Возврат головки в рабочее положение осуществляется путем перемещения кольца выключения 14 по направлению к переднему торцу головки под действием вилки, установленной на станке, или рукояткой, ввернутой в корпус 2.
Регулирование длины накатываемой резьбы осуществляется за счет изменения положения внутреннего упора 17, а диаметра—путем поворота кольца 3 и крышки 6 относительно корпуса 2 при освобожденных гайках.
Основное конструктивное отличие описанной разьбонакатной головки от резьбонакатной головки фирмы Fеttе (ФРГ) заключается в механизмах открытия и закрытия головки: у головки фирмы Fеttе этот механизм представляет собой простой зубчатый замок, а у головок типа ВНГН—два перекрещивающихся коленообразных винтовых паза, изготовленных в корпусе и хвостовике, что обеспечивает большую надежность и долговечность конструкции механизма открывания головок.
Резьбонакатные головки типа ВНГН — трап. предназначены для накатывания на токарных, револьверных и болторезных станках трапецеидальных правых и левых резьб диаметром 16—42 мм с максимальным шагом 6 мм и длиной до 500 мм [20].
Московский завод режущих инструментов «Фрезер» изготовляет серийно четыре типоразмера головок (правые и левые): ВНГН —трап. 1, ВНГН—трап. 2, ВНГН—трап. 3, ВНГН—трап. 4.
Данные головки являются разновидностью головок ВНГН и имеют следующие отличия; сердечник выполнен в виде гильзы на конце с внутренней резьбой, в которую ввернута заглушка с упорным винтом, на конце которого установлены контргайки; зубчатый венец хвостовика заменен зубчатым колесом, закрепленным шпонкой; на цилиндрической шейке хвостовика установлено кольцо со штифтом и сухарем, служащим опорой для пружины.
Головка регулируется на заданный размер накатываемой резьбы регулировочными винтами.
Резьбонакатные головки типа ВНГТ являются также разновидностью головок типа ВНГН и предназначены для накатывания резьбы на тонкостенных водогазопроводных трубах (ЧМТУ УкрНИТИ 576—64) диаметром 1/2—2" на токарных, револьверных, болторезных и трубонарезных станках.
Серийный выпуск этих моделей головок освоен Московским заводом режущих инструментов «Фрезер».
На базе резьбонакатных головок типа РНГТ во ВНИИ разработаны резьбонакатные головки для накатывания резьб на сплошных изделиях диаметром 90—140 мм с максимальным шагом накатываемой резьбы 4 мм, головки для накатывания наружных конических резьб на геологоразведочных трубах диаметром 42—52 мм и малогабаритные резьбонакатные головки для накатывания цилиндрических резьб на сплошных изделиях диаметром 3—50 мм с максимальным шагом накатываемой резьбы 2 мм. Данные резьбонакатные головки внедрены на ряде машиностроительных заводов страны.
Универсальные резьбонакатные головки типа ГУР [23] предназначены для накатывания наружных треугольных и трапецеидальных одно - и двухзаходных правых и левых резьб диаметром 12—90 мм с шагом до 10 мм на универсальных токарных и револьверных станках (рис. 17).
Разработано четыре типоразмера головок: ГУР-4, ГУР-5, ГУР-5А, ГУР-6.
Принципиальная конструктивная особенность головок — возможность изменения угла установки роликов относительно оси головки, что позволяет регулировать накопленную ошибку шага нарезаемой резьбы.
На цилиндрической шейке центрального зубчатого колеса 1 головки типа ГУР-5 установлена задняя крышка 2 с запрессованными осями 3, на которых установлены зубчатые колеса 4, находящиеся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 1. Зубчатые колеса 4 связаны крестовинами 5 с эксцентриковыми осями 6, на которых установлены резьбонакатные 7 и игольчатые 8 ролики. Передняя и задняя цапфы эксцентриковых осей базируются на шарнирных подшипниках 9 типа ШЗО (ГОСТ 3635—54). Использование таких подшипников в качестве поворотных элементов значительно упрощает изготовление головок и обеспечивает их жесткость. Шарнирные подшипники 9 размещены в крышке 11 и кольце 13, которые скреплены винтами 10 посредством трех колонок 12. Поворот крышки 11 относительно кольца 13 изменяет угол установки резьбонакатных роликов относительно оси головки, что достигается вращением двух регулировочных винтов 14.
