Способ накатывания наружных резьб

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам формообразования наружных резьб пластическим деформированием, в частности к накатыванию наружных резьб средних и крупных размеров в заготовках из высокопластичных материалов. Задача изобретения – обеспечение возможности накатывания прямоугольных, трапецеидальных и других резьб, повышение производительности и качества обработки резьбовых поверхностей. Способ осуществляется пластическим деформированием металла в роликовой матрице, причем резьбовой профиль деформируют принудительно вращающимися резьбовыми роликами в количестве не менее трех с жесткой кинематической связью между ними. Ролики имеют многозаходную резьбу с профилем, соответствующим профилю накатываемой резьбы, а заготовку, свободно вращающуюся за счет сил трения благодаря вращению роликов, деформируют с торцов, воздействуя двумя пуансонами навстречу друг другу, один из которых является плавающим упором, позволяющим компенсировать осевое перемещение заготовки. Диаметр резьбонакатных роликов подбирается таким образом, чтобы ролики сообщали заготовке осевое перемещение только в направлении плавающего упора, и регламентируется математической зависимостью. Способ позволяет накатывать относительно короткие резьбы стабильных размеров с отношением длины к диаметру не более 5, которые сложно получить другими способами, например прямоугольные и крупные трапецеидальные. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к способам формообразования наружных резьб пластическим деформированием, в частности к накатыванию наружных резьб средних и крупных размеров в заготовках из высокопластичных материалов.

Известные способы накатывания наружных резьб [1] не позволяют получать прямоугольные (с углом профиля менее 5° ), крупные трапецеидальные и т.п. резьбы.

Известен способ накатывания резьб с использованием одного из известных технических средств: специализированный резьбонакатный станок, стан поперечно-винтовой прокатки, тангенциальную или радиальную резьбонарезную головку, устанавливаемую на универсальном станке или автомате и имеющую в качестве инструмента накатывающие ролики с винтовой многозаходной резьбой [2]. Способ осуществляется путем относительного движения инструмента, имеющего на рабочей части винтовую резьбовую поверхность, и заготовки в перпендикулярном ее оси направлении и взаимосогласованного их вращения, включающий определение диаметра D_и используемого для накатывания инструмента в соответствии с диаметром заготовки d_з под накатывание и числом заходов резьбы инструмента k, причем определение диаметра инструмента осуществляют также с учетом глубины внедрения инструмента f_в в материал заготовки и величины упругой радиальной деформации инструмента W_у при накатывании согласно зависимости

D_и=(d_з-f_в)k+2W_у

Известный способ, осуществляемый с помощью известных инструментов для накатывания наружных резьб, не позволяет получать прямоугольные (с углом профиля менее 5° ), крупные трапецеидальные, упорные и т.п. резьбы.

Задачей изобретения является обеспечение возможности накатывания прямоугольных, крупных трапецеидальных и других резьб, а также повышение производительности и качества обработки резьбовых поверхностей.

Поставленная задача решается предлагаемым способом изготовления наружных резьб пластическим деформированием металла, включающий формирование резьбового профиля принудительно вращающимися резьбовыми роликами, причем профиль формируют в роликовой матрице роликами в количестве не менее трех с жесткой кинематической связью между ними, при этом ролики имеют многозаходную резьбу с профилем, соответствующим профилю накатываемой резьбы, а заготовку, свободно вращаемую за счет сил трения посредством вращения роликов, деформируют с торцов, воздействуя двумя пуансонами навстречу друг другу, один из которых выполнен в виде плавающего упора, позволяющего компенсировать осевое перемещение заготовки, при этом диаметр резьбонакатных роликов подбирается исходя из условия сообщения роликами заготовке осевого перемещения только в направлении плавающего упора, по формуле:

D_нар=(k_рол/k_заг)d_заг,

где D_нар - наружный диаметр резьбонакатных роликов, мм;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике, определяется конструктивно, исходя из необходимой прочности роликов и параметров резьбонакатного оборудования;

k_заг - количество заходов резьбы на накатываемой заготовке;

d_заг - диаметр заготовки, равный внутреннему диаметру накатываемой резьбы, мм.

