Накатывание внутренней резьбы

Накатка резьбы: существующие методы и их особенности

Резьбовые детали — это особый вид деталей, у которых для соединения с объектом или друг с другом используется резьба. В современной промышленности для нанесения резьбовых соединений зачастую используют метод накатки. Он заключается в том, что в заготовке из металла при помощи оборудования давлением металл выдавливается и накатывается на вершину резьбы. Резьбовое соединение при этом, приобретает повышенную прочность, за счет изменения пластичности металла. В современной промышленности для выполнения накатывания используют плашки, а также приводной или бесприводной инструмент цилиндрической формы.

Накатка плоскими плашками

Метод предусматривает использования не одной плашки, а комплекта из нескольких. Одну обязательно соединяют с ползуном станка и поэтому она движется возвратно-поступательно. Вторая монтируется на станке и остается статичной. Первая, двигаясь, захватывает деталь и прокатывает ее по неподвижной производя накатку. Рассмотрим возможные варианты использования плашек при накатке:

  1. Накатывание двумя плашками, одна при этом подвижная, а вторая нет. При этом способе накатки заготовка размещается между плашками. Их боковые стороны — это прямолинейные плоскости, которые выполнены под углом и соответствуют сечению резьбового профиля. Подвижная плашка движется прямо, а тангенциальное усилие поворачивает заготовку вокруг своей оси. Для передачи резьбового профиля от плашки к заготовке необходимо применить радиальное усилие, которое в свою очередь будет перпендикулярно оси. Таким способом можно изготавливать все виды резьбовых деталей, имеющих форму цилиндра и рифления по форме треугольника или трапеции: болты, винты, шпильки, шурупы и т.д.
  2. Накатывание тремя плашками, где одна подвижная, а две нет. Данный метод помогает значительно ускорить выработку. Заготовки подают на статичные плашки. Когда плашка совершает прямой ход, резьба наносится на первую заготовку, а когда возвращается на вторую. Таким способом можно изготавливать все виды резьбовых деталей, имеющих форму цилиндра и рифления по форме треугольника или трапеции
  3. Накатывание двумя плашками, где одна неподвижная, а другая подвижная и имеет несколько заборных частей. Механизм специализированной подвижной плашки состоит из 2-х частей забора, а это позволяет производить одновременно накатывать резьбу на две заготовки. Данный метод накатывания используется для изготовления только цилиндрических изделий.
  4. Накатывание плашкой, оборудованной специальными вставками. Этот метод позволяет выполнять одновременную накатку на несколько цилиндрических заготовок, при условии, что длина вставок равна длине резьбы большого диаметра.

Накатка при помощи приводного цилиндрического инструмента

Такой метод накатки технически значительно превосходит предыдущий так как здесь применяют ролики. Накатка выполняется на специальных резьбонакатных станках. Главное отличие этого метода в том, что инструмент на обрабатываемую заготовку может подаваться: тангенциально, радиально, продольно и комбинированно.

Способы накатки с тангенциальной подачей инструмента на заготовку

Может выполняться следующим образом:

  1. Накатывание при помощи вращающегося резьбового ролика и резьбовых сегментов (подвижных или неподвижных роликов) – это планетарный процесс накатывания. Такой вид накатки выполняется на станках планетарного типа. Данный метод характеризуется тем, что должно выдерживаться соответствие между профилем резьбы и внешней поверхностью ролика, а также внутренней поверхности сегмента. При накатке заготовка должна располагаться между рабочей поверхностью ролика и сегментов. Причем при увеличении сегмента снижается накатной путь и увеличивается производительность процесса, которая напрямую зависит от номинального диаметра резьбы при накатке и от состояния пластичности материала из которого выполнена заготовка. Этот метод не очень широко применяется ввиду своей высокой себестоимости из-за высокой цены инструмента и оборудования. Применим он только в крупносерийном и массовом производстве для изготовления болтов, шпилек, винтов, гаек, имеющих резьбу 2-го и 3-го класса точности.
  2. Накатывание специальными затылованными роликами. У такого вида роликов на рабочей поверхности одного или обоих роликов имеются следующие части: выемка, заборная, калибрующая и сбрасывающая части. Выемка предназначена для введения заготовки в зону накатывания так и вывода ее по окончанию процесса накатывания. Сбрасывающая и калибрующая части имеют полный профиль резьбы. У заборной части из-за затыловки по высоте профиль неполный. При таком способе накатки нет необходимости в сближении роликов, а это значительно упрощает кинематическая схема резьбонакатного станка. В тех случаях, когда применяются две пары затылованных роликов, процесс накатывания значительно ускоряется. Резьбу можно наносить одновременно на два конца изделия или же обрабатывать сразу две детали. Применяют такой способ накатывания при производстве: винтов, пустотелых резьбовых деталей, болтов, метчиков, резьбовых калибров и прочих изделий, имеющих коническую и цилиндрическую резьбу треугольного, трапецеидального и круглого профиля.
  3. Накатывание роликами с различным диаметром, но равным числом оборотов. Этот способ используют для накатки мелких шлицев, рифлений, зубьев, разверток, концевые фрезы и др., а также для калибровки вращающихся тел, для полирования, правки валиков и других схожих деталей, а также для того, чтобы создать кольцевые выступы и канавки. Также накатывание роликами с различным диаметром применяют при накатке разного рода профилей: ромбической, прямой и угловой формы.
  4. Накатывание роликами с одинаковым диаметром, но с различным числом оборотов. Данный метод, также, как и метод накатывания при помощи роликов с различными диаметрами окружности, используется для накатывания мелких шлицев, рифлений, зубьев, различных режущих инструментов (развертки, концевые фрезы и др.), а также используют для калибрования вращающихся тел, для полирования, правки валиков и других схожих деталей, а также для того, чтобы создать кольцевые выступы и канавки. Накатывание роликами с различными диаметрами используют для накатывания различных резьбовых профилей: ромбической, прямой и угловой формы.