Резьбонакатная головка регулируется на заданный диаметр накатываемой резьбы с помощью двух регулировочных винтов 16.В конце рабочего хода она раскрывается под действием упора, закрепленного на станине станка. После накатывания резьбы заданной длины ползун 15 останавливается, а головка продолжает движение вдоль оси изделия до выхода ролика ползуна из паза задней крышки.
Далее под действием пружины 17 накатная часть головки поворачивается относительно центрального зубчатого колеса 1, тем самым резьбонакатные ролики отводятся от оси головки, и ее можно свободно без свинчивания возвратить в исходное положение. Закрытие головки осуществляется рукояткой, ввернутой в кольцо 13.
Рис. 17. Универсальная резьбонакатная головка типа ГУР-5 для накатывания наружных резьб диаметром 22—52 мм
Резьбонакатные головки типа ГУР просты в эксплуатации, требуют незначительное время на регулировку и переналадку. Головки внедрены на многих предприятиях.
Головка для накатывания конической резьбы разработана (конструкция ВНИИметмаш) для накатывания резьбы на бурильных трубах (ГОСТ 631—75), предварительно проточенных на конус [24].
Резьбонакатная головка (рис. 18) разработана для трубонарезных станков
Рис. 18. Головка для накатывания конической резьбы
модели 9123, Пять резьбонакатных роликов 7 установлены на игольчатых подшипниках на эксцентриковых осях 5, которые поворачиваются в дисках 1 и 6 (диск 1 прикреплен к корпусу 12 шпильками 18). Головка на размер накатываемой резьбы регулируется винтами 19.
В отверстие корпуса на подшипниках скольжения установлено находящееся в зацеплении с зубчатыми колесами 9 центральное зубчатое колесо 10, которое может поворачиваться относительно корпуса на угол, величину которого определяют с учетом поворота эксцентриковых осей на 180°. В отверстии центрального зубчатого колеса расположен шток 17 с пальцем 15, на котором установлены сферические подшипники 16 и упорный диск 11.
Контакт сферических подшипников с опорными планками 20, находящимися в продольном пазу центрального колеса, и копиром 21, установленным в продольном пазу корпуса, осуществляется под действием пружины 13, при накатывании резьбы—под действием усилий, возникающих в процессе обработки.
На штоке 17 расположены оси 4 с резьбой, головка 8 и упорный фланец 8, который может вращаться благодаря наличию упорного подшипника 2.
Фланец 14, который служит для закрепления головки к шпинделю станка, можно соединить неподвижно с корпусом 12 или с колесом 10; подвижным может быть корпус с дисками либо центральное колесо. При этом эксцентриковые оси могут поворачиваться по часовой стрелке или против нее (если смотреть на головку со стороны дисков). Подвижные элементы и направление вращения эксцентриковых осей определяют конструктивное исполнение головок, для которых принцип радиального перемещения резьбонакатных роликов одинаков, а усилия, действующие на сферические подшипники и копир, различны по величине.
Конструкция головки может иметь два исполнения. В головке первого исполнения (рис. 18, а) корпус выполнен подвижным, а фланец 14 прикреплен неподвижно к центральному колесу 10. В головке второго исполнения (рис. 18,6) подвижным выполнено центральное колесо, а фланец 14 неподвижно прикреплен к корпусу 12. Эксцентриковые оси в головке первого исполнения в процессе накатывания правой резьбы поворачиваются по часовой стрелке, а эксцентриковые оси головки второго исполнения—против часовой стрелки.
По длине резьбы головку настраивают путем осевого перемещения упорного фланца 3, а по диаметру—углового перемещения дисков 6 и 1 относительно корпуса 12 (с помощью винтов 19).Шпильки 18 при этом должны быть ослаблены. Конусность резьбы задают с помощью сменного копира 21.
При работе конец трубы закрепляют в специальном зажимном устройстве станка и подают вращающуюся головку с усилием осевого подпора на обточенный заранее на конус конец трубы. Резьбонакатные ролики, захватив заготовку, перемещатся в осевом направлении вместе с суппортом. В это время шток 17 вместе с пальцем 15 останавливаются, так как фланец 3 упирается в конец трубы. При осевом перемещении корпуса 12 с копиром 21 относительно пальца 15 последний (для головки первого исполнения) поворачивается на угол, определяемый профилем копира 21. В головке второго исполнения поворачиваются центральное колесо, зубчатые колеса 9 и эксцентриковые оси 8. Поворот эксцентриковых осей обеспечивает радиальное перемещение резьбонакатных роликов, которое задается копиром и согласовывается с осевым перемещением головки.
