§ 3. Накатывание резьбы

Накатывание резьбы основано на использовании пластиче­ских свойств металлов, формирование резьбы происходит за счет перераспределения элементарных объемов заготовки, причем ее исходный объем остается приближенно постоянным.

Под влиянием пластической деформации при накатывании резьбы изменяются физико-механические свойства поверхностного слоя; образуется наклеп, повышающий твердость и прочность; создаются остаточные сжимающие напряжения; видоизменяется форма и ориентация кристаллов. Образующийся при накатывании наклеп поверхностного слоя, напряжения сжатия способствуют повышению циклической прочности резьбовых соединений. Процесс накатывания резьбы по сравнению с обработкой резанием более производителен. Накатывание резьбы можно осуществлять на углеродистых, легированных, нержавеющих сталях, на медных, алюминиевых, титановых сплавах, если их относительное удли­нение не меньше 12%, а твердость HRC < 35. В отдельных слу­чаях можно накатывать резьбу при меньшей пластичности и сжатия способствуют повышению циклической прочности резьбовых соединений. По сравненииию с резанием процесс более производителен. Нактывание можно выполнять на углеродистых, легированных, нержавеющих сталях, медных алюминиевых, титановых сплавах, если их относительное удлинение не меньше 12%, а твёрдость HRC <35. В отдельны случаях можно накатывать резьбу при меньшей пластичности и боль­шой твердости металла (относительное удлинение не меньше 8%, а твердость — до 40 HRC), но стойкость резьбонакатного инстру­мента при этом резко снижается.

В настоящее время используют три способа накатывания резьбы: а) с тангенциальной подачей инструмента на накатывае­мую заготовку; б) с радиальной подачей инструмента на накаты­ваемую заготовку; в) с продольным перемещением заготовки или инструмента. При тангенциальной подаче в качестве инструмента используют плоские плашки (рис. 7.79, а), два ролика разных диа­метров (рис. 7.79, б), вращающиеся плашки (ролик) и неподвижный сектор (или секторы) (рис. 7.79, в).

При радиальной подаче в качестве инструмента применяют один, два или три ролика равного диаметра (рис. 7.79, г). При про­дольном перемещении, основанном на принципе самозатягивания заготовки или инструмента в процессе накатывания (рис. 7.79, д), в качестве инструмента используются ролики, установленные на специальных станках или в резьбонакатных головках, которые используют на универсальных металлорежущих станках.

Накатывание плоскими плашками. Применяют для получения резьбы 9-го (реже 6-го) квалитета точности диаметром 1,0— 27,0 мм (на ряде заводов накатывались резьбы диаметром менее 1,0 мм) на болтах, винтах и шурупах. Плоские плашки работают в комплекте из двух штук: одна плашка неподвижна, а другая вместе с ползуном станка совершает поступательно-возвратное движение. Направление угла подъема резьбы на плашках про­тивоположно направлению накатываемой резьбы. В направлении оси накатываемой детали резьбовые профили плашек должны быть сдвинуты, считая от установочной поверхности, на 0,5S (где S — шаг резьбы) с допустимым отклонением ±'0,02 мм. Рабочая сторона неподвижной плашки имеет заборную, калибрующую и сбрасывающую части. Рабочая сторона подвижной плашки прямо­линейна. Подвижная плашка длиннее неподвижной, что необхо­димо для исключения затягивания накатываемой детали при об­ратном ходе подвижной плашки. Размеры накатных плашек для метрической резьбы и основные элементы профиля этих плашек регламентированы ГОСТом 2248—60.

Рис. 7.79. Способы накатывания резь­бы: а — плоскими плашками (1 — плоские плашки; 2—заготов­ка); б—двумя роли­ками разных диамет­ров (1, 2 — ролики; 3 — заготовки); в — вращающейся плаш­кой (роликом) и непо­движным сектором (1 —неподвижные секторы; 2—вращаю­щиеся секторы; 3 — заготовка); г — роли­ками с радиальной подачей (1— ролики; 2 — заготовки; 3 — стойка); д — роликами с про­дольной подачей (1 — ролики; 2 — заготовка)

Накатные плашки изготовляют из стали марок Х12У; Х12Ф1; Х12ТФ; Х6ВФ; 9ХС. Твердость плашек после термической обра­ботки составляет 58—62 HRC. Усилие накатывания резьбы пло­скими плашками рассчитывается по формулам. Радиальная со­ставляющая P_R (нормальная к профилю резьбы)

где 1_Р — длина накатываемой резьбы в мм; t_e — глубина резьбы в мм; S — шаг резьбы в мм; ε — угол профиля резьбы в град; ω— угол подъема винтовой поверхности резьбы в град; r — радиус заготовки; НВ — твердость заготовки.

Тангенциальная составляющая усилия накатывания P_t (по обра­зующей профиля) равна P_t = (0,15 — 0,18) P_R.

Скорость накатывания резьбы зависит от механических свойств материала детали. Средняя скорость v_cp рассчитывается по фор­муле

а число оборотов заготовки в минуту п₁ по формуле

где I — путь ползуна;

п — число двойных ходов;

d_cp — средний диаметр накатываемой резьбы в мм; L_H._n — длина неподвижной плашки в мм.

