Грудов АА, Комаров ПН - Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент

Рис. 12. Схемы резания при резьботочении

При работе одним резцом схемы резания в зависимости от направления подачи резца относительно оси резьбы можно свести к трем схемам [18]: профильной (рис. 12, а), последовательной (рис. 12, б) и профильнопоследовательной (рис. 12, в).

При профильной схеме резания направление подачи перпендикулярно к оси резьбы, при реализации остальных схем резания подача резца осуществляется под углом к оси резьбы, причем при последовательной схеме резания направление подачи совпадает с углом наклона стороны профиля, а при профильно-последовательной—под углом меньшим, чем угол наклона стороны профиля.

Профильная схема резания является наиболее распространенной. При реализации профильной схемы режущие кромки резца при внедрении в материал детали срезают его последовательными слоями и окончательно формируют профиль резьбы на последнем проходе. Удаляемые сечения имеют жесткую коробчатую форму, и поэтому для их срезания требуются значительные усилия резания. Наиболее загруженным в силовом и тепловом отношениях участком является его вершина, так как она работает в зоне несвободного резания, имеет небольшое поперечное сечение и участвует в резаний на протяжении каждого из проходов.

При последовательной схеме условия работы резца будут более благоприятными, однако резьба получается менее точной.

При профильно-последовательной схеме резания одна из режущих кромок резца может срезать весьма тонкие стружки, что приводит к снижению стойкости резца и ухудшению качества нарезаемой резьбы [18].

Для устранения этих недостатков используют комбинированную схему резания, т. е. несколько резцов для раздельного удаления припуска: профилирующий резец и один или больше предварительных резцов (форма профиля не лимитируется).

Одна нз разновидностей такой схемы получила наибольшее распространение на токарно-резьбонарезных полуавтоматах, в частности французской фирмы Kridan и западногерманской фирмы Етаg (рис, 12, г).

Необходимо отметить, что при комбинированной схеме резания количество проходов чистового резца зависит от точности попадания его в прорезанную резьбовую канавку, а последнее—от точности относительного расположения чистового и чернового резцов.

31

Наиболее оптимальная с точки зрения производительности— дифференцированная схема резания, при которой весь припуск срезается несколькими резцами за один проход.

На практике наибольшее распространение получили профильная и комбинированная схемы резания.

В работе [18] установлено, что оптимальный способ подачи—обеспечение постоянства площадей сечения вырезаемого материала по проходам. Переход от способа постоянства подач к указанному способу обеспечивает при одинаковом числе обработанных резцом деталей возможность уменьшения на 20—40% общего числа проходов и тем самым повышения производительности резьботокарных полуавтоматов по машинному времени в среднем на 30%.

Однако, согласно исследованиям ВНИИ, для создания приблизительно одинаковых условий работы резца на всех проходах целелесообразно иметь некоторое уменьшение вырезаемой площади на последних проходах.

Технические требования к большинству изготовляемых резьб допускают определенную величину сбега резьбы. Очевидно, в таких случаях для увеличения стойкости инструмента и производительности целесообразно применение многозубых резьбонарезных гребенок, каждый зуб которых является резцом и, следовательно, рассмотренная закономерность рационального распределения вырезаемой площади по проходам может быть применима для каждого зуба гребенки.

При проектировании гребенок за основу принимается профильная схема резания, при которой каждый предыдущий зуб гребенки по сравнению с последующим имеет определенное занижение как по вершине, так и по боковым сторонам.

Рис. 13. Профиль:

а — трехзубой гре6енки для резьбы ОТТМ1 и ОТТГ1; б — резьбы ОТТМ1 и ОТТГ1 (δ — припуск под резьбу)

ВНИИ разработана и внедрена гамма многозубых (двух-, трех- и четырохзубых) твердосплавных резьбонарезных гребенок для нарезания

32

внутренних цилиндрических и конических резьб с условным диаметром 60— 219 мм (для призматических гребенок) и 219—324 мм (для гребенокстолбиков) в муфтах и наружных резьб на трубах нефтяного сортамента на муфто- и трубонарезных станках.

Применение резьбонарезных гребенок обеспечивает работу на скорости резания до 120 м/мин, точность резьбы степени 6, шероховатость Rz≤3,2 мкм при обработке сталей различных групп прочности.

