РЕЗЬБОНАКАТНОЙ РОЛИК

Полезная модель относится к металлообработке и может быть использована для получения резьбовых участков на различных деталях машиностроения методом пластического деформирования.
р
Известен конический ролик резьбонакатного инструмента для накатывания наружных конических резьб, угол конуса φ которого определяют по формуле:
p
где: k - количество заходов резьбы ролика;
d
k - количество заходов резьбы на заготовке;
р
φ - угол конуса накатываемой резьбы, град, (см. патент РФ №2384382, МПК В21Н 3/04, В24В 39/04 (2006/01), опубл. 20.03.2010).
Известен также, выбранный в качестве ближайшего аналога, резьбонакатной ролик, представляющего собой диск с посадочным отверстием и выполненной на его периферийной поверхности многозаходной резьбе, шаг которой равен шагу обрабатываемой резьбы, а ее средний диаметр определяется по следующей зависимости:
cp
cp
D=di,
cp
где d - средний диаметр обрабатываемой резьбы,
i - число заходов резьбы резьбонакатного ролика (см. Справочник конструктора-инструментальщика / Под общ. ред. В.А.Гречишникова и С.В.Кирсанова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2006, стр.379-380).
Данные резьбонакатные ролики широко применяются для обработки резьбовых участков различных деталей с использованием, как и универсального, так и специального оборудования. Ролики, как правило, применяют в комплекте из двух или трех штук в радиальных или тангенциальных резьбонакатных головках. Накатка резьбы роликами обеспечивает высокую производительность обработки и повышенное качество поверхности и поверхностного слоя резьбы. Как правило, накатка резьбы осуществляется роликами с открытым профилем, это означает что впадина витка ролика не участвует в работе и между ней и вершиной витка обрабатываемой резьбы существует зазор.
Недостатком таких роликов является низкое качество обработанной поверхности резьбы на вершине витка, а именно несимметричность профиля, необработанная поверхность с одной стороны витка и заостренная вершина на другой стороне витка. Это вызвано тем, что вначале обработки вершины витка ролика контактируют с цилиндрической поверхностью заготовки, диаметр которой больше среднего диаметра обрабатываемой резьбы, затем по мере углубления профиля диаметр точки контакта уменьшается, пока не достигнет внутреннего диаметра. В результате этого, на каждом обороте заготовки, вершина витка резьбонакатного ролика внедряется в материал заготовки с осевым смещением, относительно уже сформированного витка, что приводит к неравномерности формирования витка резьбы с двух сторон. С одной стороны витка происходит большее выдавливание материала, а с другой меньшее (фиг.3). В итоге сторона, с которой происходит большее выдавливание материала, формируется полностью, а на противоположной стороне остается необработанный участок. Кроме этого, неравномерное нагружение сторон профиля витка ролика приводит к снижению его периода стойкости.
Данная проблема может быть решена применением роликов с закрытым профилем, где формирование резьбы происходит всем профилем ролика, а зазор между впадиной ролика и вершиной обрабатываемой резьбы отсутствует. Однако применение таких роликов требует повышенной точности обработки заготовки под накатку, а также приводит к значительному увеличению усилия при накатывании резьбы.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества поверхности резьбы за счет обеспечения ее симметричного профиля на всей высоте со скругленными вершинами при накатывании роликом с открытым профилем.
Указанная задача решается тем, что в резьбонакатном ролике, представляющем собой диск с посадочным отверстием и выполненной на его периферийной поверхности многозаходной резьбой, шаг которой равен шагу обрабатываемой резьбы, впадины витков резьбы ролика выполнены под углом наклона к оси и имеют противоположное направление наклона на соседних витках, при этом сторона впадины, соответствующая большему диаметру, выполнена с радиусом скругления, а средний диаметр многозаходной резьбы определяют следующей зависимостью:
cp
p
D=D-2h,
где h - высота профиля вершины витка ролика;
p
D - наружный диаметр резьбонакатного ролика, определяемый по формуле:
p
заг
вн
заг
вн
D=i(d-d)/ln(d/d)
вн
где d - внутренний диаметр обрабатываемой резьбы;
заг
d - диаметр заготовки под накатку резьбы;
i - число заходов резьбы резьбонакатного ролика.