Способ накатки с радиальной подачей инструмента на заготовку

Может осуществляться следующим образом:

  1. Накатка одним роликом с винтовой нарезкой. Такой метод используют при накатке головки болта, участка позади буртика и прочих деталей с относительно не длинным стержнем, выполненных из цветных металлов и сплавов.
  2. Накатка двумя многозаходными роликами с винтовой нарезкой. Данный метод используется для накатывания резьбы на следующие детали: болты, винты, шпильки и иные детали. Также данный способ используют для создания метчиков, микрометрических и ходовых винтов, а также для резьбовых калибров.
  3. Накатывание тремя роликами с винтовой нарезкой. Данный метод используют для накатки резьбы не на резьбонакатных станках.

Способ накатки резьбы с продольной (осевой) подачей заготовки одним, двумя или тремя роликами с кольцевой нарезкой

Этот способ, по аналогии с радиальной подачей имеет те же самые способы накатки. При обработке заготовки этим методом перемещение происходит вращением роликов за счет ввинчивания или вывинчивания самой заготовки. Накатывания осуществляется двумя или тремя роликами с кольцевой нарезкой, путем движения заготовки вдоль собственной оси, однако расстояние между осями роликов при этом остается неизменным. Преимуществом данного метода является то, что накатывать можно накатывать резьбу на заготовку любой длины, данный процесс является независимым от ширины роликов.

Способ накатки резьбы с радиально-осевой подачей заготовки

Этот метод отличается тем, что угол подъема нарезки ролика равен нулю. При этом применяются ролики с кольцевой нарезкой. Конструктивно это выглядит так: оси роликов наклонены в сторону оси заготовки под углом подъема резьбы. Применяют данный метод только при изготовлении длинных видов резьбы.

Накатывание резьбы неприводным цилиндрическим инструментом с тангенциальной подачей при помощи вращающихся резьбонакатных головок

Данный метод используется при изготовлении протяженных цилиндрических резьб трапецеидальных и треугольных форм профилей на неподвижно установленной детали. Также его применяют при изготовлении деталей которые ввиду своей формы не могут обрабатываться на резьбонакатных станках (например, тройники). Резьба, нанесенная таким способом в массовом производстве, имеет второй класс точности резьбы.

Виды дефектов, возникающих в результате накатки и их причины

В основном дефекты, которые возникают во время накатывания резьбы, связаны с механическим воздействием в данном процессе. Виды дефектов металла, которые могут возникнуть:

  • выкрашивание;
  • шелушение;
  • отслаивание;
  • растрескивание;
  • вырывание поверхностного слоя;
  • образование дефектов на поверхности (закаты, складки, наслоения, заусенцы и т.п.).

К факторам которые могут существенно повлиять на качество изделия после накатки на него резьбы относят:

  • Качество используемого для производства заготовки материала;
  • Качество выполнения заготовки для накатывания резьбы;
  • Качество инструмента, применяемого в процессе резьбонакатки;
  • Квалификация работников, производящих наладку резьбонакатного автомата и резьбообразующего инструмента.

Где можно произвести накатку резьбы в Санкт-Петербурге?

Накатка резьбы в Санкт-Петербургском можно выполнить на Заводе крепежных изделий. Наши мастера профессионально выполняют работы по накатыванию любого вида резьбы на современных резьбонакатных станках высокой точности. Качество изделий гарантируется производимым строгим контролем на всех этапах.

Накатка резьбы: технологии и особенности

Хотя развитие современных технологии в машиностроении сделало возможным замену множества металлических деталей более практичными твердотельными пластиками и композитами, потребность в стальных элементах по-прежнему сохраняется. Остаются актуальными и технологии обработки металлов, но и в этой сфере появляются новые методы и средства. Так, накатка резьбы, заменившая традиционную резку, позволила оптимизировать производственный процесс изготовления деталей и повысить качество винтового соединения в принципе.

Особенности процесса накатывания

Технология относится к разновидностям поперечной накатки, но в данном случае упор делается на использование роликов применительно к цилиндрическим заготовкам. Метод также ориентируется на принципы выдавливания винтового профиля, что позволяет мягче формировать резьбу, придерживаясь технического задания до мельчайших размерных показателей. К особенностям же процесса накатки резьбы можно отнести следующее:

  • Отсутствие разрушения внутренней структуры металлической заготовки. Это относится также к коррозийностойким, жаропрочным и специальным видам сталей. Именно мягкое деформационное воздействие исключает нежелательные процессы избыточного давления на металл.
  • Происходит упрочнение наружных слоев заготовки, а также увеличивается нагрузочная способность элемента.

К этим преимуществам стоит добавить и характеристики самого винтового профиля. Вследствие скольжения накатки рельефная поверхность обретает оптимальные показатели твердости и шероховатости с микроструктурой, благоприятной для контакта с текстурой прилегающих поверхностей.

Накатка двухроликовыми станками

В реализации данного способа применяются резьбонакатные станки-полуавтоматы, позволяющие выполнять с высокой точностью метрические, трапецеидальные и другие винтовые профили. Также выполняются сложные рифления на ходовых деталях и мелкомодульных косозубых колесах. Сам процесс формирования резьбы производится путем обкатывания профиля, который наносится предварительно. Это своего рода накатка насечек на резьбе, образующаяся за счет принудительного вращения роликов. В процессе движения станок выполняет и радиальное перемещение функциональных элементов с помощью приложения усилия от гидравлического привода. В свою очередь, цилиндрическая заготовка находится между роликами на опорной части или в патроне захватывающего устройства. Она вращается под влиянием силы трения, которая формируется при контакте роликов с поверхностью детали и нарастает по мере внедрения деформирующего профиля.

