Накатывание является одним из самых прогрессивных методов образования резьбы на различных деталях и в первую очередь на винтах, шпильках и метчиках. В настоящее время процесс накатывания резьбы получил особенно широкое применение при массовом и крупносерийном производствах. Например, в производстве метчиков он почти вытеснил все другие методы получения резьбы.
Процесс накатывания
При накатывании в результате воздействия больших радиальных сил витки резьбы инструмента деформируют металл заготовки и образуют на ней резьбу. Обработанный поверхностный слой металла получает более высокие механические свойства (повышение твердости и прочности). Это обусловлено тем, что при накатывании волокна не перерезаются, как это имеет место при нарезании резьбы любым режущим инструментом, а деформируются согласно конфигурации резьбы. Метчики с накатанной резьбой могут обладать повышенной стойкостью благодаря уплотнению поверхностного слоя. Однако при неправильно выбранном материале или технологическом процессе может иметь место образование поверхностной чешуйчатости и отслаивание материала по резьбе.
В практике получили распространение два типа накатных инструментов: плашки (рис. 366, а) и ролики (рис. 366, б). Оба инструмента работают комплектом, состоящим из двух штук.
Накатывание роликами
Накатывание роликами является более совершенным процессом по сравнению с накатыванием плашками . Ролики по сравнению с плашками работают с малыми давлениями, возникающими в процессе накатывания. Это позволяет получать резьбу на полых или тонкостенных деталях, а также на деталях с повышенной твердостью (до HRC 35-40).
Резьба на ролике может быть получена путем шлифования по профилю, что обеспечивает более высокую точность накатанной резьбы (2-го и 1-го классов) и высокую чистоту обрабатываемой поверхности (7-9-го классов). Ролики обеспечивают простоту установки и регулирования на размер накатываемой резьбы. Плашки не могут дать такой точности из-за недостатков конструкции и сложности обслуживания станка.
При накатывании роликами формирование резьбы зависит от радиальной подачи и окружной скорости их вращения, которыми можно варьировать в определенных пределах. Путем соответствующего выбора режима можно получать резьбу даже на деталях, сделанных из малопластичных материалов, например из быстрорежущей стали. Для плашек это или невозможно, или сопряжено с низкой стойкостью, так как у них формирование резьбы заканчивается на заборной части, длина которой сравнительно невелика. Существенными преимуществами первого метода являются также малые габариты станков, простота их наладки и обслуживания.
Ролики на обычных станках допускают обработку резьбы на деталях от 2 до 60 мм, тогда как плашки от 3 до 24 мм.
Недостатки накатывания
Недостатком накатывания при помощи роликов является пониженная его производительность (60-80 шт. в минуту) по сравнению с накатыванием плашками (100-120 шт. в минуту).
Накатывание роликами используется при изготовлении деталей с точной резьбой (например, метчиков), тогда как накатывание плашками для винтов, шпилек и других подобных деталей с резьбой пониженной точности.
Общие сведения | | Резьбонакатные роликиИнструменты 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.
Накатывание резьбы – наиболее производительный способ образования резьбы на деталях без снятия стружки, методом пластического деформирования.
Преимущества накатывания:
1) Улучшение физико-механических свойств поверхностного слоя металла, т.к. в результате наклепа прочность резьбы повышается на 20 – 40%.
2) Экономия металла на 10 – 30%, т.к. диаметр заготовки под резьбу меньше диаметра получаемой резьбы и процесс идет без снятия стружки.
3) Точность и шероховатость поверхности резьбы соответствуют шлифованию.
4) Производительность в десятки раз выше.
Существуют следующие типы инструментов и способы накатывания резьбы:
1) Резьбонакатные ролики – для накатывания резьб по способу радиального движения подачи роликов, касательного движения подачи заготовок и с осевой подачей.
2) Резьбонакатные головки, оснащенные комплектом роликов: аксиального типа с осевой подачей, головки тангенциального типа и головки радиального типа с радиальной подачей роликов.
3) Резьбонакатные плашки плоского или сегментного типа, или выдавливающие сборные плашки.
Выбор типа инструмента и способа накатывания резьбы зависит от:
Типа резьбы;
Ее размеров, точности и длины;
Материала заготовки;
Накатывание резьбы роликами производится по следующим схемам:
1) С радиальной подачей роликов (наиболее распространен);
2) С касательной подачей заготовок;
3) С осевой подачей заготовок;
С радиальной подачей ролики вращаются синхронно. Заготовки устанавливают на опорную линейку ниже центра ролика на 0,2...0,3 мм для предотвращения ее выталкивания при накатывании.