Шероховатость поверхности резьбы накатанной плашки за­висит от исходного состояния и размеров заготовки, качества плашек и соответствует Ra=1,25…0,16 мкм.

Накатывание двумя роликами с разными диаметрами (рис. 7.79, б) используется для резьб диаметром 1—10 мм. Он осо­бенно удобен для накатывания деталей без головок с резьбой по всей длине. Оси роликов, имеющих винтовую нарезку, параллельны оси накатываемой заготовки и вращаются в одном направлении, но с различными скоростями. Расстояние между осями роликов L за весь период накатки остается постоянным и определяется по формуле

где D_1ср и D_2ср -средние диаметры ведущего и ведомого роликов;

d_ср -средний диаметр накатываемой резьбы;

ΔL₁ -поправка, учитывающая жесткость станка, упругое восстановление среднего диаметра резьбы, допуск на средний диаметр резьбы и др., определяется экспериментально.

Поданная заготовка захватывается роликами и, вращаясь вокруг своей оси, одновременно перемещается между роликами, в результате чего и накатывается резьба заданных размеров. Для обеспечения захвата заготовки роликами и полного профилиро­вания резьбы необходимо определенное соотношение между сред­ними диаметрами ведущего и ведомого роликов, а также между сред­ним диаметром ведущего ролика и средним диаметром накатывае­мой резьбы, при котором коэффициент трения между роликом и заготовкой был бы

больше угла захвата заготовки роликом. Эти соотношения имеют следующие значения:

где D_{1ср. наим} -наименьший допустимый диаметр большего (ведущего) ролика;

D_{2ср. наим} -диаметр меньшего (ведомого) ролика;

d₁ - внутренний диаметр накатываемой резьбы;

d_ср -средний диаметр накатываемой резьбы;

f -коэффициент трения между роликами и заготов­кой, f =0,1.

Точность резьбы, накатанной двумя роликами разного диа­метра, соответствует по всем параметрам 6-му квалитету точности, шероховатость поверхности профиля резьбы — R_a =2,5…0,32 мкм.

Накатывание вращающимся роликом и неподвижным сектором (рис. 7.79, в). Заготовка поступает в зазор между вращающимся роликом и неподвижным сектором, в процессе накатывания резьбы совершая планетарное движение с одновременным вращением от­носительно собственной оси и оси ролика с незначительным сколь­жением, получает отпечаток резьбы инструмента. Резьба на ро­лике и секторе многозаходная с одинаковыми углами подъема. Для накатывания правой резьбы резьба на ролике левая, а на секторе правая; для накатывания левой резьбы резьба на ролике правая, а на секторе левая.

Накатывание резьбы вращающимся роликом и неподвижным сектором производят на специальных станках типа МНК-02 или на специальных приспособлениях, устанавливаемых на токарном станке.

Накатывание резьбы одним, двумя и тремя роликами. Нака­тывание резьбы одним и тремя роликами используется редко. На­катывание двумя роликами с осями, параллельными оси заготовки, применяют для резьбы диаметром от 0,3 до 120 мм на сплошных и полых заготовках. Ролики имеют одинаковый диаметр и враща­ются в одну сторону. Между роликами на поддерживающем ноже расположена заготовка, которая свободно вращается и переме­щается одним из роликов в радиальном направлении; движение радиальной подачи осуществляется одним роликом. Радиальные подачи при накатывании двумя роликами зависят от шага накаты­ваемой резьбы и механических свойств металла детали. Скорость накатывания двумя роликами с радиальной подачей зависит от механических свойств материала накатываемой детали. Для латуни, алюминиевых сплавов, мягкой стали v = 80-100 м/мин, для стали средней твердости v = 40-60 м/мин, а для твердой стали и титановых сплавов v = 12-20 м/мин. Усилия для на­катывания метрической резьбы рассчитывают по формулам

; P_t = 0,008 Р_R,

где Р_R — сила радиального давления в кГ;σ_Т — предел текучести металла в момент накатывания в кГ/мм²;Е — модуль упругости в кГ/мм²; D_H — наружный диаметр ролика в мм; d_x — внутренний диаметр резьбы в мм; а — ширина вершины и впадины резьбы в мм; d_заг — диаметр заготовки в мм; а — угол профиля резьбы в град; k — число накатываемых ниток; P_t — тангенциальная сила, создающая момент, вращающий заготовку вокруг оси, в кГ.

Размеры резьбонакатных роликов выбирают исходя из диаметра накатываемой резьбы и возможностей станка, т. е. наибольшего и наименьшего расстояния между осями шпинделей. Размеры роли­ков для накатки регламентированы ГОСТом 9539—60. Ролики изготовляют из стали марок Х12М, Х6ВФ.