Характеристики роликовых сегментов

Сами ролики для накатывания являются лишь составной частью универсальной машины, однако по принципу своего действия могут выступать и самостоятельными резчиками. В любом случае важно учитывать два основных параметра при выборе данного сегмента – предел прочности и диаметр профиля. Что касается прочностных показателей, то накатка резьбы роликами способна выдерживать до 1400 МПа, поддерживая точность до 0,1 мм. Недостатком же этого способа как раз является ограничение по толщине цилиндра. Например, диапазон по диаметрам обрабатываемых деталей стандартного формата варьируется от 1,5 до 15 мм в среднем. Шаг резьбы при этом будет составлять до 2 мм, а длина – порядка 80 мм. В то же время технология получается довольно затратной с учетом сложности изготовления роликов и автоматов, обслуживающих рабочую инфраструктуру.

Читайте также  Фреза для листового металла

Накатка державками и цилиндрическими головками

Данная оснастка применяется в составе с цилиндрическим неприводным инструментом. В качестве эксплуатирующего оборудования могут задействоваться универсальные металлорежущие агрегаты. Например, в качестве станка для накатки резьбы с державками и цилиндрическими головками вполне могут использоваться токарные, токарно-револьверные и шпиндельные автоматы. Главной технологической особенностью применения самой оснастки можно назвать завершенность и высокую точность процесса. Те же головки обеспечивают окончательную обработку с поддержкой высоких требований относительно параметров биения, соосности и стабильности резьбы. То есть после применения данной операции в специальной доработке уже нет потребности. Но вместе с преимуществами применения державок и головок для накатки есть и недостатки, к которым относят низкую производительность, что исключает возможность применения метода в крупносерийном формате изготовления.

Накатка плашками

Данная технология, напротив, успешно применяется на метизных производствах при серийном выпуске крепежных изделий с обычной точностью. Применение плоских плашек отличается высокой производительностью, при этом требуя подключения простого по своему устройству оборудования. Это обеспечивает и надежность рабочего процесса, и универсальность при изготовлении разных по типоразмеру деталей. Например, диапазон диаметров под накатку резьбы в данном случае будет составлять 1,7-33 мм. Максимум по длине резьбы составит 100 мм, а шаговый отступ находится в рамках 0,3-3 мм. Из негативных сторон применения плашек можно назвать низкие показатели твердости деталей, поскольку оснастка работает только с материалами, предел прочности которых не превышает 900 МПа. С другой стороны, плашки специальных модификаций дают возможность выполнения накатки на самонарезающихся шурупах и винтах за один резьбовой проход.

Ручная накатка резьбы

Механизированные станки на электроприводе не всегда дают ожидаемо точный результат. Они хорошо себя проявляют в поточной обработке и при выполнении сложных задач, связанных с деформацией твердотельного металла. Но, к примеру, накатку на спицах лучше выполнять на ручном станке без привода. Ручного усилия будет достаточно для выдавливания небольших витков на цилиндрической поверхности металла, причем с поддержанием высокой точности. В работе используются компактные станки, устройство которых формируется двумя частями – станиной и рабочей оснасткой с тремя роликами. Процесс накатки резьбы на спицах выполняется через рукоятку, связанную с головкой через вал. Спица интегрируется в цанговый механизм с регулируемым гнездом. При этом важно заранее предусмотреть крайние значения по диаметру заготовки. В среднем для таких станков подходят цилиндрические детали толщиной 1,5-3 мм.

Технология накатки «на проход»

Специальная методика для формирования длинной резьбы более 250 мм. Особенностями данного способа можно назвать осевую подачу заготовки, а также образование угла подъема у роликов по линии винта относительно контура накатки. Если говорить о применяемых станках, то оптимальным будет агрегат с наклонным шпинделем, конструкция которого позволит применять роликовые сегменты с кольцевой нарезкой. Винтовая конфигурация тоже будет разнообразной – возможны левые и правые, одно- и многозаходные профили со строгой выдержкой определенного шага. Максимальный диаметр накатки резьбы этого типа достигает 200 мм при шаге в 16 мм. На практике таким способом часто выполняют резьбовые шпильки с трапецеидальным или метрическим профилем. Для достижения высокой скорости обработки станки обеспечиваются особой трансмиссией, выносные подшипники которой смазываются встроенным механизмом принудительно. Это позволяет достигать частоты вращения порядка 600 об./мин.

Заключение

Технология накатки дает немало преимуществ изготовителю, что выражается в эксплуатационных качествах самой детали и оптимизации рабочего процесса. Но, выбирая этот метод формирования винтовых профилей, следует учитывать и его слабые стороны. Главным недостатком накатки резьбы является быстрый износ обрабатывающей оснастки. У разного инструмента могут стираться профильные витки, происходит износ торцовых фасок и выкрашивание рабочей области. Устранить или минимизировать подобные эффекты позволяет регулярное техобслуживание приспособлений, выражаемое в своевременной правке, заточке и обработке защитной химией по металлу.

Накатка резьбы с использованием роликов – действенная технология

Востребованным и по-настоящему универсальным вариантом накатывания на сегодняшний день признается накатка резьбы с применением специальных роликов. Этот способ отличается уникальным технологическим потенциалом при производстве резьб разной точности, протяженности и сечения.

1 Накатка резьбы с помощью роликов – достоинства и недостатки методики

Под накатыванием роликами понимают операцию пластического холодного деформирования поверхности обрабатываемой детали, при которой металл подвергается высокому давлению.

В результате этого между резьбовыми витками наблюдается явление заполнения впадины, что приводит к формированию требуемой резьбы. Причем подобное деформирование происходит без снятия стружки с заготовки.

Достоинствами данной методики признаются далее приведенные факты:

  • верхняя часть детали характеризуется очень малым уровнем шероховатости;
  • показатель усталостной прочности изделия находится на высоком уровне;
  • производительность операции в несколько раз выше, нежели при использовании стандартной методики, когда резьба нарезается;
  • высокая величина твердости и стойкости против эксплуатационного износа, а также прочностного показателя поверхности заготовки, обусловленная наклепом.