После накатывания резьбы заданной длины головка автоматически раскрывается (так как сферический подшипник попадает на участок копира с большим углом наклона), а затем принимает первоначальное положение благодаря тому, что упорный диск 11 взаимодействует с неподвижными упорами, установленными на станке, а корпус или центральное колесо, перемещаясь в осевом направлении, одновременно поворачивается (под действием усилий, возникающих при взаимодействии подвижного копира с неподвижным сферическим подшипником).
Во ВНИИметмаше разработаны головки двух типоразмеров—РНГВ-73 для накатывания резьб длиной до 67 мм на бурильных трубах диаметром 73 мм и РНГВ-114 для накатывания резьб длиной 86 мм на трубах диаметром 114 мм; конусность резьбы 1/16, шаг 3,175 мм.
Резьбонакатные ролики для этих головок взаимозаменяемы. Они прошли промышленные испытания на Первоуральском новотрубном заводе.
При накатывании резьбонакатными головками производительность станка увеличилась в 1,4 раза по сравнению с производительностью этих же станков при использовании трубонарезных патронов ТН4К, однако при накатывании трудоемкость обработки концов труб несколько выше, чем при нарезании.
Основные недостатки резьбонарезных головок:
1) накатывание головкой резьбы только одного диаметра;
2) отсутствие регулировки конусности, которая получается за счет копира, имеющего сложный и нетехнологичный для изготовления профиль;
3) относительно большие габариты головок (масса 200—215 кг).
Малогабаритная резьбонакатная головка модели РНГТМ-1 предназначена для накатывания резьб диаметром 3—10 мм.
В центральном отверстии корпуса помещена контргайка специальной формы, жестко фиксирующая упорный винт. На корпусе установлены втулка и кольцо выключения, состоящее из задней крышки и кольца, в отверстиях которого размещены пальцы. На передней части корпуса базируется регулировочное кольцо, в резьбовых отверстиях которого закреплены колонки с проставочными втулками.
Резьбонакатная часть головки состоит из резьбонакатных роликов, установленных на осях, которые базируются в отверстиях кулачков. Кулачки имеют две жесткие опоры в виде цилиндрических хвостовиков и установлены в отверстиях передней части корпуса и передней крышки. В отверстиях верхней части кулачков расположены ползуны, которые своим квадратным концом входят в пазы регулировочного кольца. В коленообразных винтовых пазах корпуса на пальцах установлены ролики. От осевого перемещения втулка удерживается пружинным кольцом. В центральном отверстии корпуса установлен сердечник, в который ввернут упорный винт.
Для настройки на заданный размер резьбы необходимо посредством регулировочных винтов повернуть через штифт регулировочное кольцо относительно втулки, т. е. сблизить или развести резьбонакатные ролики. Открытие головки в конце накатывания производятся пружинами, воздействующими на штифты.
Резьбонакатная головка модели РНГТМ-1 работает так же, как и головки модели РНГТ. Головка может быть использована в работе как вращающаяся и как стационарная (невращающаяся). При относительно небольших габаритах головка охватывает больший диапазон диаметров накатываемых резьб по сравнению с серийно изготовляемыми головками модели ВНГН.
Испытания головки показали стабильную работу, что позволяет рекомендовать ее для использования в промышленности.
Тангенциальные резьбонакатные головки типа ТНГС, разработанные ВНИИ с синхронизацией вращения накатывающих роликов [25, 26], обеспечивают получение окончательно обработанных резьбовых деталей небольшой длины на автоматическом токарном оборудовании. При этом процесс накатывания не выделяется в отдельную операцию, требующую применения специализированных резьбонакатных станков.
Резьбонакатная головка (рис. 19) состоит из корпуса 1, в пазах которого установлены удерживаемые прижимными планками 13 и 2 ролико держатели 12 и 3, в которых на твердосплавных осях 8 установлены реэьбонакатные ролики 18 с винтовой резьбой. Возникающее при накатывании осевое перемещение роликов воспринимается твердосплавными втулками 11.
