Грудов АА, Комаров ПН - Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент

Контакт сферических подшипников с опорными планками 20, находящимися в продольном пазу центрального колеса, и копиром 21, установленным в продольном пазу корпуса, осуществляется под действием пружины 13, при накатывании резьбы—под действием усилий, возникающих в процессе обработки.

На штоке 17 расположены оси 4 с резьбой, головка 8 и упорный фланец 8, который может вращаться благодаря наличию упорного подшипника 2.

Фланец 14, который служит для закрепления головки к шпинделю станка, можно соединить неподвижно с корпусом 12 или с колесом 10; подвижным может быть корпус с дисками либо центральное колесо. При этом эксцентриковые оси могут поворачиваться по часовой стрелке или против нее (если смотреть на головку со стороны дисков). Подвижные элементы и направление вращения эксцентриковых осей определяют конструктивное исполнение головок, для которых принцип радиального перемещения резьбонакатных роликов одинаков, а усилия, действующие на сферические подшипники и копир, различны по величине.

Конструкция головки может иметь два исполнения. В головке первого исполнения (рис. 18, а) корпус выполнен подвижным, а фланец 14 прикреплен неподвижно к центральному колесу 10. В головке второго исполнения (рис. 18,6) подвижным выполнено центральное колесо, а фланец 14 неподвижно прикреплен к корпусу 12. Эксцентриковые оси в головке первого исполнения в процессе накатывания правой резьбы поворачиваются по часовой стрелке, а эксцентриковые оси головки второго исполнения— против часовой стрелки.

По длине резьбы головку настраивают путем осевого перемещения упорного фланца 3, а по диаметру—углового перемещения дисков 6 и 1 относительно корпуса 12 (с помощью винтов 19).Шпильки 18 при этом должны быть ослаблены. Конусность резьбы задают с помощью сменного копира 21.

При работе конец трубы закрепляют в специальном зажимном устройстве станка и подают вращающуюся головку с усилием осевого подпора на обточенный заранее на конус конец трубы. Резьбонакатные ролики, захватив заготовку, перемещатся в осевом направлении вместе с суппортом. В это время шток 17 вместе с пальцем 15 останавливаются, так как фланец 3 упирается в конец трубы. При осевом перемещении корпуса 12 с копиром 21 относительно пальца 15 последний (для головки первого исполнения) поворачивается на угол, определяемый профилем копира 21. В головке второго исполнения поворачиваются центральное колесо, зубчатые колеса 9

иэксцентриковые оси 8. Поворот эксцентриковых осей обеспечивает радиальное перемещение резьбонакатных роликов, которое задается копиром

исогласовывается с осевым перемещением головки.

После накатывания резьбы заданной длины головка автоматически раскрывается (так как сферический подшипник попадает на участок копира с большим углом наклона), а затем принимает первоначальное положение благодаря тому, что упорный диск 11 взаимодействует с неподвижными

41

упорами, установленными на станке, а корпус или центральное колесо, перемещаясь в осевом направлении, одновременно поворачивается (под действием усилий, возникающих при взаимодействии подвижного копира с неподвижным сферическим подшипником).

Во ВНИИметмаше разработаны головки двух типоразмеров—РНГВ-73 для накатывания резьб длиной до 67 мм на бурильных трубах диаметром 73 мм и РНГВ-114 для накатывания резьб длиной 86 мм на трубах диаметром 114 мм; конусность резьбы 1/16, шаг 3,175 мм.

Резьбонакатные ролики для этих головок взаимозаменяемы. Они прошли промышленные испытания на Первоуральском новотрубном заводе.

При накатывании резьбонакатными головками производительность станка увеличилась в 1,4 раза по сравнению с производительностью этих же станков при использовании трубонарезных патронов ТН4К, однако при накатывании трудоемкость обработки концов труб несколько выше, чем при нарезании.

Основные недостатки резьбонарезных головок:

1) накатывание головкой резьбы только одного диаметра;

2)отсутствие регулировки конусности, которая получается за счет копира, имеющего сложный и нетехнологичный для изготовления профиль;

3)относительно большие габариты головок (масса 200—215 кг).