К недостаткам накатки роликами относят то, что, во-первых, по сравнению с процессом шлифования металла она менее точна, во-вторых, требуются достаточно дорогие приспособления для осуществления технологического процесса. Кроме того, при использовании роликов важно грамотно выбирать режим обработки и очень точно рассчитывать геометрические параметры рабочего инструмента и детали. Если эти условия не будут выполнены, возрастает вероятность образования ряда негативных явлений:

  • отслаивание металла по резьбе;
  • чешуйчатость заготовки;
  • большой перенаклеп.

Все упомянутые недостатки и преимущества технологии обусловили то, что чаще всего выполнение резьбы роликами используется в крупносерийном и массовом производстве.

2 Кратко о популярном инструменте для накатывания резьбы

Для упорных, метрических, трапецеидальных и других по профилю резьб применяются плоские резьбонакатные плашки. Данный вид инструмента хорошо зарекомендовал себя также для выполнения винтовых и кольцевых канавок на пластичных деталях, разнообразных рифлений и шурупных резьб.

Используются не отдельные плашки, а их комплект из двух штук. Одна из них соединена с ползуном металлообрабатывающего агрегата, что позволяет ей осуществлять движение возвратно-поступательного характера. Вторая монтируется на рабочей поверхности станка неподвижным образом. Движущаяся плашка при перемещении агрегата захватывает изделие, которое требуется обработать, и по неподвижной плашке осуществляет его прокатку.

Для нанесения внутренних резьб применяют раскатники – похожие на машинные метчики специальные стержни, на которых уже имеется резьба. Они снабжены хвостовиком, калибрующей и заборной частью. Резьба на заготовке получается за счет пластического деформирования (аналогично обработке роликами). Раскатники рекомендуется применять для работы с цветными листовыми металлами, мягкими и вязкими марками стали, материалами с высоким уровнем пластичности.

3 Особенности использования роликов для накатки резьбы

Все описанные выше способы выполнения резьбы по своим технологическим возможностям ощутимо уступают методике, при которой используются ролики. Как правило, применяется два ролика (иногда их может быть три или четыре). А сам рабочий процесс производится на универсальных либо специальных станках для накатки резьбы.

Существует три варианта накатывания резьбы роликами в зависимости от того, каким образом резьбонакатной станок подает рабочий инструмент и изделие: с тангенциальной подачей детали; с радиальной подачей роликов; с осевой подачей заготовки.

Тангенциальная схема обеспечивает высокую производительность агрегата. Она может выполняться подачей:

  • двух роликов цилиндрической формы, каждый из которых имеет собственную окружную скорость;
  • двух пар роликов затылованного типа либо просто двух таких роликов;
  • двух роликов затылованного типа в центрах.

Отличие цилиндрических приспособлений от затылованных заключается в том, что у вторых имеется не только калибрующая и заборная части, но еще и сбрасывающая. По стоимости затылованные ролики дороже обычных, а использовать их можно как на простых станках, на которых шпиндельные узлы находятся в фиксированном положении, так и на специальных полуавтоматических резьбонакатных установках.

В тех случаях, когда применяются две пары затылованных роликов, процесс накатывания резьбы ускоряется. Резьбу можно наносить одновременно на два конца изделия или же обрабатывать сразу две детали. А при монтаже заготовки в центрах станка следует пользоваться крупными по сечению роликами (от 20 до 30 сантиметров).

Более популярным способом накатки резьбы является вариант, когда ролики подаются радиально. Востребованность этой методики обусловлена в первую очередь простотой используемого инструмента и необходимой для выполнения операции оснастки. Обычно накатка производится при помощи двух вращающихся роликов. Радиальную подачу при этом имеет лишь один из них.

При радиальной подаче применяются только цилиндрические ролики, которые соответствуют положениям Государственного стандарта 9539. Они бывают нормальной и повышенной точности, предназначены для нарезания резьбы сечением от 3 до 68 миллиметров (шаг варьируется от 0,5 до 6 миллиметров). Посадочное отверстие таких цилиндрических приспособлений может иметь следующие размеры – 45, 80, 54 или 63 миллиметра.

Геометрические параметры роликов цилиндрической формы устанавливают посредством проведения специальных расчетов, при которых во внимание принимается уровень точности, шаг, сечение и протяженность резьбы, которую требуется произвести. Очень важным представляется и то, чтобы винтовая линия на резьбе и на роликах характеризовалась идентичными углами подъемов. Именно по этой причине на роликах резьба выполняется многозаходной.

Если на изделие необходимо накатать длинную резьбу, в большинстве случаев применяется схема осевой подачи детали. Она производится на средней скорости порядка 9 тысяч миллиметров в минуту. Данная схема реализуется крайне редко, так как при ней отмечается уменьшение прочности инструмента, вызванное проскальзыванием витков обрабатываемого изделия и роликов, а также наличие погрешности шага (на каждые 10 сантиметров длины около 10 микрометров).

4 Информация о резьбонакатных станках

Для накатки резьбы используются полуавтоматические станки с двумя либо тремя роликами. Любой резьбонакатной станок состоит из двух основных частей:

  • гидравлического привода, который необходим для формирования накатывающего усилия для деформирования изделия и формирования требуемой резьбы;
  • устройства для вращения в одном направлении роликов.

Такие агрегаты могут функционировать в следующих рабочих режимах: автоматический и полуавтоматический; наладочный; работа без отвода резьбонарезной головки на упоре.

Некоторые станки, кроме того, оснащаются дополнительными приспособлениями, что значительно расширяет их рабочие возможности и ускоряет процесс накатывания резьбы роликами. Например, механизм поворота шпиндельного узла дает возможность выполнять операцию с осевой подачей, а устройства автозагрузки и автовыгрузки изделий позволяют интегрировать оборудование в линии и мощные комплексы крупносерийного производства.

