Грудов АА, Комаров ПН - Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент

Таблица 7

Продолжение

51

3. Определение величины выдавливания Нвыд, которая устанавливается из условий постоянства объема до и после деформации.

Для удобства расчетов произведена замена объема на площадь, что для практических случаев накатывания головками обусловливает погрешность в величине Нвыд не более 3%:

Формулы для определения Fi и значения коэффициентов А и В приведены в таблице.

Расчетные и экспериментальные величины Нвыд хорошо согласуются между собой.

При определении величины выдавливания Нвыдк калибрующего витка в формулу подставляются значения Нвнк и Fк.

При определении Fк в формулы F=f(Нвн) для витка с радиусной вершиной и Fк=φ(Нвн) для витка с плоскосрезанной вершиной (см. табл. 7) подставляются значения Hвн=Hвнк.

Значение Нвнк рассчитывается из условия равенства площадей Fк и Fвыд до и после деформации, что обеспечивается при H´внк =t´—Hвдк, где t´=t+Δt- наибольшая высота профиля накатываемой резьбы, мм; t —номинальная высота профиля резьбы, мм;

t —половина нижнего отклонения на внутренний диаметр резьбы, мм.

4. Определение полной (накопленной) величины внедрения Нвн.ф с учетом металла, выдавленного предыдущими витками:

52

5.Определение общей (накопленной) площади деформации F, нарастающей от витка к витку (см. табл. 7) путем подстановки значений Нвн.ф.

6.Определение условной величины H´вн.ф от внедрения данного витка:

7.Определение условной величины F´ путем подстановки значений H´вн.ф.

8.Расчет фактической площади, деформируемой одним витком:

9.Расчет периметра контакта lп путем подстановки значений Hвн.ф.

10.Расчет длины дуги контакта lк [см, формулу (7)], причем значение х определяется по фактической величине внедрения hвн.

Врезультате экспериментов при накатывании резьбы на стали 45 твердостью НВ 190—212 получена следующая зависимость:

где f/lп.з—средняя толщина деформируемого слоя.

Зависимость (9) получена при накатывании наружной трапецеидальной резьбы с шагом 5, 6, 8 и 10 мм с использованием заготовок роликов Dз=140÷112 мм и Dр =80÷130 мм, что обусловило следующие параметры процесса накатывания: f/lп.з =0,05÷0,25 мм, lп.з=6÷20 мм, lк.з=5÷10 мм, lп.к = 10÷56 мм.

Расчетное значение сил с достаточной для практики точностью согласуется с экспериментальными данными.

Полученная зависимость отличается универсальностью и позволяет определять значения сил независимо от типа и шага накатываемой резьбы, диаметров роликов и заготовки и различий в конструктивных параметрах резьбовых витков роликов.

С помощью этой формулы может быть проверена, в частности, оптимальность создаваемых конструкций роликов.

Значение тангенциальной силы по экспериментальным данным составляет 0,12—0,15Рр.

Анализ полученной зависимости показывает, что с уменьшением толщины выдавливаемого слоя, произведение периметра и длины дуги контакта витков заборной части и периметра контакта витков калибрующей части силы при накатывании уменьшаются. Оптимальность конструкций отдельных витков роликов и роликов в целом может быть оценена по величинам параметров процесса накатывания, которые они обусловливают. В частности, оптимальное количество витков на калибрующей части роликов nк=2.

В установленной зависимости произведение lп.з lк.з косвенно характеризует площадь контакта Sк.

53

В дальнейшем предполагается установить зависимость, в которой это произведение будет заменено Sк.

Таблица 8

Установленная зависимость действительна при накатывании резьб в конструкционной углеродистой стали твердостью НВ 183—201.

При изменении твердости необходимо пользоваться поправочными коэффициентами (табл. 8), установленными из условий пропорциональной зависимости величин сил от твердости.

РАСЧЕТ РОЛИКОВ К РЕЗЬБОНАКАТНЫМ ГОЛОВКАМ

В большинстве рассмотренных конструкций резьбонакатных головок (типов ВНГН, ГУР, РНГМ и др.) перемещение роликов к оси и от оси заготовки осуществляется с помощью эксцентрикового устройства. Диаметр роликов при этом должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить надежную работу механизма раскрытия и минимально необходимый зазор между роликами и деталью при отводе головки.

Зазор между роликами и деталью (рис. 23) аналитически может быть представлен зависимостью

где О1О—межцентровое расстояние между эксцентриковой осью и деталью, мм (величина, постоянная для данной конструкции головки определенного типоразмера);

ε—эксцентриситет, мм;

54

φр — угол раскрытия, град; Dр—наружный диаметр ролика, мм;

Dд — наименьший внутренний диаметр детали, мм.

Рис. 23. Схема расположения ролика и заготовки: 1 — в момент накатывания; 2—3 момент раскрытия

В момент накатывания зазор Δ=0 и φр=φн. При этих условиях

Во избежание заклинивания эксцентриковых осей и обеспечения безотказного быстрого раскрытия головки в конце хода угол φн следует принимать равным 50—55°.

