СПОСОБ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕГО НАКАТЫВАНИЯ НАРУЖНЫХ РЕЗЬБ Российский патент 2006 года по МПК B21H3/04 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к обработке металлов давлением, в частности к формообразованию наружных резьб накатыванием.

Известен способ накатывания наружных резьб резьбонакатными роликами с радиальной подачей, имеющих цилиндрическую форму [1]. Ролики получают главное вращательное движение и радиальное движение подачи. Резьба накатывается одновременно на всей длине. Способ позволяет развивать высокую производительность и легко автоматизировать процесс накатывания резьбы.

Однако существенным недостатком известного способа является ограниченная длина накатываемой резьбы, которая не может быть больше ширины резьбонакатных роликов.

Кроме того, для накатывания с радиальной подачей длинных резьб, резьб с крупным шагом и трапецеидальных резьб необходимо приложение значительных радиальных усилий, что требует применения дорогостоящего и неэкономичного оборудования.

Известен способ накатывания наружных резьб с осевой подачей заготовки резьбонакатными роликами, имеющими коническую заборную и цилиндрическую калибрующую части [2]. Ролики получают главное вращательное движение, а заготовка - движение осевой подачи самозатягиванием. Накатывание резьбы по всей длине заготовки осуществляется последовательно. Ролики позволяют накатывать резьбу неограниченной длины. Радиальные усилия при накатывании с осевой подачей минимальны.

Однако известный способ отличается сравнительно низкой производительностью.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей накатывания наружных резьб путем применения накатывания с радиально-осевой подачей, позволяющей получать резьбы сравнительно большой длины при повышенной производительности и меньших радиальных усилиях при накатывании.

Поставленная задача достигается применением предлагаемого способа осциллирующего накатывания наружных резьб, при котором накатным роликам, имеющим наружную периферийную рабочую поверхность и ступицу с отверстием и шпонпазом, сообщают вращательные движения и хотя бы одному ролику движение радиальной подачи, при этом накатные ролики берут с коническими заборными частями, расположенными с торцов, и центральной цилиндрической калибрующей частью, расположенные на периферии и смещенные в осевом направлении под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и ступицей с торцами, перпендикулярными оси, причем длина калибрующей части l_k и угол осевого смещения α, принимающий значения от 0° до 45°, определяются соответственно по формулам:

l_k=L_p·k_заг/k_рол, α=arctg[(L_p-l_к-l_з)D_рол],

где l_k - длина калибрующей части роликов, мм;

L_p- длина накатываемой резьбы, мм;

k_заг - количество заходов резьбы на заготовке;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике;

l_з - длина конической заборной части роликов, мм;

α - угол осевого смещения, град;

D_рол- наружный диаметр осциллирующих роликов, мм.

На фиг.1 изображена конструкция осциллирующего ролика, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - вид Б на фиг.1; на фиг.3 - схема накатывания резьбы предлагаемым способом; на фиг.4 - вид А на фиг.3; на фиг.5 - развертка следов роликов на обрабатываемой поверхности при условии D_рол=d_заг

Предлагаемый способ осциллирующего накатывания наружных резьб осуществляется инструментом в виде накатных роликов 1, имеющих наружную периферийную рабочую поверхность и ступицу с центральным отверстием и шпонпазом, которым сообщают вращательные движения и хотя бы одному ролику движение радиальной подачи.

Осциллирующие ролики 1 для накатывания наружной резьбы содержат с торцов периферии конические заборные 2 и центральную цилиндрическую калибрующую 3 части, смещенные в осевом направлении относительно плоскости, перпендикулярной оси их вращения на угол α.

Ступица 4 роликов 1 имеет торцы 5, перпендикулярные оси их вращения. В ступице 4 расположено центральное отверстие диаметром d со шпонпазом для базирования и установки роликов на станке. На заборных 2 и калибрующей 3 частях роликов имеется многозаходная резьба с углом подъема, равным углу подъема накатываемой на заготовке резьбы.

Диаметры осциллирующих роликов, количество заходов резьбы на них и допускаемые отклонения элементов профиля выбираются так же, как и цилиндрических, последние регламентированы ГОСТ 9539-72.

Угол конуса α_зк на заборных конических частях равен α_зк=10°. Длина заборной части l_з=3P, где P - шаг накатываемой резьбы.

