УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАРЕЗАННОЙ РЕЗЬБЫ Российский патент 2012 года по МПК B24B39/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам формообразования резьб пластическим деформированием, в частности к накатыванию резьб роликами и изготовлению оснастки для ее реализации.

Известно устройство для обкатывания винтовых профилей, которое содержит корпус, держатели с деформирующими и силовыми элементами, снабженные кулисой с осью и эксцентриковым приводом, причем каждый из держателей выполнен в виде двуплечих рычагов, соединенных между собой осью, деформирующие элементы установлены на одном конце двуплечего рычага, а силовые - на другом, причем ось кулисы жестко закреплена на корпусе, а оси держателей - на соответствующих концах кулисы [1]. В процессе обкатывания профиля деформирующие элементы совершают возвратно-поступательные перемещения вдоль оси заготовки и поверхности профиля резьбы, создавая соответствующий микрорельеф.

Недостатками известной конструкции устройства являются: низкая производительность, особенно при накатывании резьбы с большим шагом, из-за малой площади контакта деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью и большого количества проходов; низкое качество обработанной поверхности, малая жесткость конструкции и высокая себестоимость процесса накатывания при не больших сроках службы устройства, состоящего из большого количества шарниров и рычагов из-за их износа.

Известно устройство в виде ролика для накатывания предварительно нарезанной резьбы, выполненного в виде кольцевых деформирующих витков с полным профилем и витков с неполным профилем с одной стороны на боковой поверхности [2]. Устройство позволяет накатывать предварительно нарезанные резьбы с крупным шагом за счет того, что деформирующее контактное усилие, развиваемое накатным роликом, на той стороне витка с полным профилем, с которой имеется зазор на витках с неполным профилем, многократно возрастает по сравнению с опорным контактным усилием на другой стороне этого витка.

Недостатком известного устройства является неравномерный износ витков ролика, поскольку усилие, действующее на виток с полным профилем, значительно больше усилий, действующих на витки с неполным профилем, поэтому он будет выходить из строя быстрее, чем витки с неполным профилем. Кроме того, данный ролик позволяет деформировать только одну сторону профиля резьбы. Для деформирования второй стороны профиля резьбы требуется еще один ролик, у которого опорные витки имеют неполный профиль с другой стороны, а это снижает производительность, точность и удорожает процесс. Кроме того, устройство не обладает универсальностью и не переналаживается для накатывания резьб с различными шагами, а это также удорожает процесс.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей оснастки, позволяющей повысить производительность, особенно при накатывании резьбы с большим шагом, путем увеличения площади контакта деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью; обеспечение возможности деформирования всего резьбового профиля за минимальное количество проходов; обеспечение универсальности и возможности накатывания грузовых резьб; повышение качества обработанной поверхности и жесткости конструкции устройства; снижение себестоимости процесса накатывания и увеличения срока службы устройства путем уменьшения количества шарниров и рычагов и повышения их износостойкости.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для накатывания предварительно нарезанной резьбы, содержащего корпус, держатели с деформирующими элементами и силовым элементом, при этом оно имеет два деформирующих элемента в виде роликов в форме усеченного конуса, радиально расположенных по обе стороны профиля резьбы, диаметры оснований которых пропорциональны линейным скоростям заготовки на внутреннем и внешнем диаметрах профиля резьбы, а рабочая длина роликов составляет не менее рабочей высоты профиля резьбы, при этом держатели установлены на шаровых концах двуплечего рычага и выполнены с возможностью свободного вращения в них деформирующих элементов и установки деформирующих элементов под углом наклона рабочих сторон профиля резьбы, а силовой элемент закреплен на торце оси, расположенной в средней части двуплечего рычага, и выполнен в виде торсиона с возможностью закручивания с помощью самотормозящей червячной пары относительно оси, перпендикулярной продольной оси заготовки, и создания деформирующего контактного усилия, развиваемого накатными роликами с двух сторон профиля резьбы, при этом упомянутые торсион и червячная пара установлены в корпусе на подшипниках.

Особенности конструкции предлагаемого устройства для накатывания предварительно нарезанной резьбы поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема устройства для накатывания предварительно нарезанной резьбы, вид сбоку, частичный продольный разрез, тонкими линиями показаны положения деформирующих роликов, ориентируемых по профилю резьбы в радиальном направлении; на фиг.2 - схема устройства для накатывания предварительно нарезанной резьбы, общий вид В, сверху, на фиг.1, тонкими линиями показаны положения деформирующих роликов, ориентируемых по углу наклона рабочих сторон профиля резьбы; на фиг.3 показана кинематическая схема накатывания предварительно нарезанной упорной резьбы предлагаемым устройством, вид спереди; на фиг.4 - кинематическая схема накатывания предварительно нарезанной упорной резьбы предлагаемым устройством, вид А, слева, на фиг.3, на фиг.5 - кинематическая схема накатывания предварительно нарезанной упорной резьбы предлагаемым устройством, вид Б, сверху, на фиг.3.