В торцовые шпоночные пазы резьбонакатных роликов входят выступы зубчатого колеса 9, фиксируемого от осевого перемещения бронзовыми втулками 7. От поворота и продольного перемещения твердосплавные оси 8 удерживаются винтами 10. Резьбонакатные ролики связаны между собой механизмом синхронизации их вращения, включающим зубчатые колеса 4. 6, 9 и центральное колесо 21, установленное на компенсаторе 23, в пазы которого входят пружины 24. Центральное колесо с компенсатором может поступательно перемещаться при вращении центральной оси 25 в резьбовом отверстии опоры 26. Такое перемещение вызывает поворот кинематически связанных с ним резьбонакатных роликов, благодаря чему достигается их точная настройка по шагу обрабатываемой резьбы.
Настройка инструмента на диаметр накатываемой резьбы производится вращением винтов 16 и 14 с правой и левой резьбой, связанных между собой крестовиной 15. Вращение этих винтов приводит к радиальному перемещению роликодержателей с роликами, т. е. к изменению диаметра накатываемой резьбы. Инструмент настраивается при отжатых стопорных винтах 17 и гайках 5.
Тангенциальные резьбонакатные головки модели ТНГС позволяют регулировать конусность обрабатываемой резьбы поджатием или ослаблением регулировочных винтов 19 с последующей фиксацией положения роликодержателей стопорными винтами 20, установленными с двух сторон резьбонакатной головки в верхней и нижней опорных планках 22 и 27.
Перед установкой головки на станок с помощью установочного шаблона с микрометрическим винтом настраивается длина рабочего хода поперечного суппорта станка.
Изготовление тангенциальных резьбонакатных головок модели ТНГС двух типов (ТНГС-1, ТНГС-2) освоено Московским заводом режущих инструментов «Фрезер».
Головки внедрены на промышленных предприятиях при изготовлении резьб степеней точности до 4h (ГОСТ 16093—70) при шероховатости поверхности в пределах Ra≤0,63 мкм (ГОСТ 2789—73). Головки обеспечивают в сочетании с высокой точностью и эксплуатационной надежностью инструмента возможность изготовления на автоматическом токарном оборудовании широкой номенклатуры деталей с цилиндрической и
конической, правой и левой резьбами из разнообразных материалов. в том числе труднообрабатываемых.
Годовой экономический эффект от внедрения одного комплекта роликов — не меньше 1000 руб.
Тангенциальная резьбонакатиан головка типа ТНГН-2 разработана и серийно изготовляется московским заводом режущих инструментов «Фрезер» [27] для накатывания наружных резьб диаметром 6—14 мм.
Резьбонакатная головка (рис. 20) состоит из державки 1 с планкой 2, закрепленной винтом 3, который, кроме того, удерживает от выпадания ось 4. В отверстии державки 1 на оси 4 установлен корпус 5, который выставляется по оси головки винтом 6 и фиксируется гайкой 7. В отверстиях корпуса 5 друг против друга на эксцентриковых осях 8 установлены резьбонакатные ролики 9 с многозаходной резьбой. Вращение резьбонакатных роликов относительно друг друга не синхронизировано. От осевого перемещения резьбонакатные ролики 5 удерживаются опорными шайбами 10 и 15, которые отпроворота зафиксированы винтом 11 и штифтом 14. Для свободного вращения резьбонакатных роликов 9 между ними и эксцентриковыми осями 8 расположены игольчатые ролики 12, между которыми установлено проставочное кольцо 13. Звездочка 16 и винт 17 предотвращают поворот эксцентриковых осей 8 в процессе накатывания.
В процессе накатывания тангенциальными головками с поперечной подачей неизбежны небольшие осевые перемещения резьбонакатных роликов и головки. Для уменьшения этого в головке предусмотрены тарельчатые пружины 18 и 19. установленные на оси 4 и эксцентриковой оси 8.
Для установки резьбонакатной головки в различные модели станков, автоматов и полуавтоматов державка резьбонакатной головки может иметь два исполнения: при первом (см. рис. 20, а) — державка выполняется прямоугольного сечения; при втором (см. рис.20,б)—державка имеет «ласточкин хвост» с установочной планкой 2, закрепленной на державке винтом 23, что позволяет регулировать расположение головки в осевом направлении винтом 22 с фиксацией после перемещения гайкой 24.