Расстояние между роликами:
В начале накатывания
В конце накатывания
D 1 , D 2 – диаметры роликов;
d – наружный диаметр резьбы;
d 1 – внутренний диаметр резьбы;
Направление резьбы на ролике противоположно направлению резьбы на детали. Основным условием является равенство углов подъема резьбы роликов и заготовки.
Накатывание с касательной подачей заготовок производится, когда ролики имеют постоянное межосевое расстояние. Заготовка из бункера подается в сепаратор, который переносит ее в зону накатывания и удаляет после накатки. Накатывание с касательной подачей возможно двумя роликами с разными окружными скоростями или числами оборотов, или за счет диаметра роликов.
Накатывание с осевым движением подачи заготовок производится на деталях большой длины. Осевая подача осуществляется за счет составляющей силы накатывания двумя или тремя роликами. Резьбонакатные головки аксиального типа имеют конструкцию, когда на корпусе установлены ролики под углом, равным углу подъема резьбы. Они имеют заборную часть и по шагу 1/n смещены друг относительно друга (n – количество роликов). Наиболее распространены самораскрывающиеся головки.
При накатывании тангенциальными головками их применяют на станках токарной группы. Вращение роликов осуществляется под действием вращающейся заготовки. Окончание накатывания производится в одной плоскости.
Плоские резьбонакатные плашки применяют для изготовления крепежных резьб. По конструкции бывают: простые и универсальные. При накатке одна плашка неподвижна, а вторая совершает возвратно-поступательное движение. Плашки устанавливают строго параллельно, а витки резьбы смещены на 0,5 шага. Длина подвижной плашки:
l 1 - длина заборной части;
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.
Накатывание резьбы представляет собой процесс холодного пластического деформирования поверхностных слоев заготовки. При этом деформируемый при большом давлении металл заполняет впадины между витками резьбы инструмента и таким образом на заготовке создается резьба без снятия стружки. Этот метод нашел широкое применение, особенно в массовом и крупносерийном производствах.
К числу его достоинств относятся:
К числу недостатков относятся:
Резьбонакатные плоские плашки применяются для накатки наружных резьб различного профиля: метрических, упорных, трапецеидальных и др., а также различных видов шурупных резьб, червяков, рифлений, кольцевых и винтовых канавок на заготовках из пластичных материалов.
Плоские плашки (рис. 19, а) применяются в виде комплекта из двух плашек. Одна плашка крепится неподвижно на столе станка, а вторая связана с ползуном станка и в процессе работы совершает возвратно-поступательное движение. При ходе влево подвижная плашка захватывает заготовку, подаваемую специальным механизмом станка, и прокатывает ее по неподвижной плашке.
На поверхностях плашек, обращенных друг к другу, нанесены (фрезерованием и шлифованием) развернутые витки резьбы с углом наклона к направлению движения, равным углу подъема накатываемой резьбы τ. При настройке операции витки подвижной и неподвижной плашек смещают вдоль оси заготовки относительно друг друга на половину шага резьбы (0,5Р) так, чтобы выступы витков подвижной плашки точно попадали во впадины витков неподвижной плашки.
Рис. 19. Накатывание резьбы плоскими плашками:
а - схема накатывания; б - элементы резьбы на неподвижной плашке
Резьбонакатные ролики (рис. 20) используют для накатывания наружных резьб. Этот процесс является более совершенным по сравнению с накатываниями плоскими плашками, хотя и значительно уступает ему по производительности (60... 80 шт./мин).
Ролики обеспечивают более точную резьбу, так как работают с малыми давлениями и, кроме того, резьба на роликах вышлифовывается с высокой точностью и малой шероховатостью поверхности. Установка и регулирование роликов на размер проще и точнее, чем плашек. Благодаря постепенной радиальной подаче роликов нагрузка на витки распределяется более равномерно, поэтому можно производить накатку резьбы даже на полых заготовках, а также на заготовках из малопластичных материалов. Ролики позволяют производить накатку резьб на заготовках диаметром от 2 до 60 мм, что значительно выше, чем плашками.