Предлагаемое устройство предназначено для накатывания предварительно нарезанной резьбы, которое производится, например, на токарном станке при вращающейся со скоростью У_з заготовки винта и продольной подачи S_ПР, равной шагу резьбы, устройства, закрепленного на суппорте.

Устройство содержит корпус 1 (см. фиг.1-2) в виде корпуса червячного редуктора, имеющего основание, которым оно устанавливается, например, на суппорте токарного станка (не показаны).

Устройство содержит держатели 2 и 3 с деформирующими элементами - роликами 4 и 5 и силовой элемент - торсион 6. Деформирующие элементы - ролики имеют форму усеченного конуса и при работе устройства располагаются радиально по обе стороны профиля резьбы заготовки. Диаметры оснований усеченного конуса ролика выбираются пропорционально линейным скоростям заготовки на внутреннем и внешнем диаметрах профиля резьбы из расчета снижения проскальзывания частей рабочей поверхности конического ролика по накатываемой поверхности профиля резьбы, т.к. вращение ролика осуществляется за счет сил трения от вращения заготовки. Рабочая длина роликов принимается не менее рабочей высоты профиля накатываемой резьбы.

Деформирующие элементы - ролики консольно закреплены в держателях 2 с возможностью свободного вращения с помощью игольчатых подшипников 7.

Держатели 2 установлены на концах двуплечего рычага 8. Концы рычага 8 выполнены в виде шаровых опор 9 и позволяют изменять угол наклона деформирующих элементов - роликов под углом наклона рабочих сторон профиля накатываемой резьбы. Фиксация положения держателя на шаровой опоре рычага осуществляется гайкой 10. В средней части двуплечего рычага 8 имеется ось 11, относительно которой рычаг имеет возможность вращаться и которая на подшипнике смонтирована в корпусе 1.

Силовой элемент - торсион 6 выполнен в виде пластины, которая одним концом закреплена на торце оси 11. Торсион - пластина, работающая на кручение, выполняет функции пружины. Изготавливается из термически обработанной стали, допускающей большие напряжения кручения и, значит, углы закручивания (десятки градусов). Торсион передает силовую нагрузку кручения Т_КР на рычаг и далее на каждый деформирующий элемент.

Силовая нагрузка кручения Т_КР создается с помощью самотормозящей червячной пары - червячное колесо 12 и червяк 13, расположенные в корпусе на подшипниках. Червячное колесо расположено на валу, который жестко соединен с торсионом - пластиной, а червяк имеет штурвал 14 для ручного силового нагружения торсиона - пластины, отсчитываемое, например, по лимбу 15.

Предлагаемое устройство предназначено для накатывания резьбы в условиях мелкосерийного производства, обладает универсальностью и позволяет переналадку на разные типы и размеры резьб.

Для условий крупносерийного производства и если для накатывания требуется большое усилие нагрузки Т_КР на деформирующие элементы - ролики, конструкция устройства может быть модернизирована и ужесточена путем удаления держателей и шаровых наконечников на двуплечем рычаге и непосредственным креплением роликов на подшипниках на концах рычага. При этом устройство потеряет универсальность, т.к. деформирующие элементы - ролики будут установлены под строго фиксированными углами, но жесткость конструкции возрастет.

Предлагаемая конструкция устройства имеет возможность путем закручивания торсиона - пластины, расположенного перпендикулярно продольной оси заготовки, создавать деформирующее контактное усилие Т_КР, передаваемое накатным роликам, с двух сторон профиля резьбы.

Работа устройства заключается в следующем.

Предлагаемое устройство устанавливают, например, на суппорте токарно-винторезного станка, а заготовку винта с предварительно нарезанной резьбой зажимают в токарном патроне, закрепленном на шпинделе передней бабки, и поджимают задним центром.

Устройство устанавливают так, что осевая линия оси 11, торсиона - пластины и вала червячной шестерни находится в горизонтальной плоскости, проходящей через линию центров станка, и перпендикулярна последней (см. фиг.3-5). При этом деформирующие элементы - ролики располагаются симметрично линии центров станка выше и ниже ее, а двуплечий рычаг - под острым углом к вертикали.

Перед обработкой устройство настраивают. Так как деформирующие элементы - ролики 4 и 5 располагаются во впадинах резьбы радиально по отношению к заготовке, для этого их наклоняют под углом, соответственно, α_ПР4 и α_ПР5 к горизонтальной плоскости (фиг.4).

Деформирующие элементы - ролики 4 и 5 предварительно вводят во впадины резьбы и касаются рабочих профилей с двух сторон витка. При этом определяются углы установки роликов по профилю резьбы, соответственно, α_ПР4 и α_ПР5 (фиг.5). После чего ролики выводят из зоны контакта с резьбой и фиксируют их положение в держателях 2 и 3 гайками 10. По окончании настройки приступают к накатыванию резьбы.