Накатывание резьбы с продольным перемещением заготовки. В качестве инструмента для накатывания используют два ролика с кольцевой нарезкой. Расстояние между осями роликов сохра­няется постоянным. Оси роликов перекрещиваются под углом, соответствующим углу подъема накатываемой резьбы по сред­нему диаметру. При каждом обороте вокруг своей оси заготовка перемещается в осевом направлении на величину шага резьбы. Одним и тем же комплектом роликов накатывается резьба данного шага на заготовках различных диаметров и различного направ­ления. Диаметры накатных роликов не зависят от диаметра нака­тываемой резьбы. Ролики с кольцевой нарезкой имеют заборную и калибрующую части. Угол заборной части 3°. Так как ролики с кольцевой нарезкой устанавливаются относительно оси нака­тываемой детали под углом, размеры шага и угла профиля резьбы ролика должны быть скорректированы и рассчитаны по формулам

где S -номинальный шаг резьбы в мм; α - номинальный угол профиля резьбы в град; φ - номинальный угол подъема резьбы по среднему диаметру в град.

Накатывание резьбы с продольной подачей заготовки иногда осуществляется роликами с винтовой нарезкой. В этом случае перемещение заготовки основано на разнице углов подъема резьбы детали и роликов при условии, что оси их параллельны. Осевой шаг резьбы роликов равен шагу резьбы накатываемой детали, а угол подъема витков ролика — больше или меньше угла подъема резьбы детали.

Для накатывания резьбы с продольной подачей и роликами с винтовой нарезкой используют обычные резьбонакатные станки,

Рис. 7.80. Резьбонакатная головка: 1 — стопорные винты; 2—корпус; 3—рукоятки; 4 — оси с зубчатыми венцами; 5—игольчатые ролики; 6— резьбонакатные ролики; 7— шайбы; 8 — винты; 9 — центральная втулка с зубчатым венцом

а роликами с кольцевой нарезкой — станки типа РН-10К. В при­боростроении чаще используют для этой цели резьбонакатные го­ловки. Резьбонакатные головки по способу работы на станке бывают вращающиеся и неподвижные, а по циклу работы ревер­сивные и нереверсивные (раскрывающиеся и нераскрывающиеся).

Нераскрывающаяся головка показана на рис. 7.80. Головка устанавливается в державку станка. Раскрывающиеся головки выполняют на базе винторезных головок.

Существует большое число разнообразных формул для рас­чета диаметра заготовки. В основу всех формул положено условие равенства объемов материала до и после накатывания. Наиболее точные ре­зультаты дает формула, предложенная М. И. Писаревским:

для резьб по ГОСТу 9150—59 формула имеет вид

соответственно наружный, внутренний и сред­ний диаметры резьбы;

угол при вершине резьбы;

шаг резьбы.

Формула пригодна для всех случаев накатывания резьбы за исключением накатывания с продольной подачей, где имеет место увеличение длины заготовки в процессе накатывания. Диаметр заготовки в этом случае устанавливается опытным путем. В тех случаях, когда резьба накаты­вается головками, форму заготовки следует выполнять так, как показано на рис. 7.81

.

Рис. 7.81. Форма заготовки при нака­тывании резьбы

Накатывание внутренних резьб. Получение внутренних резьб методом пластического де­формирования может быть реко­мендовано главным образом для деталей из цветных металлов и сплавов, а также черных металлов и сплавов при условии, диаметр резьбы находится в пределах от М3х0,5 до М10x 1,5 при длине до 3d (при алюминии до 6d). В качестве инструмента накатывания резьбы применяют раскатники из стали марки Р18, Х12М, Х12Ф1 или твердого сплава. Раскатник по форме напоминает метчик (без канавок) и состоит из заборного конуса, калибрующей части и хвостовика. Заборная часть выполнена в конической резьбы с полным профилем, калибрующая часть т длину от 8 до 20 витков (чем меньше шаг резьбы, тем больше витков). В поперечном сечении рабочая часть имеет трехгранную форму (огранку). В качестве кривой для затылования профиля поперечного сечения раскатников принята архимедова спирль. С целью снижения величины крутящего момента раскатники с диаметром свыше 5 мм следует снабжать смазочными канавками на всей длине рабочей части на нерабочих участках профиля. Число канавок соответствует числу граней.

Скорость раскатывания в сталях составляет 6—10 м/м а цветных металлов и сплавов до 30 м/мин. При повышенных требованиях к качеству поверхности (Ra =0,63-0,15 мкм) скорость раскатывания до 16 м/мин. Диаметр отверстия под раскатывание рассчитывается по формуле

-наружный диаметр раскатника в мм;

• диаметр накатываемой резьбы в мм;

• шаг резьбы в мм;

• средний диаметр резьбы раскатника в мм;

• средний диаметр накатываемой резьбы в мм;

• допуск на средний диаметр накатываемой резьбы в мм;

• внутренний диаметр накатываемой резьбы в мм.

Опыты по накатыванию внутренних резьб, приведенные

О.С. Андреичиковым показывают, что прочность резьбы на срез выше, чем у резьбы, полученной метчиками, стойкость раскатников в 6—50 раз выше стойкости метчиков.

В заключение следует указать, что для накатывания внутрен­ней резьбы не требуется специального оборудования и оснастки.

331