Методы образования внутренних резьб пластическим деформированием

Преимущества:

1. волокна не перерезаются;
2. металл получает поверхностный наклеп;
3. повышается прочность резьбового соединения;
4. волокна металла располагаются по профилю резьбы.
5. размеры выдавленной резьбы по сравнению с нарезанной более стабильны и укладываются в поле допуска степени точности 4Н5Н и 5Н6Н;
6. боковые стороны резьбового профиля имеют меньший параметр, чем нарезанного профиля;
7. стойкость выдавливающего инструмента в два – десять раз выше чем при нарезании;
8. производительность увеличивается до 300% за счет исключения операции удаления стружки и увеличения окружной скорости инструмента до 30 м/мин (вместо 8…20 м/мин при нарезании);
9. возможность получения резьб в глухих отверстиях (ввиду отсутствия стружки);
10. статическая и усталостная прочность резьбы повышается;
11. экономия металла при получении внутренних резьб в деталях из алюминиевых сплавов, с предварительно отлитыми под резьбу отверстиями.

Недостатки особые требования:

1 к инструменту для деформирующему инструменту;

2. к диаметрам отверстий под резьбу;

3. к режимам деформации и смазки.

Основные способы получения внутренних резьб пластическим деформированием:

- применение самонарезающих винтов и шпилек;

- раскатывание роликовыми головками;

- применение бесстружечных метчиков.

Самонарезающиеся винты и шпильки имеют форму многогранника для легкого ввертывания в отверстие.Этот способ рекомендуется для ки изготавливаются из закаленной стали и имеют в поперечном сечении форму округленного ввинчивания стальных шпилек в корпусные детали из цветных сплавов.

Недостатки:

- высокая стойкость винтов и шпилек;

- большое потребное усилие ввинчивания;

- необходимость точного центрирования шпилек во избежание перекоса при сборке.

Роликовые головки нашли применение при получении резьб диаметром от 30 мм и выше.

Для образования более распространенных в промышленности внутренних резьб диаметром до 20 мм и шагом до 2 мм, длиной до 2 d нашли применение методы выдавливания с помощью бесстружечных метчиков.

В подготовленное отверстие ввинчивается бесстружечный метчик с профилем резьбы, соответствующей заданному профилю.

Под действием крутящего момента вершины витков конической заборной части метчика внедряются в поверхность отверстия заготовки, образуя на ней впадины резьбы, а вытесняемый металл, перемещаемый в радиальном направлении (в зону между витками инструмента), постепенно увеличивает высоту резьбового профиля гайки.Т.к. в поперечном сечении метчик имеет затылованную форму, в каждый момент времени резьбовой виток на заготовке выдавливается не по всей окружности. а лишь на определенной ее части.В отличие от режущих метчиков бесстружечные не имеют на рабочей части продольных канавок, образующих режущие кромки.Угол заборной части φ рекомендуется 2…4 град – для сквозных отверстий и 7…10 град – для глухих.

Исполнительные размеры инструмента определяются по следующим формулам:

1. наружний диаметр бесстружечного метчика:

dо = (D + 0,102Р + Δо)_{- Δо},

где Δо – допуск на изготовление диаметра Δо.

1. средний диаметр резьбы бесстружечного метчика:

dсрмах= (D2 +0,65b + Δ2)_{- Δ2};

dсрмин = D2 +0,65b,

где b – допуск на D2 соответствующей степени точности, Δ2 – допцуск на изготовление диаметра dср.

1. длина заборного конуса метчика:

Ll = 0,5(d вн – dт) tgφ;

где dт- диаметр переднего торца метчика.

1. степень точности метчика:

Степень точности метчика	Н1	Н2	Н3	Н4	1G	2G
Степень точности обрабатываемой резьбы	4H	5H	6H	7H	6G	7G

Для предварительного определения диаметра отверстия под резьбовыдавливание рассчитывают:

dотв = (D – 0,6 Р) ^+0,1Р,

где D – наружный диаметр выдавливаемой резьбы.

Допуски на изготовление dотв соответствуют 3…4 классу точности на изготовление резьб.Конусность и овальность dотв должна выдерживаться в пределах допуска на их изготовление, а параметр шероховатости – не ниже Rz = 40 мкм. Приемлимым процессом получения отверстий под выдавливание является сверление с направлением в кондукторной втулке. Номинальный размер спирального сверла принимают равным номинальному размеру отверстия.

Для изготовления бесстружечных метчиков применяют стали Р18, Р9К5, Р9Ф5, Х12М, Х12Ф1 с твердость после термической обработки 63…66 НRС. Хвостовики изготавливают из сталей 40Х и 45Х с твердостью 37…51 НRС.