При конструировании гребенок по возможности соблюдалось основное требование, заключавшееся в том, чтобы при заданном количестве проходов деление по высоте профиля для каждого из проходов (глубина врезания) обеспечивало уменьшение или равенство площади вырезаемого металла от прохода к проходу и от зуба к зубу при меньшей средней площади металла, вырезаемого чистовым зубом по сравнению с металлом, вырезаемым любым из черновых.

ВНИИ разработана методика профилирования резьбонарезных гребенок, обеспечивающая такую рациональную загрузку отдельных зубьев (рис. 13,14).

У спроектированной гребенки ширина каждого зуба меньше ширины последующего на величину, учитывающую наибольшую погрешность станка по шагу, допуск на изготовление и обеспечивающую при этом возможность резания боковыми сторонами.

Рис. 14. Схема вырезания профиля резьбы ОТТМ1 трехзубой гребенкой за семь проходов (Δ1=0,10 мм; 2=0,03 мм; δ=0,18; KVIII=0). Цифрами обозначены порядковые номера зубьев гребенки.

33

Величины занижения 1 и 2 черновых зубьев по сравнению с чистовым определяют распределение вырезаемой площади между зубьями.

При числе проходов i=7 более оптимальны 1=0,10мм и 2==0,03 мм, обусловливающие уменьшение вырезаемой площади от зуба к зубу (1,97; 1,46 и 1,30 мм2), тогда как при 1=0,12 мм и 2=0,03 мм наибольшую площадь вырезает второй зуб, что нерационально (таб. 6). В то же время величины 1=0,12 мм и 2=0,03 мм обусловливают относительно рациональную загрузку зубьев при меньшем количестве проходов (i=5).

При конструировании гребенок необходимо иметь в виду, что конструкция гребенки может быть оптимальной только для определенного количества проходов.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ ГОЛОВОК

Основное преимущество накатывания резьбы резьбонакатными головками —возможность их использования па универсальных металлорежущих станках и автоматах, что увеличивает производительность операции на метрических резьбах в четыре-пять раз по сравнению с нарезанием резьбонарезной головкой и на трапецеидальных резьбах в 10—12 раз по сравнению с нарезанием резьбовым резцом. Это обеспечивается главным образом за счет более высоких скоростей накатывания (30—90 м/мин), а также за счет накатывания резьбы за один проход и отсутствия свинчивания при обратном ходе.

Накатывание резьбы может осуществляться на любых материалах, в том числе труднообрабатываемых, способных подвергаться пластическим деформациям и характеризующихся относительным удлинением не менее 8%, твердостью до НRС 35—40.

При накатывании обеспечиваются:

высокие степени точности резьбы: 4—5-я при работе тангенциальными головками, 6—7-я при накатывании головками с осевой подачей метрических резьб и 7—8-я при накатывании головками с осевой подачей трапецеидальных резьб;

шероховатость поверхности профиля резьбы Ra≤1,25 мкм;

повышение прочности деталей с накатанной резьбой на 25—30% и износостойкости поверхностного слоя резьбы.

Резьбонакатные ролики имеют в десятки раз большую стойкость по сравнению с резьбонарезными инструментами; применительно к конструкционным сталям с Ơв≤750 МПа стойкость роликов при накатывании метрических резьб—2000—3000 пог. м резьбы, при накатывании трапецеидальных резьб с шагом 4—6 мм—800—1000 пог. м и с шагом 6—10 мм—400—800 пог. м.

34

Широко применяемый инструментальный материал для резьбонакатных роликов—сталь Х12М, а наиболее оптимальный—легированная сталь 6Х6ВЗМФС (ГОСТ 5950—73), разработанная ВНИИ и имеющая по сравнению со сталью Х12М большую (в 1,5 раза) прочность при изгибе и износостойкость. Разница в стойкости роликов из сталей 6Х6ВЗМФС и Х12М может достигать десяти и более раз в зависимости от физикомеханических свойств накатываемого материала: она тем выше, чем больше твердость обрабатываемого материала и чем больше возникающие при накатывании усилия.

КОНСТРУКЦИИ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ ГОЛОВОК

Резьбонакатные головки типа ВНГН предназначены для накатывания наружной метрической резьбы диаметром 4—52 мм и применяются на болторезных, сверлильных стайках и автоматах как вращающиеся, на токарных и револьверных станках—как невращающиеся.