Малогабаритная резьбонакатная головка модели РНГТМ-1

предназначена для накатывания резьб диаметром 3—10 мм.

В центральном отверстии корпуса помещена контргайка специальной формы, жестко фиксирующая упорный винт. На корпусе установлены втулка и кольцо выключения, состоящее из задней крышки и кольца, в отверстиях которого размещены пальцы. На передней части корпуса базируется регулировочное кольцо, в резьбовых отверстиях которого закреплены колонки с проставочными втулками.

Резьбонакатная часть головки состоит из резьбонакатных роликов, установленных на осях, которые базируются в отверстиях кулачков. Кулачки имеют две жесткие опоры в виде цилиндрических хвостовиков и установлены в отверстиях передней части корпуса и передней крышки. В отверстиях верхней части кулачков расположены ползуны, которые своим квадратным концом входят в пазы регулировочного кольца. В коленообразных винтовых пазах корпуса на пальцах установлены ролики. От осевого перемещения втулка удерживается пружинным кольцом. В центральном отверстии корпуса установлен сердечник, в который ввернут упорный винт.

Для настройки на заданный размер резьбы необходимо посредством регулировочных винтов повернуть через штифт регулировочное кольцо относительно втулки, т. е. сблизить или развести резьбонакатные ролики. Открытие головки в конце накатывания производятся пружинами, воздействующими на штифты.

Резьбонакатная головка модели РНГТМ-1 работает так же, как и головки модели РНГТ. Головка может быть использована в работе как вращающаяся и как стационарная (невращающаяся). При относительно небольших

42

габаритах головка охватывает больший диапазон диаметров накатываемых резьб по сравнению с серийно изготовляемыми головками модели ВНГН.

Испытания головки показали стабильную работу, что позволяет рекомендовать ее для использования в промышленности.

Тангенциальные резьбонакатные головки типа ТНГС, разработанные ВНИИ с синхронизацией вращения накатывающих роликов [25, 26], обеспечивают получение окончательно обработанных резьбовых деталей небольшой длины на автоматическом токарном оборудовании. При этом процесс накатывания не выделяется в отдельную операцию, требующую применения специализированных резьбонакатных станков.

Резьбонакатная головка (рис. 19) состоит из корпуса 1, в пазах которого установлены удерживаемые прижимными планками 13 и 2 ролико держатели 12 и 3, в которых на твердосплавных осях 8 установлены реэьбонакатные ролики 18 с винтовой резьбой. Возникающее при накатывании осевое перемещение роликов воспринимается твердосплавными втулками 11.

В торцовые шпоночные пазы резьбонакатных роликов входят выступы зубчатого колеса 9, фиксируемого от осевого перемещения бронзовыми втулками 7. От поворота и продольного перемещения твердосплавные оси 8 удерживаются винтами 10. Резьбонакатные ролики связаны между собой механизмом синхронизации их вращения, включающим зубчатые колеса 4. 6, 9 и центральное колесо 21, установленное на компенсаторе 23, в пазы которого входят пружины 24. Центральное колесо с компенсатором может поступательно перемещаться при вращении центральной оси 25 в резьбовом отверстии опоры 26. Такое перемещение вызывает поворот кинематически связанных с ним резьбонакатных роликов, благодаря чему достигается их точная настройка по шагу обрабатываемой резьбы.

Настройка инструмента на диаметр накатываемой резьбы производится вращением винтов 16 и 14 с правой и левой резьбой, связанных между собой крестовиной 15. Вращение этих винтов приводит к радиальному перемещению роликодержателей с роликами, т. е. к изменению диаметра накатываемой резьбы. Инструмент настраивается при отжатых стопорных винтах 17 и гайках 5.

Тангенциальные резьбонакатные головки модели ТНГС позволяют регулировать конусность обрабатываемой резьбы поджатием или ослаблением регулировочных винтов 19 с последующей фиксацией положения роликодержателей стопорными винтами 20, установленными с двух сторон резьбонакатной головки в верхней и нижней опорных планках

22 и 27.