Скорость выдавливания выбирают как:

	Dн, мм	V, м/мин
Для машинных метчиков (Р=2мм)	До 16	14…22
Для машинных метчиков (Р=2мм)	Более18…27	20…30
Для гаечных (Р менее 1мм)	Менее 10	12…15
Для машинных метчиков (Р менее 1 мм)	Более 10	10…16

В качестве смазки лучше всего подходит эмульсия:

Кашалотовый жир, олеиновая кислота и 40% хлорированный парафин.

Операции накатывания зубчатых профилей позволяют:

1. максимально приблизить заготовку по форме и размерам к готовому изделию (при горячем накатывании крупномодульных зубчатых колес);
2. образовывать готовый профиль зуба на детали (холодное накатывание зубьев и шлицев);
3. выполнить операции окончательной обработки после механической обработки или предварительного накатывания вместо шевингования.

Усилие накатывания можно определить как:

Рr = рср Fк;

рср = 2,97βσί; β = 2(ε1-ε2)/3εί;

Fк = [3+3,6Δh/m0,01(z1+z2-50)]mb,

Где Δh/m- величина относительного обжатия, z1,z2 – число зубьев накатного ролика и накатываемой детали.

Диаметр исходной заготовки при накатывании прямобочных шлицев:

dзаг=2(Sзаг/π)^½ ;

где Sзаг – площадь поперечного сечения заготовки.

Для определения исходного диаметра заготовки при накатывании мелкомодульных зубчатых колес с эвольвентным профилем:

dзаг = m_n(z_κ-0,14)+(K_н±ξm_n),

где m_n – нормальный модуль; z_κ- число зубьев накатываемого колеса; K_н- размер припуска по высоте зуба; ξ – коэффициент высотной коррекции.

Обкатка роликом листовых заготовок на оправке.

Возможности метода ограничиваются толщиной стенки в 25 мм. Диаметры получаемых тел вращения могут достигать от 10 мм до нескольких метров.Достигаемое утонение стенок – до 50% и точность – до 0,05 мм.

Достоинства метода:

- из за локального приложения нагрузки имеет место значительное снижение мощности применяемого оборудования по сравнению,например, с операциями вытяжки;

- быстрота настройки на очередной типоразмер изделия;

- высокая чистота наружной поверхности и точность диаметральных размеров.

Заготовками для обкатки могут быть:

- заготовки вырубаемые из листа;

- вытянутые заготовки;

- поковки горячей объемной штамповки;

- отливки;

- сварные заготовки.

Основные схемы обкатки:

Экономическая целесообразность применения обкатки роликом:

0 1 2 3 4

1 – обкатка роликом; 2- вытяжка в штампе.

Основные конфигурации изделий получаемых обкаткой роликом:

Процессы штамповки обкатыванием позволяют деформировать наружные, внутренние и торцевые поверхности полых и сплошных металлических заготовок. При их реализации можно осуществлять формоизменяющие операции высадки, обратного и прямого выдавливания.
Эти процессы могут осуществляться на установках торцевой раскатки или на сферодвижных прессователях.

На торец вращающейся заготовки 1 усилием Р воздействует цилиндрический свободно вращающийся валок 2. В результате за каждый оборот заготовки происходит осадка выставленной из матрицы части заготовки на некоторую величину единичного обжатия (0,2…1,0 мм). Окончательное оформление детали происходит за 10…30 оборотов. Ограничение радиального течения материала в сторону центра или перефирии с помощью оправки 4 или матрицы 3 обеспечивает получение деталей только с наружными или внутренними буртами.

Большие технологические возможности штамповки обкатыванием обеспечивает деформирующий инструмент выполненный в виде конического валка, расположенного под углом к оси вращения заготовки.Этот валок позволяет производить не только операции высадки но и обратного выдавливания, а также прямого выдавливания и раздачи. в установках для торцевой раскатки угол наклона оси вращения валка к оси вращения заготовки ψ составляет 5….15 град.

2 γo 2

4 1

1 3

1- заготовка; 2- раскатной валок (ролик); 3- матрица; 4 – оправка.

При дефомировании заготовок на сферодвижном прессователе заготовка устанавливается в неподвижной матрице, а деформирующий валок обкатывает заготовку. Угол наклона оси пуансона к оси заготовки составляет до 3 град. Процессы штамповки обкатыванием по сравнению с традиционными процессами штамповки позволяют в 10..15 раз снизить усилие деформирования. Особенно это эффективно при изготовлении низких заготовок (диаметр/высоту = 10 и более) или для заготовок с тонкостенными элементами. В этом случае значительно снижается напряжение на контакте инструмента и заготовки.

