н);

где nо - число оборотов заготовки до образования полного профиля.;

nо = 5Р(Сm)^0,5

Сm = С + zР;

С = НВ/4δ – первоначальный коэффициент материала; z=(0,1…5)– экспериментальный коэффициент упрочнения.

Суммарный крутящий момент Мкр, передаваемый общим двигателем станка через коробку скоростей обоим накатным роликам:

Мкр= РтDр;

Рт = 0,02 Ро - тангенциальная составляющая усилия действующего на ролик; Dр – диаметр роликов.

Для изготовления накатных инструментов применяют следующие материалы:

- Х12М, Х12Ф закаленные на НRС=61…63 в масло с низким отпуском (традиционные схемы);

- 6Х6В3МФС (ЭП569), 6Х4М2ФС (ДИ55), 8Х4В3М3Ф2 (ЭП570), 8Х4В2С2МФ (ЭП761) закаленные на НRС=59…61 в масло с высоким отпуском (для обработки твердых материалов);

- 7ХГ2ВМ, 7ХГНМ – закаленные на НRС=60…61 на воздухе с низким отпуском (для роликов большого диаметра и нешлифованных роликов).