СПОСОБ НАКАТЫВАНИЯ НАРУЖНОЙ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОЙ РЕЗЬБЫ
METHOD OF ROLLING OUTER TRAPEZOIDAL THREAD

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам формообразования резьбы пластическим деформированием, в частности к накатыванию трапецеидальной резьбы роликами и изготовлению оснастки для ее реализации.
Известен способ и конструкция резьбонакатных роликов для накатывания наружной резьбы с осевой, продольной подачей заготовки, имеющих коническую заборную и цилиндрическую калибрующую части [1]. Ролики получают главное вращательное движение, а заготовка - движение осевой, продольной подачи самозатягиванием. Накатывание резьбы по всей длине заготовки осуществляется последовательно. Способ позволяют накатывать резьбу неограниченной длины. Радиальные усилия при накатывании с осевой, продольной подачей минимальны.
Однако при накатывании известным способом глубоких профилей на заготовках требуется либо высокое давление накатывания, либо большее число оборотов заготовки, а следовательно, и большее время накатывания. Установлено, что чрезмерно длительное время накатывания приводит к перенапряжению металла на поверхности накатываемой заготовки, т.е. перенаклепу, и как следствие - к отслаиванию поверхностных слоев металла [2]. Кроме того, сравнительно низкая производительность и большая вероятность проскальзывания рабочих витков накатных роликов относительно заготовки при накатывании глубоких профилей ведет к выкрашиванию вершин витков и поломке инструментов, что удорожает процесс накатывания, снижает стойкость инструмента и точность обработки.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа накатывания, позволяющего повысить производительность, особенно при накатывании резьбы с большим шагом и глубоких профилей, увеличение площади контакта заборной части деформирующих элементов - накатных роликов с обрабатываемой поверхностью благодаря изготовлению на витках заборной части выкружек, образующих впадины, способствующих лучшему захвату заготовок, предотвращению проскальзывания заготовки относительно инструмента, что дает возможность снизить потребное число оборотов роликов при накатывании, т.е. уменьшить опасность перенаклепа металла накатываемых заготовок; снизить себестоимость процесса накатывания, повысить стойкость инструмента и точность обработки.
Поставленная задача решается предлагаемым способом накатывания наружной трапецеидальной резьбы, при котором накатным роликам, имеющим наружную периферийную рабочую поверхность, состоящую из конической заборной части и цилиндрической калибрующей части, сообщают вращательные движения, а заготовке - продольную подачу, равную шагу накатываемой резьбы, при этом накатные ролики содержат на витках конической заборной части сошлифованные выкружки, имеют форму части боковой поверхности конуса глубиной внедрения в продольном направлении на всю ширину вершины профиля резьбы и глубиной внедрения в радиальном направлении на всю боковую сторону профиля, причем длина выкружки не более шага накатываемой резьбы, а расстояние между выкружками в направлении витка также не более шага, при этом выкружки на витке расположены в шахматном порядке относительно выкружек соседних витков, кроме того, выкружки, сошлифованные с одной боковой стороны профиля, чередуются с выкружками, сошлифованными с другой боковой стороны профиля в направлении витка.
Особенности способа накатывания наружной трапецеидальной резьбы поясняются чертежами.
На фиг.1 показана конструкция ролика, реализующего предлагаемый способ накатывания наружной трапецеидальной резьбы, имеет коническую заборную часть с выкружками и цилиндрическую калибрующую часть, частичный продольный разрез; на фиг.2 - конструкция ролика, общий вид слева, с торца на фиг.1; на фиг.3 - элемент А на фиг.1, продольное сечение заборной части; на фиг.4 - развертка заборной части ролика, вид Б на фиг.3; на фиг.5 - продольное сечение В-В на фиг.4; на фиг.6 - продольное сечение Г-Г на фиг.4; на фиг.7 - схема образования профиля резьбы витками заборной части, имеющими выкружки, где видно, что первый виток заборной части 1з вдавливается в заготовку со следами выкружки (сечение по Д-Д, фиг.4), не участвующей в деформации полного профиля резьбы; 2з - положение второго витка заборной части после поворота ролика на один оборот и осевом перемещении заготовки на один шаг относительно положения 1з; 3з - положение третьего витка заборной части после поворота ролика на один оборот и осевом перемещении заготовки на один шаг относительно положения 2з; 1к - положение первого витка калибрующей части после поворота ролика на один оборот и осевом перемещении заготовки на один шаг относительно положения последнего витка заборной части.