Обычно рср = (2,5….4,0)σs; а площадь контакта с кольцевой заготовкой:

Fк= 0,5αк (Rн²-Rвн²);

где αк= {2Δhitg (π/2-γo)/[Rн(1+δ/Rн)]}½+ рср/ tg (π/2-γo)/χ;

δ- смещение центра валка относительно оси заготовки;

γo – начальный угол наклона оси валка к оси заготовки;

χ = πЕ/[16(1 +ν²)];

Е – модуль упругости;

ν- коэффициент Пуассона.

Низкая стоимость оснастки, незначительное время подготовки производства, использование оборудования небольшой мощности для изготовления крупногабаритных деталей дают возможность применять эти процессы и в мелкосерийном производстве.

Технологические переходы внедренного процесса получения полой детали с дном и фланцем имеют следующий вид:

По старой технологии деталь выполнялась точением из медного прутка диаметром 75 мм на универсальном металлорежущем оборудовании. По новой технологии исходным материалом служит труба из меди марки МОб диаметром 65 мм с толщиной стенки 7,5 мм. На мерные заготовки трубы разрезают на пилах либо на токарных автоматах резцом или роликом. Затем заготовки отжигают, промывают, смазывают и направляют на операцию холодного выдавливания. Формообразование дна и фланца детали производится после холодного выдавливания без промежуточного отжига методом сферодвижной штамповки

По следующему режиму: усилие штамповки – 90 КН,;

число колебаний пуансона – 16.

При данном процессе можно достигнуть полного закрытия в дне стакана увеличив количество колебаний до 20.

Приданной технологии экономится до 1 кг меди на одно изделие, а трудоемкость токарных работ – на 46%.

Основными деформирующими элементами штампа являются: пуансон 12, прикрепленный тремя болтами 13 к торцу водила сферодвижного механизма, бандажированная матрица 11, нижний пуансон 10 и упор выталкиватель 9. Детали 2,5, 6,7 и 8 служат для крепления и центровки деформирующих элементов и размещения выталкивающего устройства, состоящего из трех стержней 4 и, трехгранной звездочки 3 и толкателя 1, которые приводятся в действие выталкивателем пресса.

Гидравлическая штамповка трубчатых заготовок.

Это процесс пластического формоизменения форы трубчатой заготовки, при корой часть силовой схемы создается высоким гидростатическим давлением, воздействующим на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки.В этих процессах жидкость играет роль универсального формообразующего инструмента. Это дает возможность получать высококачественные цельноштампованные детали, в том числе и весьма сложной δ/Rпространственной формы (типа крестовин, тройников, гофр, корпусов задних мостов автомобилей), которые ранее изготавливались сваркой из нескольких элементов литьем ли вообще не могли быть изготовлены в их современном виде (полые коленвалы).

2 1 Fc

Fa Fa

3

4

Fs

В данной схеме заготовка подвергается одновременному нагружению внутренним давлением жидкости и деформированию жесткими пуансонами в осевом направлении. Заготовку 1 помещают в полость жесткой разъемной матрицы 2. Форма и размеры этой полости соответствуют таковым у штампуемой детали. Матрицы смыкают и сжимают некоторым усилием Fc, предотвращающим ее раскрытие при штамповке. Полость заготовки заполняют рабочей жидкостью. К торцам заготовки подводят осевые пуансоны 3, которые вдавливают в торцы заготовки и уплотняют ее полость. Затем осуществляют осевое сжатие заготовки пуансонами, подавая одновременно в полость заготовки жидкость высокого давления р.

Под действием внутреннего давления р и усилия осевого сжатия Fa материал заготовки переходит в пластическое состояние. Стенка трубы прогибается и заполняет полость матрицы формируя деталь. В отдельных случаях растягивающие напряжения могут превзойди допустимые и разрушить стенку в зоне формообразования. В таких случаях вводят подпор стенки в зоне возможного разрушения. Подпор производят с помощью жесткого инструмента 4, воздействующего на стенку усилием Fs. Возможен также подпор жидкой и эластичными средами или пластичным металлом.

Давление жидкости в полости заготовки является наиболее важным технологическим параметром, определяющим ход и результат деформирования. Для расчета рабочего давления жидкости при гидравлической штамповке тройников с относительной толщиной стенок 0.05…0,17 можно использовать зависимость:

р >0,13σs+0,15σst/d',

где t – толщина стенки заготовки у вершины отвода; d' = d – t - средний диаметр отвода.

