ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНОГО НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ РЕЗЬБЫ

Полезная модель относится к области металлообработки давлением, а именно к инструменту для накатывания внутренней резьбы.
Из уровня техники известно устройство, конструкция которого состоит из деформирующих дисков, соединенных торцевыми пазами между собой и скрепленных с хвостовиком винтом через отверстие (Патент DE 102005042410 A1 B23C 7/00 2006.03.30).
Недостатком является ограниченность технологических возможностей из-за низкой стойкости инструмента при работе на больших скоростях, которые являются основным преимуществом данного способа формообразования внутренней резьбы.
Также из уровня техники известно устройство для накатывания внутренней резьбы с повышенной нагрузкой, содержащее корпус с профилированной накатной частью (RU 96809 U2 B23G 7/02 20.08.2010).
Недостатком данного технического решения является низкая производительность и стойкость инструмента, что приводит к ограничению технологических возможностей или поломке инструмента.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату - прототипом - является инструмент для планетарного накатывания внутренней резьбы, содержащий корпус с хвостовиком и профилированной накатной частью в виде кулачка в поперечном сечении, накатная часть которого выполнена составной из сопряженных между собой и зафиксированных относительно друг друга и корпуса дискообразных элементов, при этом каждый из дискообразных элементов в зоне вершины кулачка оснащен вставками из сверхтвердого материала (Патент RU 133449 U1 B23G 7/02 17.04.2013)
Недостатком прототипа является то, что данная сборная конструкция, состоящая из набора сменных элементов, в которой основную радиальную нагрузку несет цилиндрическая поверхность корпуса инструмента. Из условий обеспечения прочности не позволяет обрабатывать отверстия малых диаметров, также сборная конструкция склонна к повышенной вибрации, оказывающей отрицательное влияние на стойкость накатной части инструмента и не позволяющей эффективно и качественно обрабатывать отверстия, преимущественно малых диаметров, что существенно ограничивает технологические возможности инструмента.
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей инструмента.
Достигаемый при этом технический результат - обеспечение возможности планетарной обработки пластическим деформированием внутренней резьбы малых диаметров.
Заявленный технический результат достигается тем, что в инструменте для планетарного накатывания внутренней резьбы, включающем профилированный корпус с накатной частью, выполненной из сверхтвердого инструментального материала с числом полного профиля резьбы не менее двух, и хвостовиком, предназначенным для крепления инструмента в станке, накатная часть выполнена в виде стержня, зафиксированного в корпусе протяженным фиксирующим элементом, длина которого определена соотношением n×t ≥ L ≥ n×t - t , где t - шаг профиля резьбы; n - число элементов полного профиля резьбы; L - длина стержня, протяженный фиксирующий элемент выполнен в виде цилиндрической шпонки, кроме того стержень выполнен из соединенных между собой n накатных элементов длиной t, при этом накатные элементы соединены между собой диффузионной сваркой.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где:
- на Фиг. 1 изображен общий вид инструмента для накатывания внутренней резьбы;
- на Фиг. 2 - вид А на Фиг. 1;
- на Фиг. 3 - сечение Б-Б на Фиг. 1.
Инструмент для планетарного накатывания внутренней резьбы (Фиг. 1) содержит профилированный корпус 1 с накатной частью, выполненной в виде стержня 2, зафиксированного в корпусе прижимом 3 посредством винта 4 и цилиндрической шпонкой 5, и хвостовиком 6, предназначенным для крепления инструмента в станке.
Конструкция стержня 2 представляет собой цилиндр, выполненный из сверхтвердого инструментального материала, например из кубического нитрида бора, с рабочим профилем резьбы с одной стороны, и пазом под шпонку 5 - с диаметрально противоположной. Цилиндрическая шпонка 5 обеспечивает устойчивость стержня 2 от возникающего крутящего момента при формообразовании внутренней резьбы. Длина стержня 2 соответствует длине рабочего профиля резьбы и определяется уравнением L=n×t, где t - шаг профиля резьбы; n - число элементов полного профиля резьбы.
Следует отметить, что процесс планетарного накатывания резьбы характеризуется значительными колебаниями нагрузок, испытываемых инструментом. Этим во многом объясняются и недостатки прототипа: вибрации, вызываемые колебанием нагрузок, усиливаются наборной конструкцией накатной, причем их относительное усиление максимально при обработке внутренних резьб малых диаметров. В свою очередь вибрации ведут к разрушению (преимущественно, выкрашиванию) сверхтвердого инструментального материала, обладающего весьма высокой хрупкостью. Выполнение в предлагаемом техническом решении как корпуса 1, так и накатной части - стержня 2 - монолитными, позволяет существенно снизить вибрации.
Выполнение протяженного фиксирующего элемента - в частном случае цилиндрической шпонки - длиной n×t ≥ L ≥ n×t - t обеспечивает гарантированную посадку шпонки по месту при обеспечении наилучшей опорной составляющей (отсутствие консолей, содержащих впадины профиля накатной части), минимизирующей нагрузки во впадинах профиля накатной части - наиболее слабом сечении стержня 2. Помимо цилиндрической шпонки, протяженный фиксирующий элемент может быть выполнен в виде шлица, лыски и прочих элементов с длиной, удовлетворяющей заявленному диапазону.
Поскольку технологически сформировать стержень 2 сложного профиля высокой точности из сверхпрочного инструментального материала, например из кубического нитрида бора, весьма сложно, его конструкция предусматривает возможность использования n накатных элементов длиной t, соединенных между собой диффузионной сваркой, являющейся оптимальной технологией прочного соединения деталей из означенного материала. С целью многократного использования накатного инструмента, стержни могут быть сменными. Для этого предварительный профиль \ накатных элементов может быть сформирован при их изготовлении, а окончательная обработка профиля накатной части стержня 2 может быть осуществлена после установки и закрепления стержня 2 в корпусе 1, например, на 5-ти координатном шлифовально-заточном центре алмазными кругами на металлической связке типа АС2.
Инструмент работает следующим образом. Корпус 1 инструмента устанавливается на станке посредством хвостовика, относительно предварительно обработанного отверстия под накатывание резьбы так, чтобы при вращении вокруг своей оси профилированная накатная часть стержня 2 внедрялась в деталь на глубину Н, где Н - высота профиля накатываемой резьбы за вычетом припуска под накатывание. Два полных профиля резьбы на накатной части инструмента являются необходимым исходным условием для обеспечения формообразования резьбы пластическим деформированием. При этом нагрузка на инструмент минимальна. Формообразование внутренней резьбы с большим количеством определяется из условия прочности корпуса инструмента.
По результатам предварительного исследования предлагаемый инструмент позволяет одинаково эффективно формировать внутренние резьбы как больших (свыше 100 мм), так и малых диаметров (диапазон от 10 мм - до 100 мм) способом планетарного накатывания, при этом обеспечиваются как снижение вибраций по сравнению с прототипом на 15-20% на сверхвысоких скоростях (порядка 1000 м/мин) обработки, так и сравнительно низкие удельные энергетические затраты, высокая точность обработки и качество обработанной поверхности.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - расширение технологических возможностей инструмента - решена, и заявленный технический результат - обеспечение возможности планетарной обработки пластическим деформированием внутренней резьбы малых диаметров - достигнут.