Выполнение резьбонакатного ролика в виде диска с многозаходной резьбой на его периферийной поверхности с шагом равным шагу обрабатываемой резьбы, с выполнением впадин витков резьбы под углом наклона к оси, с противоположным направлением наклона на соседних витках, и сторон впадины соответствующих большему диаметру с радиусом скругления, в сочетании с выполнением резьбы ролика со средним диаметром, которой определяется по приведенным выше зависимостям, обеспечивает равенство длины вершины витка ролика и траектории формообразования на поверхности заготовки, представляющей собой в радиальном сечении логарифмическую спираль, проходящую между диаметром заготовки и внутренним диаметром резьбы. В свою очередь, это обеспечивает точность угла подъема и шага обрабатываемой резьбы и отсутствие осевого смещения профиля витка ролика относительно профиля уже обработанного витка, что при окончательном формировании вершины резьбы на детали обеспечит попеременное воздействие скругленных участков дна впадины ролика. При этом будет формироваться симметричный профиль резьбы со скругленными вершинами витка, что в конечном итоге обеспечивает качество поверхности резьбы.
Заявителю не известны резьбонакатные ролики с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
фиг.1 - резьбонакатной ролик, общий вид;
фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1;
фиг.3 - схема процесса накатывания резьбы предлагаемым роликом;
фиг.4 - схема расчета среднего диаметра ролика;
фиг.5 - схема процесса накатывания резьбы роликом (ближайший аналог).
Резьбонакатной ролик представляет собой диск 1 с посадочным отверстием 2. На периферийной поверхности диска 1 выполнена многозаходная резьба 3, шаг р которой равен шагу обрабатываемой резьбы. Впадины 4 витков резьбы ролика выполнены под углом φ наклона к оси, с противоположным направлением наклона на соседних витках. Сторона впадины 4, соответствующая большему диаметру, выполняется с радиусом скругления ρ. При этом средний диаметр многозаходной резьбы определяется следующей зависимостью:
ср
р
D=D-2h,
где h - высота профиля вершины витка ролика;
p
D - наружный диаметр резьбонакатного ролика, определяемый по формуле:
р
заг
вн
заг
вн
D=i(d-d)/ln(d/d);
вн
где d - внутренний диаметр обрабатываемой резьбы;
заг
d - диаметр заготовки под накатку резьбы;
i - число заходов резьбы резьбонакатного ролика.
Определение среднего диаметра резьбонакатного ролика рассмотрим на примере накатки резьбы М20×1,5.
Исходные данные:
d=20,0 мм - номинальный диаметр обрабатываемой резьбы;
cp
d=18,994 мм - средний диаметр обрабатываемой резьбы;
вн
d=17,945 мм - внутренний диаметр обрабатываемой резьбы;
заг
d=19,069 мм - диаметр заготовки под накатку резьбы;
ср
Диапазон допустимых значений среднего диаметра резьбы ролика D=50…60 мм.
Радиус во впадине витка ρ принимается из стандарта на профиль резьбы:
ρ=0,25 мм;
Угол наклона φ впадины витка назначается конструктивно, для исключения из работы одной стороны впадины:
φ=5°
Высота профиля вершины витка ролика:
ср
вн
h=(d-d)/2=(18,994-17,945)/2=0,5245 мм
Исходя из диапазона средних диаметров ролика, определяем диапазон числа заходов его резьбы по приближенной формуле:
ср
ср
i≈D/d=50/18,994…60/18,994=2,63…3,16
Из полученного диапазона выбираем целое значение числа заходов резьбы, в данном случае i=3.
Наружный диаметр резьбонакатного ролика:
p
заг
вн
заг
вн
D=i(d-d)/ln(d/d)=3(19,069-17,945)ln(19,069/17,945)=55,504 мм
Средний диаметр резьбы ролика:
ср
р
D=D-2h=55,504-2·0,5245=54,455 мм.
Процесс накатки резьбы роликом выглядит следующим образом.
Резьбонакатной ролик устанавливают на валу резьбонакатной головки, которая крепится на суппорте токарного станка. Заготовка 5 зажимается в центрах или патроне. После включения вращения заготовки, резьбонакатному ролику в головке сообщается движение подачи, как правило, представляющее собой поперечное перемещение. При этом ролик приближается к поверхности заготовки и касается ее. Дальше происходит пластическое деформирование материала заготовки и формирование витка резьбы. При этом точка контакта вершины ролика с заготовкой движется по траектории формообразования 6 (фиг.4), которая представляет собой логарифмическую спираль. При достижении точкой контакта внутреннего диаметра резьбы заготовка совершает еще несколько оборотов, на которых происходит окончательное формирование профиля резьбы, ее калибровка и улучшение шероховатости поверхности. После обработки резьбонакатной ролик отводится в исходное положение, а заготовку снимают со станка.
Резьбонакатной ролик может быть изготовлен на стандартном оборудовании с применением известных материалов и современных инструментов, что соответствует критерию «промышленная применимость».