После раскрытия головки зазор должен быть:

где Δ'—зазор между наружными диаметрами роликов и накатываемой резьбы;

где t — теоретическая высота профиля накатываемой резьбы, мм; Н0d1—нижнее отклонение по внутреннему диаметру, принимаемое для

меньшей степени точности накатываемы резьб.

Зазор Δ' принимается равным для метрических резьб диаметром до 5 мм 0,5 мм, диаметром 5—20 мм—1 мм, для резьб большего диаметра— 1,5 мм.

55

Для трапецеидальных резьб зазор Δ'=2—4 мм в зависимости от длины, диаметра и шага накатываемой резьбы.

При величине зазора Δ, определенной по формуле (11), угол раскрытия φр не должен превышать 170°:

При φр> 170° накатывание рекомендуется производить головкой другого типоразмера.

Рассчитанное значение наружного диаметра ролика обычно округляют до целого числа.

Наружный диаметр резьбы ролика для резьбонакатных головок тангенциального типа может быть определен [29] по зависимости

где Kр и Kи—число заходов ролика и изделия;

dз и dв—диаметр заготовки и внутренний диаметр накатываемой резьбы, мм; Pср = (3,5—4) Ơт—удельное среднее давление, МПа;

Е—модуль упругости обрабатываемого металла, МПа; Ơт — предел текучести, МПа.

После определения наружного диаметра ролика определяют его средний и внутренний диаметры, для чего рассчитывают значение высот головки t1р и ножки t2р витка ролика (расстояния от среднего диаметра до вершин выступов и впадин витков калибрующей части), обеспечивающие возможность работы как открытым, так и замкнутым контуром.

Для трапецеидальной резьбы

где ;t1 и t2—номинальная рабочая высота головки и ножки накатываемой резьбы; Р— шаг накатываемой резьбы, мм;

изг—допуск на изготовление, мм;

где H1— рабочая высота профиля резьбы, мм. Радиус при вершине R=0,19 Р.

Допуск на изготовление принимается равным для шагов Р≤2 мм 0,02 мм; для Р=2,5÷5 мм—0,03 мм и для Р>5 мм—0,04 мм.

В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов

где ас — номинальный зазор в резьбовом соединении (ГОСТ 9484— 73).

56

Для метрической резьбы

где t2=0,217Р и t1=0,325Р. Радиус при вершине R=0,126Р.

Допуск на изготовление принимается равным 0,01 мм (Р≤1 мм); 0,02 мм (Р=1,25—3,0 мм) и 0,03 мм для больших шагов.

В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов

где t1=t2=0,32Р (ГОСТ 6357—73).

Радиусы при вершине и впадине витка ролика R1=(0,136Р—0,043) мм и R2= (0,137Р+0,026) мм.

Ширина роликов Вр определяется по максимальному шагу резьбы, накатываемой данной головкой. За основу берется ролик с односторонней заборной частью (первый в комплекте):

где nз—количество витков на заборной части;

l1—расстояние от переднего торца до первого витка заборной части; l´1—расстояние от заднего торца до последнего витка калибрующей части.

При определении ширины ролика принимали nз=2 или nз=3 (максимально возможное количество витков), С целью уменьшения сил накатывания число витков калибрующей части следует назначать наименьшим, т. е. nк=2 читывая уменьшение расстояния l1от ролика к ролику за счет смещения витков на величину P/z приводящее к уменьшению количества полных калибрующих витков на ряде роликов, принимаем для первого ролика nK=3.

С уменьшением шага накатываемой резьбы при неизменном l1 размер l´1 будет увеличиваться.

Ширина первого ролика при двусторонней заборной части связана с параметрами ролика соотношением

где l1=Р/2+Δl и l´1=(z-1)P/z+l1, причем поправка l≥0.

Здесь учтено, что при работе другой стороной ролика первый ролик должен работать, как последний.

При заданных ширине и параметрах ролика поправка l на величину l1 и l ´1 определяется из зависимости

57

Основные методические положения по конструированию заборной части роликов с конической схемой расположения кольцевых витков на заборной части (см. рис. 22), разработанные применительно к роликам для накатывания резьбы на водогазопроводных трубах [30], распространяются также на ролики для накатывания резьбы на сплошных изделиях и сводятся к следующему;

1) выбор закона распределения FI=f(i) площадей, деформируемых отдельными витками;

2)определение общей (накопленной) площади деформирования ΣFI=Ψ(i), нарастающей от витка к витку с учетом установленного закона распределения;

3)установление закона изменения F=φ(Hвн). Деформируемой площади от величины Hвн подъема витков (глубины внедрения вершины витка в заготовку) при принятой форме витков заборной части;

4)определение величины Hвн подъема каждого витка из зависимости F=φ(Hвн) путем подстановки в нее значения ΣFI , относящегося к данному витку.