Перед установкой головки на станок с помощью установочного шаблона с микрометрическим винтом настраивается длина рабочего хода поперечного суппорта станка.

Изготовление тангенциальных резьбонакатных головок модели ТНГС двух типов (ТНГС-1, ТНГС-2) освоено Московским заводом режущих инструментов «Фрезер».

43

Головки внедрены на промышленных предприятиях при изготовлении резьб степеней точности до 4h (ГОСТ 16093—70) при шероховатости поверхности в пределах Ra≤0,63 мкм (ГОСТ 2789—73). Головки обеспечивают в сочетании с высокой точностью и эксплуатационной надежностью инструмента возможность изготовления на автоматическом токарном оборудовании широкой номенклатуры деталей с цилиндрической и

конической, правой и левой резьбами из разнообразных материалов. в том числе труднообрабатываемых.

Годовой экономический эффект от внедрения одного комплекта роликов

— не меньше 1000 руб.

Тангенциальная резьбонакатиан головка типа ТНГН-2 разработана и серийно изготовляется московским заводом режущих инструментов «Фрезер» [27] для накатывания наружных резьб диаметром 6—14 мм.

Резьбонакатная головка (рис. 20) состоит из державки 1 с планкой 2, закрепленной винтом 3, который, кроме того, удерживает от выпадания ось 4. В отверстии державки 1 на оси 4 установлен корпус 5, который выставляется по оси головки винтом 6 и фиксируется гайкой 7. В отверстиях корпуса 5 друг против друга на эксцентриковых осях 8 установлены резьбонакатные ролики 9 с многозаходной резьбой. Вращение резьбонакатных роликов относительно друг друга не синхронизировано. От осевого перемещения резьбонакатные ролики 5 удерживаются опорными шайбами 10 и 15, которые отпроворота зафиксированы винтом 11 и штифтом 14. Для свободного вращения резьбонакатных роликов 9 между ними и эксцентриковыми осями 8 расположены игольчатые ролики 12, между которыми установлено проставочное кольцо 13. Звездочка 16 и винт 17 предотвращают поворот эксцентриковых осей 8 в процессе накатывания.

В процессе накатывания тангенциальными головками с поперечной подачей неизбежны небольшие осевые перемещения резьбонакатных роликов и головки. Для уменьшения этого в головке предусмотрены тарельчатые пружины 18 и 19. установленные на оси 4 и эксцентриковой оси 8.

Для установки резьбонакатной головки в различные модели станков, автоматов и полуавтоматов державка резьбонакатной головки может иметь два исполнения: при первом (см. рис. 20, а) — державка выполняется прямоугольного сечения; при втором (см.рис.20,б)—державка имеет «ласточкин хвост» с установочной планкой 2, закрепленной на державке винтом 23, что позволяет регулировать расположение головки в осевом направлении винтом 22 с фиксацией после перемещения гайкой 24.

При работе головку, установленную на поперечном суппорте автомата, от кулачка подают на вращающуюся заготовку. При совпадении оси резьбонакатных роликов с осью заготовки головка быстро отводится назад в исходное положение.

Простота конструкции и технологичность изготовления головки— преимущества ее по сравнению с тангенциальными головками с синхронным вращением резьбонакатных роликов.

45

Недостатки головки:

1)небольшой диапазон диаметров накатываемых резьб из-за наличия в конструкции эксцентриковых осей. что увеличивает номенклатуру головок по сравнению с существующими тангенциальными головками с синхронным вращением роликов.

2)нестабильность накатывания резьб с точностью выше седьмой степени при шероховатости профиля Rа≥1,25 мкм.

РАСЧЕТ СИЛ ПРИ НАКАТЫВАНИИ РЕЗЬБ

Силы при накатывании резьб и их распределение по отдельным виткам роликов и роликам—основные факторы, определяющие конструктивные размеры отдельных узлов резьбонакатных головок и работоспособность роликов.

Однако до настоящего времени не были установлены общие основные параметры процесса накатывания резьб, определяющие нагрузки на ролики, и их влияние на силы, возникающие при накатывании.