При работе головку, установленную на поперечном суппорте автомата, от кулачка подают на вращающуюся заготовку. При совпадении оси резьбонакатных роликов с осью заготовки головка быстро отводится назад в исходное положение.
Простота конструкции и технологичность изготовления головки—преимущества ее по сравнению с тангенциальными головками с синхронным вращением резьбонакатных роликов.
Недостатки головки:
1) небольшой диапазон диаметров накатываемых резьб из-за наличия в конструкции эксцентриковых осей. что увеличивает номенклатуру головок по сравнению с существующими тангенциальными головками с синхронным вращением роликов.
2) нестабильность накатывания резьб с точностью выше седьмой степени при шероховатости профиля Rа≥1,25 мкм.
РАСЧЕТ СИЛ ПРИ НАКАТЫВАНИИ РЕЗЬБ
Силы при накатывании резьб и их распределение по отдельным виткам роликов и роликам—основные факторы, определяющие конструктивные размеры отдельных узлов резьбонакатных головок и работоспособность роликов.
Однако до настоящего времени не были установлены общие основные параметры процесса накатывания резьб, определяющие нагрузки на ролики, и их влияние на силы, возникающие при накатывании.
Проведенные эксперименты выявили влияние на силы при накатывании только отдельных частных факторов, как, например, шаг резьбы, диаметр роликов и т. д., причем изменяющихся в узких диапазонах [19, 28].
Такие исследования носят ограниченный характер, и рекомендации оказываются неправомочными при изменении условий накатывания, например, диаметра ролика или заготовки, длины заборной и калибрующей частей ролика и др.
Исследованиями ВНИИ установлены основные параметры процесса накатывания и их влияние на возникающие силы при различных условиях эксплуатации.
За основные параметры процесса накатывания, определяющие нагрузку на отдельные витки роликов и ролики в целом, приняты •средняя толщина выдавливаемого слоя аср, приходящаяся на периметр контакта 1ц витков заборной части ролика с заготовкой в плоскости, проходящей через ось заготовки, площадь контакта Sк витков ролика и периметр контакта lп. к витков калибрующей части ролика.
Тогда в общем виде зависимость радиальной силы Рр, возникающей при накатывании, может быть выражена зависимостью
где х, у, и z—степени влияния соответствующих параметров;
С—величина, постоянная для данных условий.
Аналогично может быть выражена тангенциальная сила Рт.
Средняя толщина выдавливаемого слоя
где F—площадь выдавливаемого слоя в плоскости контакта.
Площадь контакта второго и всех последующих витков ролика
где lк—длина дуги контакта,
Для первого витка
Значения площадей контакта, рассчитанные по этим формулам, превышают фактические площади на 3—7% в зависимости от диаметров ролика Dр и заготовки Dз и величины внедрения витков Нв. н что не оказывает практического влияния на величину определяемых сил.
Подставив значения аср и Sк в уравнение (5) получим в общем виде следующую зависимость:
Среднее значение силы, действующей на ролик:
где f, lк. з, lп. к —средние значения параметров процесса накатывния, относящиеся к одному ролику;
f—выдавливаемая площадь, мм2;
lп. з, lк. з —периметр и длина дуги контакта витков заборной части, мм;
lп. к — периметр контакта витков калибрующей части, мм.
Произведение lп. з lк. з не является средней контактной площадью, а лишь косвенно ее характеризует. Результаты экспериментов и математический вывод зависимостей показали целесообразность использования в качестве одного из основных параметров процесса накатывания такого произведения, что не исключает возможность замены его на площадь контакта.
В схемах для расчета параметров F, lп. и lк. (рис. 21) выдавливаемая площадь и периметр контакта зависят от величины внедрения витков ролика и их формы, а длина дуги контакта—от величины внедрения и диаметров ролика и заготовки.
В зависимости (6) степени влияния х, у и z и постоянная С определяются экспериментальным путем. Для расчета средних значений параметров f, lп. з, lк. з, lп. к предварительно определяются параметры F, lп. и lк для каждого витка роликов и находится их сумма. При этом учитывается, что каждый виток роликов, за исключением первого вступающего в работу витка, воздействует и на металл, выдавленный предыдущими витками (рис, 22).