Небольшой обзор популярных резьбонакатных агрегатов:

  • «PEE-WEE»: экономичные, высокотехнологичные и надежные установки из Германии с различными показателями давления накатки (5–60 тонн). Все модели снабжаются на заводе механизмом автоматической загрузки деталей, могут оснащаться шпинделями наклонного типа, что обеспечивает возможность работы с профилями большой длины.
  • «PROFIROLL»: немецкие станки, отличающиеся простой переналадкой, оборудованные качественной и понятной системой управления. Нельзя не отметить их долговечность и простоту обслуживания.
  • «В28»: недорогое белорусское оборудование для радиальной и осевой обработки с усилием сжатия от 80 (модель «В28-80») до 630 («В28-630») кН.
  • Станки от Азовского комбината кузнечно-прессового оборудования: «A9527», «A9524», «AA9521.02 (03)» и другие.
Читайте также  Как сваривать алюминий электродом?

Раскатник (метчик-накатник)

Метчик-раскатник, накатник (такой метчик еще называют бесстружечным) предназначен для получения внутренней резьбы. Если традиционные режущие метчики ликвидируют избытки металла из отверстия путем нарезания отдельных витков резьбы, то накатные модели работают по принципу перемещения пластифицированных слоев с помощью резьбонакатной головки. Метод накатывания резьбы приобретает все большую популярность, а спрос на данный вид инструмента стремительно растет. Попробуем разобраться почему.

В отличие от метчиков, которые срезают припуск, накатники создают внутреннюю резьбу путем деформирования материала и формирования V — образного профиля. Распространенным заблуждением является мнение о наличии осевого сдвига материала при накатывании. В действительности же резьба формируется в пределах заходной части накатника в процессе его вращения в отверстии. В процессе углубления инструмента осуществляется пластическое вытеснение материала в радиальном направлении между боковыми поверхностями профиля резьбы накатника до его врезания на всю длину. После этого резьба с соответствующей высотой будет полностью сформирована.

Накатники имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными метчиками:

1) Наиболее очевидное из них состоит в том, что накатники не генерируют стружку. Навивание стружки вокруг хвостовика метчика характерно для операций нарезания резьбы в глухих отверстиях в деталях из материалов, образующих длинную стружку. Использование накатников на таких операциях позволит избежать трудностей со стружкоотводом.

2) Так как не возникают проблемы с отводом стружки, мы имеем возможность обработки резьб в глубоких отверстиях (от 3 × D и выше)

3) Резьба на выходе получается лучше, чем нарезанная – более плотная, гладкая, прочная к смятию и стойкая к износу, более точная с низкой шероховатостью поверхности (высокое качество резьбы даже на вязких металлах и сплавах).

4) Следующим плюсом накатников является их повышенная прочность и стойкость к поломке, так как в бесстружечном инструменте нет канавок это увеличивает его прочность (получаем значительное снижение брака деталей из-за поломок метчиков).

5) Высокая производительность при накатывании резьбы является одним из главных достоинств данного вида метчиков (скорость накатывания резьбы может достигать 30м/мин).

6) Раскатники боле универсальны, один тип метчика можно использовать для обработки различных материалов (алюминий, мягкая латунь, медь, бронза с преобладанием меди, цинк, свинцовые сплавы, низкоуглеродистая сталь, пластичная нержавеющая и жаропрочная сталь).

7) Один и тот же метчик-накатник может применяться как для глухих, так и для сквозных отверстий, что, в совокупности с предыдущим пунктом, может значительно сократить номенклатуру инструмента.

8) Срок службы бесканавочного метчика гораздо больше обычного благодаря длинной резьбовой части (дает возможность перетачивать метчик несколько раз) и нанесению защитного покрытия (нитрид титана, нитрид хрома, карбонитрид титана, оксидированное и другие).

Но как и любой другой инструмент, метчик-накатник имеет ряд особенностей и ограничений связанных с ними.

Начнем с того, что накатники могут использоваться только для обработки пластичных материалов. Из-за увеличенного по сравнению с традиционными метчиками трения накатники требуют более высокого крутящего момента и более мощного оборудования.

Метчики-накатники бывают с каналами для подачи СОЖ и без них. В большинстве случаев необходимо использовать технологические жидкости, при этом процент масла в них должен быть порядка 6-12%. Применение смазки на масляной основе может быть неудобным для обрабатывающих центров с ЧПУ, использующих водорастворимую СОЖ. В этой ситуации концентрацию смазки следует увеличить.

Диаметр накатных метчиков может варьироваться в пределах от 0,5 мм до 19 мм. Модели больших размеров требуют использования станков с высоким уровнем мощности.

Требуется более тщательная подготовка отверстия со строгими допусками. Поскольку накатники вытесняют материал, предварительно сформированные отверстия должны иметь больший диаметр. Это особенно важно учитывать при переходе с традиционных метчиков на накатники. При накатывании резьбы в отверстии, предназначенном под режущий метчик, вытесняемый материал будет «забивать» резьбу накатника, что приведет к поломке. Размеры предварительных отверстий приводятся в соответствующих таблицах для накатников.

Имеется ограничение по твердости обрабатываемого металла или сплава (до 40 HRC), что так же может сказаться на выборе данного вида инструмента.

Как правило, мы имеем более высокую стоимость инструмента по сравнению с традиционными метчиками. Однако, благодаря высокой скорости обработки, универсальности и долговечности инструмента, в конечном итоге, мы получаем, что раскатники — более экономически выгодное решение. И поэтому, если условия и задачи позволяют использовать бесстружечные метчики-раскатники, то выгоднее применять именно их. Из всего вышесказанного неудивительно, что данные метчики нашли широкое применение, по большей мере, в массовом производстве.

При создании статьи использованы:

1) Технические руководства и каталоги Kennametal, Dormer, Pramet, Sandvik Coromant.

Глава VI. Образование резьбы. Протягивание

§ 18. Нарезание и накатывание резьбы

Образование резьбы производят двумя методами: нарезанием винтовых канавок различными режущими инструментами и накатыванием винтовых канавок различными накатными инструментами.