Угол осевого смещения α может изменяться от 0° до 45° в зависимости от наружного диаметра осциллирующих роликов D_рол длины накатываемой резьбы L_р и длины калибрующей l_k и конической заборной l_з частей роликов и рассчитывается по формуле:

α=arctg[(L_p-l_k-l_з)D_рол],

а высота цилиндрической калибрующей части осциллирующих роликов выбирается исходя из необходимости перекрытия следов роликов на заготовке с целью устранения опасности возникновения на заготовке участков с ненакатанной резьбой (фиг.5) в соответствии с условием:

l_k=L_p·k_заг/k_рол,

где l_k - длина калибрующей части роликов, мм;

L_p - длина накатываемой резьбы, мм;

l_з - длина конической заборной части роликов, мм;

k_заг - количество заходов резьбы на заготовке;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике;

α - угол осевого смещения (принимает значения от 0° до 45°), град;

D_рол - наружный диаметр осциллирующих роликов, мм.

При этом должно выполняться условие l_k≥5 P.

Накатывание резьбы по предлагаемому способу осциллирующими роликами производится на существующих резьбонакатных 2-роликовых станках. Осциллирующие ролики 1, имеющие между собой жесткую кинематическую связь, выставляются таким образом, чтобы выступы резьбы на роликах при накатывании резьбы попадали во впадины резьбы заготовки 6. Заготовка 6 устанавливается между роликами 1 на поддерживающем ноже 7.

Согласно осциллирующему способу роликам 1 сообщается главное вращательное движение V от привода резьбонакатного станка (не показан). Заготовка 6 получает вращение V_з от роликов за счет сил трения. Одному или обоим роликам сообщается радиальное движение подачи S_p. Под действием движения подачи S_p ролики внедряются в заготовку в радиальном направлении, формируя на ее поверхности резьбу калибрующей частью.

Одновременно при вращении ролика его заборные и калибрующая части ввиду их осевого смещения на угол α совершают осциллирующие движения в осевом направлении [3]. При совершении периферийной рабочей частью роликов осциллирующих движений резьба на заготовке формируется также одной из заборных частей резьбонакатного ролика в направлении, котором в данный момент перемещается пятно контакта ролика с заготовкой.

На фиг.5 показана развертка следов роликов на обрабатываемой поверхности при условии D_рол=d_заг, где видны участки ненакатанной резьбы. Однако на практике диаметр роликов D_рол значительно больше диаметра накатываемой заготовки d_заг и для полного формирования резьбы необходимо несколько десятков оборотов заготовки, поэтому резьба будет полностью нанесена на обрабатываемую заготовку.

Предлагаемый осциллирующий способ применяют для метрических резьб диаметром 3...68 мм с шагом 0,5...6,0 мм. Резьба роликов: для правых резьб - левая многозаходная, для левых резьб - правая многозаходная. Число заходов колеблется от 2 до 52; большее число заходов соответствует меньшим диаметрам резьб и меньшим шагам. Размеры роликов колеблются в пределах, мм: D_рол=75...207; B=25...125; d=45...100.

Осциллирующие резьбонакатные ролики изготовляют из стали марок Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1 для изделий с твердостью НВ 160...200; из стали 6Х6В3МФС - для изделий с НВ 370...400.

Радиальные подачи для осциллирующих роликов выбирают в пределах 0,02...0,25 мм/об заготовки; число оборотов, которое делает заготовка за время профилирования резьбы 4...40; большие числа соответствуют более твердым материалам заготовки.

Скорость накатывания зависит от материала накатываемой заготовки: для латуни 100...120 м/мин; мягкой стали 80...100 м/мин; стали средней твердости 40...60 м/мин; твердой стали 15...20 м/мин; титановых сплавов 12...14 м/мин.

После того как ролики сближены на расстояние, достаточное для формирования полного профиля резьбы на заготовке, радиальная подача прекращается и ролики совершают еще один полный оборот без радиальной подачи для калибрования заготовки и формирования полного профиля резьбы на всей ее поверхности.