В этих закономерностях i—порядковый номер витка, количество которых может изменяться от 1 до п (п—количество витков на заборной части).

Этапы расчета рабочей части роликов

1.Высота профиля и форма витков калибрующей части назначаются в соответствии с установленными зависимостями.

2.Радиус при вершине витков заборной части Р принимается равным радиусу при вершине витков калибрующей части, т. е. 0.126Р для метрической резьбы, 0.19Р для трапецеидальной и 0,137P—0,043 для трубной резьб.

3.Величина внедрения витков калибрующей части Hвн.к заготовку определяется из условия равенства выдавливаемой и выдавленной площади, что практически допустимо, причем должно соблюдаться условие

где Hвыд— высота выдавленного профиля;

t1 — номинальная стандартная высота головки образуемой резьбы при заданной ее форме.

Для метрической резьбы Hвн.к=0.31Р при t1=0,325Р с прямолинейной вершиной; для трапецеидальной резьбы Hвн.к=0,35Р при t1=0,25Р; для трубной резьбы Hвн.к =0,ЗЗР при t1=0,ЗЗР с закругленной вершиной (R=0,137Р+0,026).

58

4.Величина внедрения первого витка Hвн.1, назначается равной Hвн.1=0,25Р. Такая величина всегда обеспечивает контакт первого витка с заготовкой при нагрузке на первый виток значительно меньшей, чем на любой последующий виток, что улучшает условия захвата заготовки роликов в начальный момент накатывания.

5.Площадь F=φ(Hвн) , выдавливаемая отдельными витками при закругленной вершине витка (см. рис. 21, б), определяется из следующих зависимостей:

при Hвн≤HR

при Hвн≥HR

где

6.Площадь Fк общая (накопленная) площадь деформирования, приходящаяся на первый калибрующий виток, определяется из зависимости (12), путем подстановки при Hвн.к=Hвн.

7.Площадь деформирования Fi и суммарная площадь деформирования ΣFi, приходящаяся на каждый виток, начиная со второго, определяется с использованием зависимостей

где d´—разность прогрессии.

Эти зависимости установлены из условия, что деформируемые площади распределяются по отдельным виткам по закону арифметической прогрессии.

Разность прогрессии выбирается так, чтобы площадь, деформируемая последним витком, была в два-три раза меньше площади, деформируемой вторым витком.

8. Величина внедрения каждого витка при Hвн определяется с использованием зависимости (12) путем подстановки в нее общей площади деформирования ΣFi, относящейся к данному витку, из зависимости (13); величина занижения витков заборной части относительно калибрующих витков представляет разность Hвн.к-Hвнi.

59

ВЫВОДЫ

1.На основании анализа отечественной и зарубежной литературы. последних исследований и опыта практического использования даны рекомендаций по конструированию, особенностям изготовления и области применения метчиков различных модификаций, резьбонарезных резцов (гребенок), резьбонакатных головок и роликов к ним.

2.Существенный резерв увеличения производительности процесса и стойкости инструмента—конструирование метчиков из расчета наименьшей толщины срезаемого слоя 0,008—0,015 мм и увеличенного числа канавок.

3.Установлен важный критерий работоспособности метчиков, связанный

собеспечением удовлетворительных условий для размещения стружки в канавках метчиков и характеризуемый коэффициентом помещаемости Кс=0,5.

4.При нарезании точных резьб степени точности 4 и класса Ао следует применять метчики с бочкообразными зубьями. При этом наиболее эффективны и технологичны в изготовлении конструкции метчиков с режуще-ведущими зубьями, у которых ведущие участки начинают сразу от передней поверхности.

5.При нарезании резьбы в труднообрабатываемых материалах рекомендуется применение высокопрочных метчиков с переменным сечением канавок, метчиков с корригированным профилем, двухступенчатых и комплектных метчиков, Наибольшая эффективность процесса достигается при работе с толщинами срезаемого слоя 0,01—0,055 мм, что следует учитывать при назначении и конструировании метчиков как для сквозных, так и для глухих отверстий.

При нарезании резьбы в глухих отверстиях следует применять комплектные метчики с двойной заборной частью предложенной в обзоре конструкции, предусматривающей наличие на чистовом метчике положительных передних углов 7—10° и предотвращающей сколы режущих зубьев при вывертывании.

6.При нарезании резьбы в сквозных отверстиях как в обычных, так и в труднообрабатываемых материалах, целесообразно применение двухступенчатых метчиков с различными передними углами на черновойл чистовой ступени.

7.При конструировании метчиков-протяжек, наиболее эффективных при нарезании сквозных резьб большой длины с крупным шагом и многозаходных резьб, следует исходить из двух основных требований: обеспечения достаточной прочности метчиков и благоприятных условий для размещения стружки в соответствии с приведенными зависимостями.

8.При нарезании резцами и гребенками целесообразно применение комбинированной схемы резания с предварительным и профилирующим инструментом.

60