Рис. 20. Накатывание резьбы круглыми плашками с радиальной подачей:
а - схема накатывания; б - развертка витка резьбы ролика
Как видно из схемы накатывания резьбы роликами (рис. 20, а), заготовка помещается между двумя роликами 1 и 2, которые в процессе накатки вращаются в одном направлении, а заготовка - в противоположном. Один из роликов (ведущий) получает вращение от привода станка и радиальную подачу по направлению к заготовке и другому ролику. В результате этого каждый ролик участвует витками своей резьбы в формировании резьбы заготовки.
Заготовка 3 устанавливается на опорную линейку 4 с напаянной твердосплавной пластиной, обеспечивающей линейке высокую износостойкость. Для того чтобы заготовку не выталкивало из контакта с роликами, ее ось располагают ниже линии центров роликов на величину 0,1...0,6 мм.
По окончании формирования резьбы подача прекращается, и при дальнейшем вращении роликов происходит калибрование резьбы.
Направление резьбы на роликах обратное накатываемой. По оси ролики смещены на полшага относительно друг друга так, что выступы витков одного ролика входят во впадины витков другого ролика. При вращении роликов осевое перемещение заготовки отсутствует. Поэтому можно накатывать резьбу на заготовках с буртиками и на конических поверхностях. Наличие осевого перемещения свидетельствует о погрешностях шага резьбы роликов, а попытки установить для заготовки упоры приводят к порче резьбы.
Накатники (раскатники) применяются для получения внутренних резьб (рис. 21). Они представляют собой стержни с нарезанной резьбой, соответствующей профилю накатываемой резьбы, с заборной и калибрующей частями и хвостовиком. Внешне они подобны метчикам, но, в отличие от них, не имеют стружечных канавок и, соответственно, режущих зубьев.
Рис. 21. Накатник для внутренней резьбы:
а - конструкция; б, в - профили продольного сечения накатника;
г - профили поперечного сечения накатника
Формирование резьбы осуществляется также методом холодного пластического деформирования, но, в отличие от роликов и плашек, при этом имеет место не трение качения, а трение скольжения, вызывающее повышенный износ инструмента. По сравнению с метчиками накатники обладают большей прочностью, обеспечивают получение точных резьб с низкой шероховатостью поверхности, повышение прочности резьбы (до 20 %). Наибольшее применение они нашли в приборостроении при накатке резьбы в пластичных материалах, в листовых заготовках из цветных металлов с длиной резьбы меньше диаметра, а также при накатке резьбы в глухих отверстиях в вязких и мягких сталях .
Резьбонакатные головки используют для накатки наружных резьб на специальном или универсальном оборудовании и даже вручную. Они представляют собой сборный инструмент, использующий в качестве рабочих элементов ролики небольших диаметров, подобно резьбонарезным головкам. Имеется большое число вариантов конструктивного исполнения резьбонакатных головок. На рис. 22 приведены два варианта таких головок: с аксиальной (осевой) подачей заготовок и тангенциальной подачей головки.
Рис. 22. Резьбонакатные головки:
а - аксиальная; б - тангенциальная
При накатке резьбы на длине (2...3)Р в начале захода используют принудительную подачу, равную шагу резьбы. Затем подачу отключают, и процесс идет с самоподачей. Принудительная подача обычно приводит к снижению стойкости роликов.
Резьбонакатные головки используют для накатки метрических, трубных и трапециевидных резьб диаметром d = 12...90 мм с шагом до Р = 10 мм. Число роликов у крупных головок может доходить до 10.
На рис. 22, б показана схема накатки резьбы с тангенциальной подачей головки, закрепленной на суппорте станка. Наибольшее применение нашли головки с двумя роликами. Они бывают как с синхронным (через зубчатую передачу), так и с несинхронным вращением роликов. Витки роликов винтовые, с направлением резьбы, обратным направлению резьбы заготовки, и с числом заходов, обеспечивающим равенство углов подъема резьбы на роликах и заготовке. Число заходов зависит от шага резьбы и находится в пределах i = 2...6. Оси роликов параллельны оси заготовки. Ширина роликов больше длины накатываемой резьбы на величину не менее одного шага. Профиль витков одного ролика смещен на Р/2 относительно профиля другого ролика.
В начальный момент ролики касаются наружной поверхности заготовки. Затем головке задается тангенциальная подача. Конец процесса накатывания резьбы наступает тогда, когда оси роликов окажутся в одной вертикальной плоскости с осью заготовки.
Резьбонакатные головки используются для накатки резьб диаметром d = 3…52 мм.