После этого ролики отводятся в радиальном направлении и заготовка извлекается. Поскольку величина радиального усилия при накатывании резьб с радиальной подачей прямо пропорциональна длине пятна контакта роликов с заготовкой в осевом направлении и ввиду того, что ширина осциллирующих роликов меньше, чем длина накатываемой резьбы, радиальное усилие при накатке резьбы предлагаемым осциллирующим способом будет меньше, чем при накатывании традиционным способом цилиндрическими роликами с радиальной подачей.

Пример. При проведении производственных испытаний на заготовке - вал из стали 45 ГОСТ 1050-88 (прокат в состоянии поставки) накатывалась резьба M30×3,5-6 g длиной 200 мм на 2-роликовом резьбонакатном полуавтомате А2528 осциллирующими роликами, имеющими размеры: D_рол=140,651 мм; l_k=40 мм; l_з=10,5 мм; α_зк=10°; α=45°; k_рол=5; допускаемые отклонения элементов профиля по ГОСТ 9539-72.

Осциллирующим роликам сообщали вращательное движение со скоростью V=20 м/мин, радиальную подачу S_p=0,1 мм/об заготовки, один оборот для полного профилирования резьбы, а также еще один полный оборот для калибрования заготовки и формирования полного профиля резьбы на всей ее поверхности, при этом заготовка совершала 15 оборотов.

Радиальное усилие при накатывании осциллирующими роликами составляло в половину меньше, чем при накатывании традиционными цилиндрическими роликами.

Испытаниями установлено, что размеры накатанной резьбы стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, стойкость инструмента соответствует нормам стойкости резьбонакатных роликов по ГОСТ 9539-72, высота шероховатости резьбовой поверхности соответствует требованиям чертежа.

Предлагаемый способ позволяют накатывать с высокой производительностью и качеством резьбы относительно большой длины со сниженными радиальными усилиями.

Источники информации

1. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьб. Справочник. М: Машиностроение, 1989. - С.38.

2. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьб. Справочник. М: Машиностроение, 1989. - С.40 - прототип.

3. Попов М.Е., Аваниш А. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностей осциллирующим инструментом. // СТИН, 2003, № 11. - С.34-36.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к формообразованию наружных резьб накатыванием с помощью роликов. Способ включает сообщение вращательного движения накатным роликам и движение радиальной подачи хотя бы одному из роликов. Упомянутые ролики содержат ступицу с отверстием и шпоночным пазом, центральную цилиндрическую калибрующую и заборные части. Причем заборные части выполнены на торцах роликов коническими. Калибрующая и заборные части роликов расположены на периферии и смещены в осевом направлении под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения. Длину калибрующей части l_k и угол осевого смещения α, принимающий значения от 0 до 45°, определяют соответственно по формулам: l_k=L_p·k_заг/k_рол, α=arctg[(L_p-l_k-l_з)D_рол], где l_k - длина калибрующей части роликов, мм; L_p - длина накатываемой резьбы, мм; k_заг - количество заходов резьбы на заготовке; k_рол - количество заходов резьбы на ролике; l_з - длина конической заборной части роликов, мм; α - угол осевого смещения, град; D_рол - наружный диаметр осциллирующих роликов, мм. В результате расширяются технологические возможности, повышается производительность и обеспечивается возможность получать резьбы относительно большой длины при уменьшении радиальных усилий. 5 ил.

Способ осциллирующего накатывания наружных резьб, включающий сообщение вращательного движения накатным роликам, имеющим наружную периферийную рабочую поверхность и ступицу с отверстием и шпоночным пазом, и движения радиальной подачи по меньшей мере одному ролику, отличающийся тем, что используют накатные ролики с коническими заборными частями, расположенными с торцов, и центральной цилиндрической калибрующей частью, расположенными на периферии и смещенными в осевом направлении под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, и ступицей с торцами, перпендикулярными оси, причем длину калибрующей части l_k и угол осевого смещения α, принимающий значения от 0 до 45°, определяют соответственно по формулам

l_k=L_p·k_заг/k_рол;

α=arctg[(L_p-l_k-l_з)D_рол],

где l_k - длина калибрующей части роликов, мм;

L_p - длина накатываемой резьбы, мм;

k_заг - количество заходов резьбы на заготовке;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике;

l_з - длина конической заборной части роликов, мм;

α - угол осевого смещения, град;

D_рол - наружный диаметр осциллирующих роликов, мм.