Перед включением вращения У_з заготовки деформирующие элементы - ролики устройства вводят во впадины резьбы, касаются рабочих поверхностей профиля и перемещают суппорт станка (не показан) в поперечном направлении, приближаясь к линии центров и нагружая ролики нагрузкой Т_ПОП, контроль которой может быть осуществлен по лимбу на суппорте (не показан). Одновременно нагружают ролики круговой нагрузкой Т_КР путем вращения штурвала 14, тем самым закручивают торсион - пластину, и прижимают ролики к рабочим поверхностям резьбы, устанавливая и контролируя при этом величину нагрузки по лимбу 15. Включают вращение заготовки V₃ и продольную подачу суппорта с устройством S_ПР, равную шагу разьбы, производят накатывание.

При промышленных испытаниях заготовки - винт из стали 40Х с резьбой упорной S80×l0-7h ГОСТ 10177-82, имеющей предварительно нарезанный с помощью вихревой головки профиль резьбы, устанавливали в центрах на станке 16К20, а устройство для накатывания - на суппорте. Устройство прижимали к заготовке с поперечной силой Т_ПОП до 100 Н и деформирующие ролики нагружали силой кручения Т_КР до 6000 Н. Заготовки сообщали вращательное движение V₃=12 м/мин, а устройству - продольную подачу S_ПР=10 мм/об. Сразу обкатывали левую и правую стороны резьбового профиля.

Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 1,8…2 раза по сравнению с накатыванием резьбы традиционным способом, например, роликом, размеры резьбы стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, стойкость инструмента повышается в 2,5…3 раза, высота шероховатости резьбовой поверхности уменьшается на 1…2 класса.

Себестоимость изготовления оснастки снизилась в два раза.

Предлагаемое устройство расширяет технологические возможности, позволяет повысить производительность, особенно при накатывании резьбы с большим шагом путем увеличения площади контакта деформирующего элемента с обрабатываемой поверхностью, обеспечивает возможность деформирования всего резьбового профиля за минимальное количество проходов, обеспечивает универсальность и возможность накатывания грузовых резьб, повышает качество обработанной поверхности, являясь жесткой конструкцией, снижает себестоимость процесса накатывания, увеличивает срок службы накатанной резьбовой поверхности и повышает ее износостойкость.

Источники информации, принятые во внимание

1. Авторское свидетельство SU №1701413 A1, B21H 3/06. Устройство для обкатывания винтовых поверхностей. В.М.Сорокин, И.П.Крылов, В.И.Дементьев и Г.А.Соломаха. Заявка №4 725460/27; заявлено 31.07.89; опубл. 30.12.91. Бюл. №48 - прототип.

2. Авторское свидетельство SU №1442312, МКИ B21Н 3/00. Ролик для накатывания предварительно нарезанной резьбы // В.М.Браславский, П.И.Жуков, З.С.Конова, И.И.Соколов. Заявка №4 103228/25-27; заявлено 19.05.86. опубл. 07.12.88. Бюл. №45.

Устройство содержит корпус, держатели с деформирующими элементами и силовым элементом. Для расширения технологических возможностей оно имеет два деформирующих элемента в виде роликов в форме усеченного конуса, радиально расположенных по обе стороны профиля резьбы, диаметры оснований которых пропорциональны линейным скоростям заготовки на внутреннем и внешнем диаметрах профиля резьбы, а рабочая длина составляет не менее рабочей высоты профиля резьбы. При этом держатели установлены на шаровых концах двуплечего рычага и выполнены с возможностью свободного вращения в них деформирующих элементов и установки деформирующих элементов под углом наклона рабочих сторон профиля резьбы, а силовой элемент закреплен на торце оси, расположенной в средней части двуплечего рычага, и выполнен в виде торсиона с возможностью закручивания с помощью самотормозящей червячной пары относительно оси, перпендикулярной продольной оси заготовки, и создания деформирующего контактного усилия, развиваемого накатными роликами с двух сторон профиля резьбы. При этом упомянутые торсион и червячная пара установлены в корпусе на подшипниках. 5 ил.

Устройство для накатывания предварительно нарезанной резьбы, содержащее корпус, держатели с деформирующими элементами и силовым элементом, отличающееся тем, что оно имеет два деформирующих элемента в виде роликов в форме усеченного конуса, радиально расположенных по обе стороны профиля резьбы, диаметры оснований которых пропорциональны линейным скоростям заготовки на внутреннем и внешнем диаметрах профиля резьбы, а рабочая длина роликов составляет не менее рабочей высоты профиля резьбы, при этом держатели установлены на шаровых концах двуплечего рычага и выполнены с возможностью свободного вращения в них деформирующих элементов и установки деформирующих элементов под углом наклона рабочих сторон профиля резьбы, а силовой элемент закреплен на торце оси, расположенной в средней части двуплечего рычага, и выполнен в виде торсиона с возможностью закручивания с помощью самотормозящей червячной пары относительно оси, перпендикулярной продольной оси заготовки, и создания деформирующего контактного усилия, развиваемого накатными роликами с двух сторон профиля резьбы, при этом упомянутые торсион и червячная пара установлены в корпусе на подшипниках.