Резьбу нарезают на различных станках резьбовыми резцами и гребенками, метчиками, резьбонарезными плашками, резьбо-нарезными самооткрывающимися головками, резьбовыми фрезами, резьбовыми шлифовальными кругами. При нарезании резьбы резцами, гребенками, фрезами, шлифовальными кругами заготовка должна быть кинематически связана с режущим инструментом таким образом, чтобы за один оборот заготовки инструмент сместился бы в осевом направлении на один шаг. В этих случаях точность резьбы (по шагу, профилю, диаметрам) будет зависеть от точности элементов режущего инструмента и точности его установки на станке, точности кинематической цепи связи заготовки и режущего инструмента. При нарезании резьбы метчиками и плашками — многониточными инструментами — шаг резьбы получается такой же, как у инструмента, а точность резьбы зависит от точности инструмента и точности его установки на станке.

Резьба накатывается плоскими накатными плашками и накатными роликами на специальных накатных станках, а также головками с узкими накатными роликами на токарных или револьверных станках.


Рис. 90. Схема нарезания резьбы метчиками

Нарезание резьбы метчиками и плашками. Метчиками можно нарезать резьбу в сквозных (рис. 90, а) и глухих (рис. 90, б) отверстиях. На метчике имеется резьба соответствующего профиля и шага, прорезаны стружечные канавки 2, в результате чего получились режущие зубья (перья) 1. Если метчику сообщить вращательное движение v, то, он, врезавшись, будет перемещаться в осевом направлении с подачей s, равной шагу нарезаемой резьбы, и образует в отверстии резьбу. Частями метчика являются: l1 — режущая, на которой зубья не имеют полной высоты профиля, l2 — калибрующая, l3 — рабочая, l4 — хвостовая, l5 — имеющая квадратное сечение (рис. 90, б). Стружечные канавки могут быть прямые (рис. 90, а) и винтовые (рис. 90, б) с углом наклона (о. Если направление винтовой линии стружечной канавки правое, то стружка движется в направлении хвостовой части, что необходимо при нарезании резьбы в глухих отверстиях, так как при левой канавке стружка будет забиваться в отверстие впереди метчика, препятствуя нарезанию резьбы на всю глубину отверстия. Кроме того, возможно защемление метчика и его поломка.

Различают метчики: ручные (слесарные), машинные, гаечные, бесканавочные и др.

Ручные метчики изготовляют комплектами из двух-трех штук, которыми последовательно нарезают резьбу в отверстии. Полный профиль резьбы получается после нарезания последним метчиком комплекта. Длина режущей части у метчиков комплекта различная. Наибольшей будет длина режущей части у первого метчика — l1 = (6÷7)s; а у последнего метчика l1 = (1,5÷2)s.


Рис. 91. Инструменты для нарезания резьбы: 1 — самооткрывающаяся резьбонарезная головка; 2 — круглая плашка; 3 — ручной метчик; 4 — резьбонарезная гребенка; 5 и 6 — гаечные метчики

Машинные метчики предназначены для нарезания резьбы на станках токарной и сверлильной групп.

Гаечные метчики 5 и 6 (рис. 91) предназначены для нарезания резьбы в гайках. У них хвостовая часть, удлиненная с диаметром, незначительно меньшим внутреннего диаметра резьбы в гайке. Это дает возможность избежать вывинчивания метчика из гайки после нарезания резьбы. На специальных гайконарезных автоматах применяют метчики 5 с изогнутым хвостовиком, которые нарезают резьбу непрерывно.

Бесканавочные метчики предназначены для нарезания резьбы в сквозных отверстиях тонкостенных деталей из мягких материалов (сталь, цветные сплавы). Эти метчики прочнее обычных ручных и машинных, так как у них имеются короткие левые канавки со стороны режущей части (почти на всей калибрующей части канавок нет).

Круглая плашка 2 предназначена для нарезания наружной резьбы. Для удлинения срока службы у плашки делаются две режущие части (со стороны двух торцов). Резьбонарезная самооткрывающаяся головка 1 имеет четыре ножа гребенчатого типа, называемых также плашками. Перед нарезанием резьбы плашки сводят вручную до нужного диаметра резьбы и фиксируют в этом положении. После нарезания резьбы на нужную длину головка автоматически раскрывается — плашки отходят в радиальном направлении, давая возможность отвести головку назад. Таким образом исключается необходимость реверсирования шпинделя станка и время для свинчивания головки с нарезанной резьбы. Круглыми плашками и самооткрывающимися головками пользуются на станках токарной группы и специальных болторезных станках.


Рис. 92. Схема накатывания резьбы: а — плашками: 1 — подвижная плашка; 2 — заготовка; 3 — неподвижная плашка; б — роликами: 1 и 4 — ролики; 2 — заготовка; 3 — поддержка; в — резьбонакатная головка: 1 — ролики; 2 — державка

Накатывание резьбы. При накатывании резьбы плоскими плашками (рис. 92, а) заготовка прокатывается между двумя закаленными плашками. На рабочих поверхностях плашек нарезаны прямые резьбовые нитки под углом подъема накатываемой резьбы к боковой плоскости плашки. Для правильного формирования резьбы на заготовке плашки должны быть смещены в поперечном направлении друг относительно друга на половину шага резьбы. Процесс накатывания заключается в поступательном перемещении плашки 1 в направлении Б с сохранением постоянства размера А между плашками. На прокатываемой между плашками заготовке выдавливается резьбовой профиль с высотой 1. Диаметр заготовки под накатывание резьбы должен быть примерно равен среднему диаметру резьбы. При накатывании резьбы вращающимися роликами (рис. 92, б) ось ролика 1 неподвижна, а ролик 4, кроме вращательного движения, имеет радиальное перемещение до упора, положение которого определяется диаметром и высотой профиля резьбы. Накатываемую заготовку 2 помещают между роликами на специальной поддержке 3. Ролики кинематически связаны и смещены в осевом направлении один относительно другого на половину шага резьбы. Накатные ролики делают с наружным диаметром, значительно большим, чем диаметр резьбы на детали, но с условием сохранения равенства углов подъема резьбы на ролике и на детали. Для этого у роликов нарезают многозаходную резьбу с числом заходов, равным коэффициенту кратности (целые числа) среднего диаметра резьбы ролика к среднему диаметру накатываемой резьбы.