Усилие подпора определяется как:

Fs= р π (d'- s)²/4 – (0,6….0,7) σв π(d'- s) s.

Усилие смыкания:

Fс = (р + β σs s / (d - 2 s)) d(Нί) + р d' (d+ nb),

где Нί – текущая высота штампуемой детали; b – высота отвода; n – количество отводов.

Усилие штамповки:

Fа = π {qd²/4+ βσs[0,75(d-sі)sі + d²/8 Ln(d/(d-2sі))]+0,5μd(H1- d')(p+βσs s /(d-2sі))};

где β = 1,15; Н1 – длина детали; μ – коэффициент трения.

Точность и шероховатость поверхности изделия, получаемого гидроштамповкой завися от соответствующих параметров штамповой оснастки, материала заготовки, условий штамповки (со смазкой или без ее) и находятся в пределах 8…11 квалитета и шероховатость 2,5…10 мкм.

После гидравлической штамповке деталь подвергается механической обработке (подрезка торцев, отрезка дна отвода, нарезание резьбы).

Используемый для гидроштамповки инструмент несложен в изготовлении. материалом для него служат стали широко применяемые в штампах холодной листовой штамповки:

- пуансоны – из сталей типа Х12М;

- матрицы – из сталей У10…У12.

Шероховатость рабочих поверхностей матриц и пуансонов Rа= 1,25 мкм, а их твердость 52…56 НRС.

Стойкость инструмента при этом равна или больше стойкости инструмента для холодной листовой штамповки.

В качестве установок для гидроштамповки фитингов применяют специализированные гидравлические пресса типа ПГШФ-40.

Технические характеристики пресса ПГШФ-40:

Для изготовления гидравлической штамповкой полых деталей без отводов применяют следующие схемы:

Гидравлическая штамповка с осевой осадкой заготовки.

Трубную заготовку 1 устанавливают в полости разъемной матрицы 2. После этого матрицу смыкают и удерживают в сомкнутом состоянии с помощью ползунов пресса. Затем производят герметизацию полости заготовки пуансонами 3 и 4, которые специальными выступами вдавливаются в ее торцы. Деформирование производится осевой осадкой пуансонами с одновременной подачей жидкости высокого давления в ее полость. Достигаемый коэффициент раздачи составляет 1,2…1,6.

Для получения больших коэффициентов раздачи применяют гидравлическую

штамповку с осевой осадкой заготовки и продольным обжимом раздаваемой заготовки.

Сущность этого метода заключается в следующем. Трубную заготовку 1 устанавливают в полость разъемной матрицы 2, которая состоит из четырех передвигающихся в продольном направлении вкладышей 3,4,5, и 6.Герметизируя полость заготовки осевыми пуансонами 7 и 8, производят ее предварительную раздачу. После этого буртами пуансонов приводят в движение вкладыши 3,4,5 и 6, которые перемещают металл в зону раздачи. Осадка заготовки пуансонами, продольный обжим подвижными вкладышами и раздача жидкостью высокого давления происходят одновременно. При этом раздача средней части заготовки осуществляется без утонения стенки, что достигается в результате перемещения металла от торцов заготовки подвижными вкладышами.

Преимуществами этого способа являются возможность достижения высоких значений коэффициента раздачи путем создания благоприятной схемы течения металла при минимальном утонении стенки. а также возможность изготовления деталей типа сильфонов с регулярно повторяющимися поперечными гофрами.

В случае необходимости получения изделия с эксцентриситетом применяют следующую схему гидростатической штамповки с осевой осадкой и поперечным деформированием заготовки.

В процессе штамповки форма оси заготовки изменяется и из прямолинейной становится ступенчатой. Такое изменение происходит под воздействием осевой осадки заготовки 1 пуансонами 4 и усилия со стороны вкладышей 3 разъемной матрицы 2, прикладываемого в поперечном относительно оси заготовки направлении. Жидкость поступающая под давлением в полость заготовки, препятствует появлению складок, а также способствует сохранению формы ее поперечного сечения. Перемещение осевых пуансонов 4 и поперечных вкладышей 3 должны осуществляться в определенной последовательности и согласовано.

Вместо жесткого подпора раздаваемой части, который трудно обеспечивать, может быть использован подпор подпор жидкой или эластичной средой.

Первую подают в полость матрицы таким образом, чтобы она воздействовала на наружную поверхность заготовки. Это позволяет достигать значительных величин коэффициента раздачи (Кр = 2), без утонения стенок заготовки.Использование жидкостного подпора существенно расширяет технологические возможности этого метода, так как позволяет снизить растягивающие напряжения на стенках раздаваемой части заготовки.