В табл. 7 приведены основные формулы и коэффициенты для определения параметров процесса накатывания приминительно к резьбам: трапецеидальной однозаходнойпоГОСТ 9484—73, трубной цилиндрической по ГОСТ 6357—73 и резьбы насосно-компрессорных труб и муфт по ГОСТ 633—63 (при Нв. н≥НR для F и lп).
Рис. 21. Схема для расчета: а - длины дуги контакта; б — выдавливаемой площади и периметре контакта
Длина дуги контакта (см. рис. 22) определяется по формуле
Угол γ определяется из зависимости
где
Методика расчета значений основных параметров процесса накатывания состоит из следующих этапов.
1. Определение полной (накопленной) величины внедрения Нв. н для каждого витка по фактическим перепадам высот витков роликов и величина внедрения калибрующих витков Нвнк в заготовку от ее диаметра;
где hi —перепад между вершинами калибрующего и рассматриваемого витка,
2. Определение фактической величины внедрения hвн.
Рис. 22. Совмещенное расположение витков и выдавливаемая ими площадь. Индексами 1, i-1, i обозначены порядковые номера витков
Таблица 7
Продолжение
3. Определение величины выдавливания Нвыд, которая устанавливается из условий постоянства объема до и после деформации.
Для удобства расчетов произведена замена объема на площадь, что для практических случаев накатывания головками обусловливает погрешность в величине Нвыд не более 3%:
Формулы для определения Fi и значения коэффициентов А и В приведены в таблице.
Расчетные и экспериментальные величины Нвыд хорошо согласуются между собой.
При определении величины выдавливания Нвыдк калибрующего витка в формулу подставляются значения Нвнк и Fк.
При определении Fк в формулы F=f(Нвн) для витка с радиусной вершиной и Fк=φ(Нвн) для витка с плоскосрезанной вершиной (см. табл. 7) подставляются значения Hвн=Hвнк.
Значение Нвнк рассчитывается из условия равенства площадей Fк и Fвыд до и после деформации, что обеспечивается при H´внк =t´—Hвдк, где t´=t+Δt- наибольшая высота профиля накатываемой резьбы, мм; t —номинальная высота профиля резьбы, мм;
Δt —половина нижнего отклонения на внутренний диаметр резьбы, мм.
4. Определение полной (накопленной) величины внедрения Нвн. ф с учетом металла, выдавленного предыдущими витками:
5. Определение общей (накопленной) площади деформации F, нарастающей от витка к витку (см. табл. 7) путем подстановки значений Нвн. ф.
6. Определение условной величины H´вн. ф от внедрения данного витка:
7. Определение условной величины F´ путем подстановки значений H´вн. ф.
8. Расчет фактической площади, деформируемой одним витком:
9. Расчет периметра контакта lп путем подстановки значений Hвн. ф.
10. Расчет длины дуги контакта lк [см, формулу (7)], причем значение х определяется по фактической величине внедрения hвн.
В результате экспериментов при накатывании резьбы на стали 45 твердостью НВ 190—212 получена следующая зависимость:
где f/lп. з—средняя толщина деформируемого слоя.
Зависимость (9) получена при накатывании наружной трапецеидальной резьбы с шагом 5, 6, 8 и 10 мм с использованием заготовок роликов Dз=140÷112 мм и Dр =80÷130 мм, что обусловило следующие параметры процесса накатывания: f/lп. з =0,05÷0,25 мм, lп. з=6÷20 мм, lк. з=5÷10 мм, lп. к = 10÷56 мм.
Расчетное значение сил с достаточной для практики точностью согласуется с экспериментальными данными.
Полученная зависимость отличается универсальностью и позволяет определять значения сил независимо от типа и шага накатываемой резьбы, диаметров роликов и заготовки и различий в конструктивных параметрах резьбовых витков роликов.
С помощью этой формулы может быть проверена, в частности, оптимальность создаваемых конструкций роликов.
Значение тангенциальной силы по экспериментальным данным составляет 0,12—0,15Рр.
Анализ полученной зависимости показывает, что с уменьшением толщины выдавливаемого слоя, произведение периметра и длины дуги контакта витков заборной части и периметра контакта витков калибрующей части силы при накатывании уменьшаются. Оптимальность конструкций отдельных витков роликов и роликов в целом может быть оценена по величинам параметров процесса накатывания, которые они обусловливают. В частности, оптимальное количество витков на калибрующей части роликов nк=2.