Читайте также  Сварка алюминия аргоном полярность

Достоинствами накатывания резьбы являются:

  • высокая производительность по сравнению с резьбонарезанием;
  • большая прочность и износостойкость накатанной резьбы в следствие того, что волокна деформируемого слоя металла не перерезаются, а искривляются в соответствии с профилем резьбы, при этом уплотняется поверхностный слой;
  • высокая точность накатанной резьбы;
  • простота обслуживания накатных станков и удобство автоматизации загрузки заготовок.

Инструменты для накатывания резьбы

Общие сведения

В настоящее время в промышленности широкое распространение получили процессы накатывания резьб. Процесс формообразования при накатывании происходит без снятия стружки. Он заключается в TGM, что рабочая часть накатывающего инструмента вдавливается в материал заготовки и в результате его пластического деформирования образует резьбу. Накатыванием можно получить резьбу 2-го класса точности и шероховатость поверхности 8-9-го класса. Процесс накатывания характеризуется высокой производительностью, повышенной прочностью и износостойкостью резьбы и оказывается экономичным в условиях серийного производства.

Наиболее широкое применение при массовой обработке резьб на деталях из конструкционных стилей и цветных металлов получило накатывание двумя плоскими плашками (риc. 176, а).


Рис. 176. Схемы накатывания наружных резьб

Плашки представляют собой инструменты призматической формы с развернутыми витками резьбы на рабочей поверхности. Одна из плашек закрепляется на станке неподвижно, а другой сообщается возвратно-поступательное движение. В процессе накатывания цилиндрическая заготовка прокатывается между двумя плоскими плашками и в результате вдавливания развернутых витков резьбы плашек в материал заготовки происходит формирование резьбы детали. Обработка производится за один двойной ход подвижной плашки. Для предотвращения поломок и выкрашиваний и обеспечения постепенного формирования резьбы одна неподвижная или обе плашки снабжаются наклонной заборной частью. Процесс накатывания резьбы плоскими плашками наряду с высокой производительностью, характеризуется сложностью и продолжительностью переналадки станков, сравнительно высокой трудоемкостью изготовления инструмента, большими радиальными усилиями, что практически исключает возможность накатывания резьб на полых деталях. Плоскими плашками накатываются резьбы диаметром до 25 мм на винтах и болтах массового производства.

Накатывание резьбы плоскими плашками является частным случаем более общей схемы накатывания резьбы затылованными роликами (рис. 176, б). Затылованные ролики имеют заборную часть, выполненную по архимедовой спирали, калибрующую и сбрасывающую части. Их рабочая наружная поверхность представляет собой как бы навернутую на цилиндр рабочую поверхность плоской плашки. Формирование резьбы затылованными роликами происходит подобно формированию резьбы плоскими плашками. Различие рассматриваемых процессов заключается в том, что вместо возвратно-поступательного движения плоской плашки ролики вращаются при неизменном межцентровом расстоянии. Это упрощает кинематику процесса, так как исключается обратный ход, что обеспечивает более высокую производительность обработки.

Затылованные ролики могут иметь несколько рабочих участков, благодаря чему за один оборот ролика накатывается несколько заготовок. Особой простотой отличается кинематика накатывания резьб сегментной плашкой и роликом (рис. 176, в). В этом случае заготовка захватывается вращающимся резьбовым роликом и прокатывается между ним и неподвижно закрепленной сегментной плашкой.

В некоторых случаях в целях повышения производительности и устранения отжатия ролика с его противоположных сторон устанавливаются две сегментные плашки и таким путем создаются две ра¬бочие зоны. Этот способ обработки находит применение для деталей с резьбой относительно малого диаметра. Недостаток этого способа заключается в том, что он требует дорогих и сложных в изготовлении сегментных плашек, установка которых и их регулировка занимает значительное время и требует высокой квалификации рабочего. В некоторой мере этих недостатков лишен процесс накатывания резьб между вращающимся накатным роликом и кольцом, эксцентрично расположенным по отношению к ролику, благодаря чему создается заборная часть (рис. 176, г). Применение кольца делает крепление инструмента более жестким и упрощает его установку. В процессе работы кольцо можно периодически поворачивать и использовать всю его рабочую поверхность, что значительно удлиняет срок его службы.

Общим недостатком рассмотренных способов накатывания резьб плашками и роликами, имеющими заборную часть, является сложность и продолжительность переналадки станков, большие давления при прокатке, сложность изготовления и установки инструмента и трудность получения высокоточных резьб.

Способ накатывания резьб круглыми постепенно сближающимися роликами (рис. 176, д),на наружных рабочих поверхностях которых имеется соответствующая резьба, свободен от недостатков, присущих процессу накатывания плашками и затылованными роликами.

Малые давления, высокие точность и качество поверхности резьбовых витков, накатанных цилиндрическими сближающимися роликами, надежность и простота наладки оборудования позволяют применять этот метод для обработки ответственных резьбовых деталей, как малых так и больших диаметров, и получать резьбу на тонкостенных деталях. Наибольшее распространение получила схема накатывания резьбы двумя роликами. Ролики кинематически связаны друг с другом и вращаются синхронно вокруг своих осей в одном направлении. Заготовка устанавливается на опорном ноже выше линии центров роликов на 0,1—0,6 мм. Один из роликов получает радиальное перемещение, в результате чего ролики сближаются, вдавливаются в заготовку, приводят ее во вращение и накатывают на ней резьбу. К недостаткам рассматриваемого способа накатывания резьб, ограничивающим область его применения, относятся невозможность накатывания резьб большой длины, что ограничивается длиной накатных роликов, а также относительно низкая производительность. Кроме того при накатывании резьбы плашками или затылованными роликами вдавливается в заготовку первоначально притуплённая часть витка резьбы и лишь в конце цикла в работу вступают витки резьбы полного профиля. Это создает более благоприятные условия формирования резьбы (постепенное вытягивание волокон и отсутствие складки у вершины витка) по сравнению с накатыванием цилиндрическими роликами, когда формирование резьбы происходит все время витками резьбы неизменного полного профиля.