Предлагаемый способ предназначен для накатывания наружной трапецеидальной резьбы роликами, имеющими коническую заборную часть с выкружками и цилиндрическую калибрующую часть. Ролики получают главное вращательное движение, а заготовка - движение продольной подачи и вращательное движение самозатягиванием. Накатывание резьбы по всей длине заготовки осуществляется последовательно. Ролики позволяют накатывать трапецеидальную резьбу с глубоким профилем неограниченной длины. Радиальные усилия при накатывании с продольной подачей минимальны.
Ролики, реализующие предлагаемый способ накатывания наружной трапецеидальной резьбы с продольной подачей, помимо наружной периферийной рабочей поверхности, состоящей из конической заборной части и цилиндрической калибрующей части, имеют также ступицу с отверстием и шпонпазом (см. фиг.1, 2) для базирования и установки роликов на станке. Диаметры предлагаемых роликов, количество витков на них и допускаемые отклонения элементов профиля выбираются так же, как и для традиционных, последние регламентированы ГОСТ 9539-72.
ВЫКР
На витках конической заборной части предлагаемых роликов сошлифованы выкружки, имеющие форму части боковой поверхности конуса, с радиусом R на вершине профиля резьбы (см. фиг.4). Глубина внедрения h выкружек в профиль витков ролика в продольном направлении равна ширине вершины профиля резьбы, а глубина внедрения в радиальном направлении - на всю боковую сторону профиля резьбы (см. фиг.5, 6). Длина выкружки b не более Р (мм) - шага накатываемой резьбы. Расстояние между выкружками в направлении витка также не более шага Р, мм.
Выкружки на витке расположены в шахматном порядке относительно выкружек соседних витков, при этом выкружки, сошлифованные с одной боковой стороны профиля (см. фиг.5), чередуются с выкружками, сошлифованными с другой боковой стороны профиля (см. фиг.6) в направлении витка.
Накатывание резьбы предлагаемым способом производится на существующих резьбонакатных 2-роликовых станках. Ролики с конической заборной частью с выкружками, имеющие между собой жесткую кинематическую связь, выставляются таким образом, чтобы выступы резьбы на роликах при накатывании резьбы попадали во впадины резьбы заготовки. Заготовка устанавливается между роликами на поддерживающем ноже.
H
При работе по предлагаемому способу расстояние между осями роликов сохраняется постоянным. Оси роликов перекрещиваются под углом, соответствущим углу подъема накатываемой резьбы; при каждом обороте вокруг своей оси заготовка перемещается в продольном направлении на величину шага Р резьбы. Одним комплектом предлагаемых роликов накатывается резьба данного шага различных диаметров и различного направления. Наружные диаметры D накатных роликов не зависят от диаметра накатываемой резьбы. Поэтому размеры их могут быть меньше, чем у роликов с винтовой нарезкой. Накатные ролики имеют угол заборной части φ=3…5° и длину заборной части lз=3Р, где Р - шаг накатываемой резьбы, мм.
H
Р
Р
Качество поверхности накатанной резьбы соответствует шероховатости Ra=0,5…1,25 мкм. Способ применяют для глубоких профилей трапецеидальных резьб. Размеры роликов колеблются в пределах, мм: D=75…207; В=25…125; d=45…100.
Резьбонакатные ролики изготовляют из стали марок Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1 для изделий с твердостью НВ 160…200; из стали 6Х6В3МФС - для изделий с НВ 370…400.
Скорость накатывания зависит от материала накатываемой заготовки: для латуни 100…120 м/мин; мягкой стали 80…100 м/мин; стали средней твердости 40…60 м/мин; твердой стали 15…20 м/мин; титановых сплавов 12…14 м/мин.