В установленной зависимости произведение lп. з lк. з косвенно характеризует площадь контакта Sк.
В дальнейшем предполагается установить зависимость, в которой это произведение будет заменено Sк.
Таблица 8
Установленная зависимость действительна при накатывании резьб в конструкционной углеродистой стали твердостью НВ 183—201.
При изменении твердости необходимо пользоваться поправочными коэффициентами (табл. 8), установленными из условий пропорциональной зависимости величин сил от твердости.
РАСЧЕТ РОЛИКОВ К РЕЗЬБОНАКАТНЫМ ГОЛОВКАМ
В большинстве рассмотренных конструкций резьбонакатных головок (типов ВНГН, ГУР, РНГМ и др.) перемещение роликов к оси и от оси заготовки осуществляется с помощью эксцентрикового устройства. Диаметр роликов при этом должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить надежную работу механизма раскрытия и минимально необходимый зазор между роликами и деталью при отводе головки.
Зазор Δ между роликами и деталью (рис. 23) аналитически может быть представлен зависимостью
где О1О—межцентровое расстояние между эксцентриковой осью и деталью, мм (величина, постоянная для данной конструкции головки определенного типоразмера);
ε—эксцентриситет, мм;
φр — угол раскрытия, град;
Dр—наружный диаметр ролика, мм;
Dд — наименьший внутренний диаметр детали, мм.
Рис. 23. Схема расположения ролика и заготовки: 1 — в момент накатывания;
2—3 момент раскрытия
В момент накатывания зазор Δ=0 и φр=φн. При этих условиях
Во избежание заклинивания эксцентриковых осей и обеспечения безотказного быстрого раскрытия головки в конце хода угол φн следует принимать равным 50—55°.
После раскрытия головки зазор должен быть:
где Δ'—зазор между наружными диаметрами роликов и накатываемой резьбы;
где t — теоретическая высота профиля накатываемой резьбы, мм;
Н0d1—нижнее отклонение по внутреннему диаметру, принимаемое для меньшей степени точности накатываемы резьб.
Зазор Δ' принимается равным для метрических резьб диаметром до 5 мм 0,5 мм, диаметром 5—20 мм—1 мм, для резьб большего диаметра— 1,5 мм. Для трапецеидальных резьб зазор Δ'=2—4 мм в зависимости от длины, диаметра и шага накатываемой резьбы.
При величине зазора Δ, определенной по формуле (11), угол раскрытия φр не должен превышать 170°:
При φр> 170° накатывание рекомендуется производить головкой другого типоразмера.
Рассчитанное значение наружного диаметра ролика обычно округляют до целого числа.
Наружный диаметр резьбы ролика для резьбонакатных головок тангенциального типа может быть определен [29] по зависимости
где Kр и Kи—число заходов ролика и изделия;
dз и dв—диаметр заготовки и внутренний диаметр накатываемой резьбы, мм;
Pср = (3,5—4) Ơт—удельное среднее давление, МПа;
Е—модуль упругости обрабатываемого металла, МПа;
Ơт — предел текучести, МПа.
После определения наружного диаметра ролика определяют его средний и внутренний диаметры, для чего рассчитывают значение высот головки t1р и ножки t2р витка ролика (расстояния от среднего диаметра до вершин выступов и впадин витков калибрующей части), обеспечивающие возможность работы как открытым, так и замкнутым контуром.
Для трапецеидальной резьбы
где ;t1 и t2—номинальная рабочая высота головки и ножки накатываемой резьбы;
Р— шаг накатываемой резьбы, мм;
Δизг—допуск на изготовление, мм;
где H1— рабочая высота профиля резьбы, мм.
Радиус при вершине R=0,19 Р.
Допуск на изготовление принимается равным для шагов Р≤2 мм 0,02 мм; для Р=2,5÷5 мм—0,03 мм и для Р>5 мм—0,04 мм.
В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов
где ас — номинальный зазор в резьбовом соединении (ГОСТ 9484—73).
Для метрической резьбы
где t2=0,217Р и t1=0,325Р.
Радиус при вершине R=0,126Р.
Допуск на изготовление принимается равным 0,01 мм (Р≤1 мм); 0,02 мм (Р=1,25—3,0 мм) и 0,03 мм для больших шагов.