Накатывание резьбы цилиндрическими роликами может производиться тангенциальной подачей заготовки (рис. 176, ж). В процессе накатывания оси роликов занимают постоянное, фиксированное положение. Ролики имеют разные диаметры и вращаются с равным числом оборотов. Поэтому скорости на наружных рабочих поверхностях роликов будут различными. После захвата заготовка приводится во вращение и одновременно перемещается между роликами со скоростью, пропорциональной разности окружных скоростей роликов. Загрузка заготовок происходит непрерывно. Соотношение между средними диаметрами ведомого и ведущего роликов рекомендуется выбирать в пределах 0,6—0,85. Способ весьма перспективен при массовом накатывании небольших деталей в силу высокой производительности и простоты кинематики станка.

Накатывание длинных резьб, независимо от длины роликов, обеспечивается осевой подачей заготовки. Непрерывное накатывание длинной резьбы (рис. 176, е) производится цилиндрическими роликами с винтовой или кольцевой нарезкой: при постоянном межосевом расстояний. Осевое перемещение заготовки при накатывании наиболее часто обеспечивается за счет наклонной установки роликов, т. е. оси роликов располагаются не параллельно друг другу, а перекрещиваются под углом, соответствующим углу подъема накатываемой резьбы. Ролики с кольцевой нарезкой более просты в изготовлении, универсальны в применении, не требуют синхронизации вращения, их диаметры не зависят от диаметров накатываемых резьб. Поэтому они получили большое распространение. Чтобы обеспечить постепенное вдавливание витков ролика в материал заготовки, ролики снабжаются заборной частью, выполняемой по конической или цилиндрической схемам. Заборная часть определяет последовательность деформирования материала заготовки и формообразования резьбы детали, величину возникающие сил, загрузку и стойкость роликов. По экспериментальным данным угол наклона заборной части рекомендуется принимать равным 3—10°. Накатывание резьб с осевой подачей может производиться на резьбонакатных станках. Его можно также осуществить и на универсальных станках, токарных, револьверных, сверлильных, полуавтоматах и автоматах, с помощью специальных инструментов, называемых резьбонакатными головками или плашками.

Резьбонакатные плашки состоят из комплекта резьбонакатных роликов, устанавливаемых под углом к оси корпуса, соответствующим углу подъема витков нарезаемой резьбы (рис. 177).


Рис. 177. Резьбонакатные плашки

Комплект обычно состоит из трех роликов, устанавливаемых под углом 120°. Это обеспечивает хорошее центрирование заготовки. Ролики имеют кольцевую нарезку и свободно вращаются в корпусе плашки. Профиль витков роликов смещен один относительно другого на 1/3 шага, что необходимо для образования винтовой резьбы на заготовке. Ролики имеют заборную и калибрующие части, которые обеспечивают рациональное течение деформированного металла при накатывании резьбы с осевой подачей.

Плашки в конце рабочего хода не раскрываются и после окончания накатывания резьбы свинчиваются. Большую производительность обеспечивают резьбонакатные головки, которые выгодно отличаются от резьбонакатных плашек тем, что у них ролики в конце рабочего хода автоматически расходятся и головка выводится из соприкосновения с заготовкой без свинчивания. Накатные головки могут работать с вращением или без вращения, в зависимости от применяемого оборудования. Головки и плашки позволяют накатывать методом самозатягивания резьбу 2-го класса точности. Для получения более точных резьб необходимо применять принудительную подачу от ходового винта.

Методом накатывания можно обрабатывать также и внутренние резьбы. Для накатывания внутренних резьб большего размера применяют накатной ролик, который вводится в отверстие заготовки (рис. 178).


Рис. 178. Накатывание внутренних резьб роликом

В процессе накатывания ролик и заготовка вращаются вокруг своих осей. Одновременно ролику сообщается радиальная подача, в результате чего ролик катится по отверстию и витки его резьбы, вдавливаясь в материал заготовки, формируют резьбу детали. При накатывании глубоких резьб инструменту сообщается осевая подача, что приводит к снижению усилий накатывания.

Накатывание внутренних резьб больших размеров производится также накатными державками и головками (рис. 179).


Рис. 179. Головка для накатывания внутренних резьб

Головка представляет собою цилиндрический корпус, диаметр которого меньше диаметра предварительно обработанного отверстия, на периферии которого установлены на подшипниках накатные ролики. Ролики имеют кольцевые канавки, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы. Внутренние резьбы малых размеров обрабатываются накатниками. Накатник представляет собой винт, имеющий заборную и калибрующую часть, и хвостовик, По конструкции накатник напоминает метчик, который не имеет стружечных канавок. Накатник ввинчивается в обрабатываемое отверстие, близкое по диаметру к среднему диаметру резьбы, и пластически деформируя материал заготовки, формирует резьбу детали.

По сравнению с обычными метчиками накатники обладают более высокой стойкостью и прочностью, однако сложны в изготовлении и требуют предварительной обработки отверстий с увеличенной точностью. При обработке резьбы накатниками не образуется стружка, а, следовательно, и не затрачивается время на ее удаление из глухих отверстий. Этот сравнительно новый способ изготовления внутренних резьб обеспечивает высокую точность и производительность.

На точность и качество накатываемой резьбы большое влияние оказывает размер заготовки. Точно рассчитать диаметры заготовок, исходя из равенства объемов заготовки и детали, не всегда представляется возможным, поэтому диаметр заготовки уточняется опытно. Приближенно диаметр заготовки при накатывании резьб равен среднему диаметру. Шероховатость поверхности заготовки под накатывание должна быть не ниже 4—5-го класса. Заготовки под накатывание наружной цилиндрической резьбы снабжаются фасками на конце под углом 15—20°. Для сбега же резьбы выполняются проточки с углом 30°, либо фаски с углом 15—20°, что и на переднем конце.