Проведенные эксперименты выявили влияние на силы при накатывании только отдельных частных факторов, как, например, шаг резьбы, диаметр роликов и т. д., причем изменяющихся в узких диапазонах [19, 28].

Такие исследования носят ограниченный характер, и рекомендации оказываются неправомочными при изменении условий накатывания, например, диаметра ролика или заготовки, длины заборной и калибрующей частей ролика и др.

Исследованиями ВНИИ установлены основные параметры процесса накатывания и их влияние на возникающие силы при различных условиях эксплуатации.

За основные параметры процесса накатывания, определяющие нагрузку на отдельные витки роликов и ролики в целом, приняты •средняя толщина выдавливаемого слоя аср, приходящаяся на периметр контакта 1ц витков заборной части ролика с заготовкой в плоскости, проходящей через ось заготовки, площадь контакта Sк витков ролика и периметр контакта lп.к витков калибрующей части ролика.

Тогда в общем виде зависимость радиальной силы Рр, возникающей при накатывании, может быть выражена зависимостью

где х, у, и z—степени влияния соответствующих параметров; С—величина, постоянная для данных условий.

Аналогично может быть выражена тангенциальная сила Рт. Средняя толщина выдавливаемого слоя

где F—площадь выдавливаемого слоя в плоскости контакта.

47

Площадь контакта второго и всех последующих витков ролика

где lк—длина дуги контакта, Для первого витка

Значения площадей контакта, рассчитанные по этим формулам, превышают фактические площади на 3—7% в зависимости от диаметров ролика Dр и заготовки Dз и величины внедрения витков Нв.н что не оказывает практического влияния на величину определяемых сил.

Подставив значения аср и Sк в уравнение (5) получим в общем виде следующую зависимость:

Среднее значение силы, действующей на ролик:

где f, lк.з, lп.к —средние значения параметров процесса накатывния, относящиеся к одному ролику;

f—выдавливаемая площадь, мм2;

lп.з, lк.з —периметр и длина дуги контакта витков заборной части, мм; lп.к — периметр контакта витков калибрующей части, мм.

Произведение lп.з lк.з не является средней контактной площадью, а лишь косвенно ее характеризует. Результаты экспериментов и математический вывод зависимостей показали целесообразность использования в качестве одного из основных параметров процесса накатывания такого произведения, что не исключает возможность замены его на площадь контакта.

В схемах для расчета параметров F, lп. и lк. (рис. 21) выдавливаемая площадь и периметр контакта зависят от величины внедрения витков ролика и их формы, а длина дуги контакта—от величины внедрения и диаметров ролика и заготовки.

В зависимости (6) степени влияния х, у и z и постоянная С определяются экспериментальным путем. Для расчета средних значений параметров f, lп.з, lк.з, lп.к предварительно определяются параметры F, lп. и lк для каждого витка роликов и находится их сумма. При этом учитывается, что каждый виток роликов, за исключением первого вступающего в работу витка, воздействует

ина металл, выдавленный предыдущими витками (рис, 22).

Втабл. 7 приведены основные формулы и коэффициенты для определения параметров процесса накатывания приминительно к резьбам: трапецеидальной однозаходнойпоГОСТ 9484—73, трубной цилиндрической по ГОСТ 6357—73 и резьбы насосно-компрессорных труб и муфт по ГОСТ 633—63 (при Нв.н≥НR для F и lп).

48

Рис. 21. Схема для расчета: а - длины дуги контакта; б — выдавливаемой площади и периметре контакта

Длина дуги контакта (см. рис. 22) определяется по формуле

Угол γ определяется из зависимости

где

Методика расчета значений основных параметров процесса накатывания состоит из следующих этапов.

1. Определение полной (накопленной) величины внедрения Нв.н для каждого витка по фактическим перепадам высот витков роликов и величина внедрения калибрующих витков Нвнк в заготовку от ее диаметра;

49

где hi —перепад между вершинами калибрующего и рассматриваемого витка,

2. Определение фактической величины внедрения hвн.

Рис. 22. Совмещенное расположение витков и выдавливаемая ими площадь. Индексами 1, i-1, i обозначены порядковые номера витков

50