Московский завод режущих инструментов «Фрезер» серийноизготовляет головки типа ВНГН четырех типоразмеров: ВНГН-2, ВНГН-3, ВНГН-4, ВНГН-5.

Рис. 15. Резьбонакатная головка типа ВНГН-3: 1 — паз корпуса; 2 — паз хвостовика

Резьбонакатная головка типа ВНГН-3 [19] для накатывания резьб диаметром 8—16 мм (рис. 15) состоит из хвостовика 1, на котором установлены корпус 2 и кольцо 3, закрепленное на корпусе колонками 4. Между кольцом 3 и крышкой 6 установлены проставочиые втулки 5 и эксцентриковые оси 7, расположенные под углом, равным приблизительно углу подъема накатываемых резьб, на которых установлены резьбонакатные ролики 8, имеющие на наружной поверхности кольцевые профильные витки. Между осями 7 и роликами 8 расположены игольчатые ролики 9. На задней цилиндрической ступени эксцентриковых осей установлены шестерни 10, которые находятся в зацеплении с зубчатым венцом хвостовика 1.

36

Раскрывающий механизм резьбонакатной головки скомбинирован из двух пар коленообразных пазов, изготовленных в хвостовике 1 и корпусе 2, в которых помещены пальцы 12 и ролики 13. Пальцы 12 установлены в отверстиях кольца выключения 14 и сердечника 15, в котором размещен упорный винт 17, закрепляемый контргайкой 16.

В момент работы заготовка подается в зону накатывания и при достижении упорного винта 17 перемещает его вдоль оси головки вместе с сердечником 15, пальцами 12 и роликами 13 до тех пор, пока ролики 13 сойдут с продольного участка коленообразных пазов на винтовой участок и при помощи пружины 11, присоединенной к корпусу 2 и хвостовику 1, корпус совместно с накатной частью повернется относительно хвостовика. При этом ролики 3, находясь на эксцентриковых осях 7, отойдут от оси головки, и ее можно свободно без свинчивания отвести в исходное положение.

Возврат головки в рабочее положение осуществляется путем перемещения кольца выключения 14 по направлению к переднему торцу головки под действием вилки, установленной на станке, или рукояткой, ввернутой в

корпус 2.

Регулирование длины накатываемой резьбы осуществляется за счет изменения положения внутреннего упора 17, а диаметра—путем поворота кольца 3 и крышки 6 относительно корпуса 2 при освобожденных гайках.

Основное конструктивное отличие описанной разьбонакатной головки от резьбонакатной головки фирмы Fеttе (ФРГ) заключается в механизмах открытия и закрытия головки: у головки фирмы Fеttе этот механизм представляет собой простой зубчатый замок, а у головок типа ВНГН—два перекрещивающихся коленообразных винтовых паза, изготовленных в корпусе и хвостовике, что обеспечивает большую надежность и долговечность конструкции механизма открывания головок.

Резьбонакатные головки типа ВНГН — трап. предназначены для накатывания на токарных, револьверных и болторезных станках трапецеидальных правых и левых резьб диаметром 16—42 мм с максимальным шагом 6 мм и длиной до 500 мм [20].

Московский завод режущих инструментов «Фрезер» изготовляет серийно четыре типоразмера головок (правые и левые): ВНГН —трап. 1, ВНГН— трап. 2, ВНГН—трап. 3, ВНГН—трап. 4.

Данные головки являются разновидностью головок ВНГН и имеют следующие отличия; сердечник выполнен в виде гильзы на конце с внутренней резьбой, в которую ввернута заглушка с упорным винтом, на конце которого установлены контргайки; зубчатый венец хвостовика заменен зубчатым колесом, закрепленным шпонкой; на цилиндрической шейке хвостовика установлено кольцо со штифтом и сухарем, служащим опорой для пружины.

Головка регулируется на заданный размер накатываемой резьбы регулировочными винтами.

37

Резьбонакатные головки типа ВНГТ являются также разновидностью головок типа ВНГН и предназначены для накатывания резьбы на тонкостенных водогазопроводных трубах (ЧМТУ УкрНИТИ 576—64) диаметром 1/2—2" на токарных, револьверных, болторезных и трубонарезных станках.