В роликах, реализующих предлагаемый способ, часть рабочих заборных витков в местах выкружек частично сошлифована и поэтому не участвует в деформации накатываемой заготовки. Рабочее давление, развиваемое резьбонакатным станком, распределяется лишь на части витков с полным профилем и поэтому будет во столько раз больше, во сколько раз стала меньше длина полного профиля витка. Это дает возможность снизить потребное число оборотов роликов при накатывании, т.е. уменьшить опасность перенаклепа металла накатываемых заготовок. Это дает также накатывать резьбу более глубокого профиля, т.е. резьбу с более крупным шагом.
Конструкция роликов может быть использована как при накатывании резьб по методу с осевым продольным перемещением заготовки, так и по методу радиального сближения роликов.
Предлагаемый способ, реализуемый роликами с конической заборной частью с сошлифовыванными выкружками, отличается более благоприятными условиями формирования профиля накатываемой резьбы.
Как видно из схемы (см. фиг.7) образования профиля резьбы роликами, заборные витки с выкружками вдавливаются в заготовку в местах расположения выкружек менее узкой частью вершины, и лишь последующими витками калибруется профиль резьбы на заготовки. Накатывание роликами с выкружками обеспечивает постепенное вытягивание волокон и отсутствие складок на вершинах витков заготовок. Накатывание роликами резьбы заготовок из термически обработанных сталей HRC≤37 обеспечивает повышение циклической прочности заготовок до 15%, а также повышение стойкости накатных роликов.
H
-0,3
Р
P
З
ВЫКР
Пример. При проведении производственных испытаний на заготовке - вал из стали 45 ГОСТ 1050-88 (прокат в состоянии поставки) накатывалась трапецеидальная резьба Tr32×6-7е по ГОСТ 9484-73 длиной 800 мм на 2-роликовом резьбонакатном полуавтомате А2528 по предлагаемому способу роликами, имеющими размеры: D=196() мм; высока роликов - В=119,2 мм; диаметр отверстия - d=80H7 мм; высота профиля резьбы - 3,5 мм; угол профиля - 15°; шаг резьбы - 6 мм; угол заборного конуса φ=5°; длина заборной части l=18 мм; число оборотов роликов - 16 об/мин; скорость осевого перемещения заготовки - 0,007 м/мин. Накатные ролики имели на заборной части выкружки, полученные с помощью шлифовального круга типа ЗП с коническим профилем 63×10×10 α 20° К ГОСТ 2424-83 из электрокорунда марки 24 А, зернистостью 125, твердостью СМ1, структурой 8, на керамической связке, который правился под углом α=49°. Путем перемещения в поперечном направлении и врезании шлифовального круга в виток заборной части на глубину высоты профиля резьбы - 3,5 мм вышлифовывалась выкружка на одной стороне витка, а затем через шаг - на другой (см. фиг.4).
Испытаниями установлено, что размеры накатанной резьбы стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, стойкость инструмента соответствует нормам стойкости резьбонакатных роликов по ГОСТ 9539-72, высота шероховатости резьбовой поверхности соответствует требованиям чертежа. Повысилась производительность и снизилась вероятность проскальзывания заготовок, повысилась стойкость инструментов и точность обработки, не наблюдалось выкрашивание вершин витков и поломки инструментов, что удешевило процесс накатывания.
Предлагаемый способ, реализуемый роликами с конической заборной частью с выкружками, позволяет накатывать наружные резьбы с высокой производительностью и качеством резьбы, с улучшенным захватом заготовок при полном отсутствии проскальзывания их относительно инструмента, уменьшить опасность перенаклепа металла накатываемых заготовок, обеспечить повышение циклической прочности заготовок до 15%, а также повышение стойкости накатных роликов.
Источники информации, принятые во внимание
1. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьб. Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - С.40.
2. Новый инструмент для накатывания резьб и шлицев. М.И.Писаревский. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1966, С.46…60.