На фиг.1 приведена схема изготовления наружных резьб пластическим деформированием металла в роликовой матрице, частичный продольный разрез Б-Б на фиг.2, на верхней половине фиг.1 изображена заготовка до накатывания резьбы, а на нижней половине - после; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на верхней половине фиг.2 изображена заготовка до накатывания резьбы, а на нижней половине - после.

Предложенный способ накатывания наружных резьб осуществляется пластическим деформированием металла с помощью специальной роликовой матрицы следующим образом.

Цилиндрическая заготовка 1, диаметр которой равен d_заг внутреннему диаметру накатываемой резьбы, устанавливается во втулках 2 и 3 между несколькими, минимум тремя, роликами 4, имеющими многозаходную резьбу с профилем, соответствующим профилю накатываемой резьбы, и направлением, противоположным направлению накатываемой резьбы.

Резьбовые ролики 4 принудительно вращаются и имеют жесткую кинематическую связь между собой, обеспечивающую равную угловую скорость V_и вращения всех роликов (на фиг.1-2 не показана).

Оси вращения роликов 4 и заготовки 1 параллельны.

Угол поворота роликов 4 предварительно выставлен по шаблону, представляющему собой деталь с резьбой, соответствующей накатываемой резьбе, таким образом, чтобы выступы резьбы роликов 4 попадали во впадины резьбы шаблона.

Диаметр резьбонакатных роликов рассчитывается по формуле:

D_нар=(k_рол/k_заг)d_заг,

где D_нap - наружный диаметр резьбонакатных роликов;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике, определяется конструктивно, исходя из необходимой прочности роликов и параметров резьбонакатного оборудования;

k_заг - количество заходов резьбы на накатываемой заготовке;

d_заг - диаметр заготовки, равный внутреннему диаметру накатываемой резьбы.

Заготовка 1 имеет возможность свободно вращаться вокруг собственной оси за счет сил трения благодаря вращению роликов 4. На правый торец заготовки 1, согласно фиг.1, осуществляется воздействие пуансоном 5 с силой Р через подпятник 6 и упорный подшипник 7. Для того чтобы компенсировать осевую силу Р, левый торец поджимается плавающим упором 8 с силой P₁=P, также через подпятник и упорный подшипник. Пуансон 5 и плавающий упор 8 являются штоками поршней 9 и 10 гидроцилиндров 11 и 12 соответственно.

Бесштоковые полости гидроцилиндров 11 и 12 подключены к гидросистеме параллельно, таким образом, что давление жидкости в данных полостях одинаково. Диаметры поршней 9 и 10 гидроцилиндров 11 и 12 равны, что обеспечивает равенство сил Р и P₁. Бесштоковая полость гидроцилиндра 12 имеет вывод на слив через клапан 13, срабатывающий, если давление в гидроцилиндре 12 превысит величину:

p=P₁/F₁·ζ,

где F₁ - площадь поршня 10 гидроцилиндра 12;

ζ - КПД гидроцилиндра 12.

Диаметр резьбонакатных роликов 4 подбирается таким образом, чтобы ролики 4 сообщали заготовке 1 осевое перемещение S_пр только в направлении плавающего упора 8.

Накатывание резьбы предлагаемым способом происходит следующим образом.

Роликам 4 сообщается вращательное движение V_и. Одновременно в бесштоковые полости гидроцилиндров 11 и 12 подается жидкость под давлением “р”. Под действием сил Р и Р₁ заготовка 1 начинает деформироваться, увеличиваясь в диаметре. Выдавливание металла в осевой зазор между подпятником 6 и цилиндрической втулкой 2 вследствие значительного увеличения контактных сил трения не происходит. Металл под давлением заполняет впадины резьбы роликовой матрицы. Выступы резьбы роликов 4 препятствуют течению металла заготовки 1 в радиальном направлении и формируют впадины резьбы на накатываемой заготовке 1. При этом за счет сил трения между заготовкой 1 и вращающимися роликами 4 ей также сообщается вращательное движение V_з. Таким образом, на заготовке формируется винтовой профиль накатываемой резьбы.