Серийный выпуск этих моделей головок освоен Московским заводом режущих инструментов «Фрезер».

На базе резьбонакатных головок типа РНГТ во ВНИИ разработаны резьбонакатные головки для накатывания резьб на сплошных изделиях диаметром 90—140 мм с максимальным шагом накатываемой резьбы 4 мм, головки для накатывания наружных конических резьб на геологоразведочных трубах диаметром 42—52 мм и малогабаритные резьбонакатные головки для накатывания цилиндрических резьб на сплошных изделиях диаметром 3—50 мм с максимальным шагом накатываемой резьбы 2 мм. Данные резьбонакатные головки внедрены на ряде машиностроительных заводов страны.

Универсальные резьбонакатные головки типа ГУР [23] предназначены для накатывания наружных треугольных и трапецеидальных одно- и двухзаходных правых и левых резьб диаметром 12—90 мм с шагом до 10 мм на универсальных токарных и револьверных станках (рис. 17).

Разработано четыре типоразмера головок: ГУР-4, ГУР-5, ГУР-5А, ГУР-6. Принципиальная конструктивная особенность головок — возможность

изменения угла установки роликов относительно оси головки, что позволяет регулировать накопленную ошибку шага нарезаемой резьбы.

На цилиндрической шейке центрального зубчатого колеса 1 головки типа ГУР-5 установлена задняя крышка 2 с запрессованными осями 3, на которых установлены зубчатые колеса 4, находящиеся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 1. Зубчатые колеса 4 связаны крестовинами 5 с эксцентриковыми осями 6, на которых установлены резьбонакатные 7 и игольчатые 8 ролики. Передняя и задняя цапфы эксцентриковых осей базируются на шарнирных подшипниках 9 типа ШЗО (ГОСТ 3635—54). Использование таких подшипников в качестве поворотных элементов значительно упрощает изготовление головок и обеспечивает их жесткость. Шарнирные подшипники 9 размещены в крышке 11 и кольце 13, которые скреплены винтами 10 посредством трех колонок 12. Поворот крышки 11 относительно кольца 13 изменяет угол установки резьбонакатных роликов относительно оси головки, что достигается вращением двух регулировочных винтов 14.

Резьбонакатная головка регулируется на заданный диаметр накатываемой резьбы с помощью двух регулировочных винтов 16.В конце рабочего хода она раскрывается под действием упора, закрепленного на станине станка. После накатывания резьбы заданной длины ползун 15 останавливается, а головка продолжает движение вдоль оси изделия до выхода ролика ползуна из паза задней крышки.

38

Далее под действием пружины 17 накатная часть головки поворачивается относительно центрального зубчатого колеса 1, тем самым резьбонакатные ролики отводятся от оси головки, и ее можно свободно без свинчивания возвратить в исходное положение. Закрытие головки осуществляется рукояткой, ввернутой в кольцо 13.

Рис. 17. Универсальная резьбонакатная головка типа ГУР-5 для накатывания наружных резьб диаметром 22—52 мм

39

Резьбонакатные головки типа ГУР просты в эксплуатации, требуют незначительное время на регулировку и переналадку. Головки внедрены на многих предприятиях.

Головка для накатывания конической резьбы разработана (конструкция ВНИИметмаш) для накатывания резьбы на бурильных трубах (ГОСТ 631—75), предварительно проточенных на конус [24].

Резьбонакатная головка (рис. 18) разработана для трубонарезных станков

Рис. 18. Головка для накатывания конической резьбы

модели 9123, Пять резьбонакатных роликов 7 установлены на игольчатых подшипниках на эксцентриковых осях 5, которые поворачиваются в дисках 1 и 6 (диск 1 прикреплен к корпусу 12 шпильками 18). Головка на размер накатываемой резьбы регулируется винтами 19.

В отверстие корпуса на подшипниках скольжения установлено находящееся в зацеплении с зубчатыми колесами 9 центральное зубчатое колесо 10, которое может поворачиваться относительно корпуса на угол, величину которого определяют с учетом поворота эксцентриковых осей на 180°. В отверстии центрального зубчатого колеса расположен шток 17 с пальцем 15, на котором установлены сферические подшипники 16 и упорный диск 11.

40