Поскольку угол подъема резьбы на роликах 4 на всем протяжении формирования резьбы будет больше, чем на заготовке 1, заготовка 1 будет вывинчиваться из роликов 4, т.е. получать осевое перемещение S_пр в направлении плавающего упора 8. Как только торец заготовки 1 начнет давить на плавающий упор 8, давление в гидроцилиндре 12 превысит величину “р”, что вызовет срабатывание клапана 13. Жидкость из гидроцилиндра 12 начнет уходить на слив и плавающий упор 8 начнет смещаться, компенсируя осевое перемещение заготовки 1. Как только на заготовке будет сформирован полный профиль резьбы, жидкость из гидроцилиндров 11 и 12 отводится на слив, пуансон 5 и ролики 4 отводятся от заготовки 1 и она извлекается. Пуансон 5 и упор 8 разводятся с помощью пружин 14, которые расположены в штоковой полости гидроцилиндров.

Предлагаемый способ позволяет накатывать относительно короткие резьбы (с отношением длины к диаметру не более 5), например, прямоугольные и крупные трапецеидальные. В качестве оборудования для реализации предлагаемого способа могут использоваться гидравлические прессы, оснащенные специальными резьбонакатными приспособлениями.

Пример. Накатывали винт домкрата с упорной резьбой S36× 6-7h ГОСТ 10177-82 длиной 150 мм из стали 45, диаметром заготовки 25,5 мм, на гидравлическом прессе, оснащенном специальным резьбонакатным устройством в виде резьбонакатной роликовой матрицы. Роликам диаметром 102 мм, имеющим 4 захода резьбы, сообщали вращательное движение V_и=15 м/мин.

Технико-экономические преимущества использования предлагаемого способа и устройства состоят в следующем: повышается производительность труда на операции резьбонакатывания, повышается стойкость инструмента и улучшается качество резьбы.

Испытаниями установлено, что производительность труда на операции резьбонакатывания предлагаемым способом повышается в 2... 3 раза, размеры резьбы стабильны и соответствуют 6... 7 степени точности, стойкость инструмента повышается в 1,5... 2 раза, шероховатость поверхности улучшается на 1... 2 класса.

Источники информации, принятые во внимание

1. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьб. Справочник. М.: Машиностроение, 1989. С.18.

2. Патент РФ 2058847, МКИ 6 В 21 Н 3/04. Способ накатывания резьбы. / Хостикоев М.З. Заявка №93031977/08; заявл. 16.06.93. опубл. 27.04.96. Бюл. №12 - прототип.

3. Писаревский М.И. Новый инструмент для накатывания резьб и шлицев. Л.: Машиностроение. 1966. С.38-40.

Способ изготовления наружных резьб пластическим деформированием металла, включающий формирование резьбового профиля принудительно вращающимися резьбовыми роликами, отличающийся тем, что профиль формируют в роликовой матрице роликами в количестве не менее трех с жесткой кинематической связью между ними, при этом ролики имеют многозаходную резьбу с профилем, соответствующим профилю накатываемой резьбы, а заготовку, свободно вращаемую за счет сил трения посредством вращения роликов, деформируют с торцов, воздействуя двумя пуансонами навстречу друг другу, один из которых выполнен в виде плавающего упора, позволяющего компенсировать осевое перемещение заготовки, при этом диаметр резьбонакатных роликов подбирают исходя из условия сообщения роликами заготовке осевого перемещения только в направлении плавающего упора по формуле:

где D_нap - наружный диаметр резьбонакатных роликов, мм;

k_рол - количество заходов резьбы на ролике, определяющееся конструктивно исходя из необходимой прочности роликов и параметров резьбонакатного оборудования;

k_заг- количество заходов резьбы на накатываемой заготовке;

d_заг - диаметр заготовки, равный внутреннему диаметру накатываемой резьбы, мм.