В случае прямолинейной вершины у витков калибрующей части роликов
где t1=t2=0,32Р (ГОСТ 6357—73).
Радиусы при вершине и впадине витка ролика R1=(0,136Р—0,043) мм и R2= (0,137Р+0,026) мм.
Ширина роликов Вр определяется по максимальному шагу резьбы, накатываемой данной головкой. За основу берется ролик с односторонней заборной частью (первый в комплекте):
где nз—количество витков на заборной части;
l1—расстояние от переднего торца до первого витка заборной части;
l´1—расстояние от заднего торца до последнего витка калибрующей части.
При определении ширины ролика принимали nз=2 или nз=3 (максимально возможное количество витков), С целью уменьшения сил накатывания число витков калибрующей части следует назначать наименьшим, т. е. nк=2 читывая уменьшение расстояния l1от ролика к ролику за счет смещения витков на величину P/z приводящее к уменьшению количества полных калибрующих витков на ряде роликов, принимаем для первого ролика nK=3.
С уменьшением шага накатываемой резьбы при неизменном l1 размер l´1 будет увеличиваться.
Ширина первого ролика при двусторонней заборной части связана с параметрами ролика соотношением
где l1=Р/2+Δl и l´1=(z-1)P/z+l1, причем поправка Δl≥0.
Здесь учтено, что при работе другой стороной ролика первый ролик должен работать, как последний.
При заданных ширине и параметрах ролика поправка Δl на величину l1 и l´1 определяется из зависимости
Основные методические положения по конструированию заборной части роликов с конической схемой расположения кольцевых витков на заборной части (см. рис. 22), разработанные применительно к роликам для накатывания резьбы на водогазопроводных трубах [30], распространяются также на ролики для накатывания резьбы на сплошных изделиях и сводятся к следующему;
1) выбор закона распределения Fi=f(i) площадей, деформируемых отдельными витками;
2) определение общей (накопленной) площади деформирования ΣFi=ψ(i), нарастающей от витка к витку с учетом установленного закона распределения;
3) установление закона изменения F=φ(Hвн). Деформируемой площади от величины Hвн подъема витков (глубины внедрения вершины витка в заготовку) при принятой форме витков заборной части;
4) определение величины Hвн подъема каждого витка из зависимости F=φ(Hвн) путем подстановки в нее значения ΣFi , относящегося к данному витку.
В этих закономерностях i—порядковый номер витка, количество которых может изменяться от 1 до п (п—количество витков на заборной части).
Этапы расчета рабочей части роликов
1. Высота профиля и форма витков калибрующей части назначаются в соответствии с установленными зависимостями.
2. Радиус при вершине витков заборной части Р принимается равным радиусу при вершине витков калибрующей части, т. е. 0.126Р для метрической резьбы, 0.19Р для трапецеидальной и 0,137P—0,043 для трубной резьб.
3. Величина внедрения витков калибрующей части Hвн. к заготовку определяется из условия равенства выдавливаемой и выдавленной площади, что практически допустимо, причем должно соблюдаться условие
где Hвыд— высота выдавленного профиля;
t1 — номинальная стандартная высота головки образуемой резьбы при заданной ее форме.
Для метрической резьбы Hвн. к=0.31Р при t1=0,325Р с прямолинейной вершиной; для трапецеидальной резьбы Hвн. к=0,35Р при t1=0,25Р; для трубной резьбы Hвн. к =0,ЗЗР при t1=0,ЗЗР с закругленной вершиной (R=0,137Р+0,026).
4. Величина внедрения первого витка Hвн.1, назначается равной Hвн.1=0,25Р. Такая величина всегда обеспечивает контакт первого витка с заготовкой при нагрузке на первый виток значительно меньшей, чем на любой последующий виток, что улучшает условия захвата заготовки роликов в начальный момент накатывания.
5. Площадь F=φ(Hвн) , выдавливаемая отдельными витками при закругленной вершине витка (см. рис. 21, б), определяется из следующих зависимостей:
при Hвн≤HR
при Hвн≥HR
где
6. Площадь Fк общая (накопленная) площадь деформирования, приходящаяся на первый калибрующий виток, определяется из зависимости (12), путем подстановки при Hвн. к=Hвн.
7. Площадь деформирования Fi и суммарная площадь деформирования ΣFi, приходящаяся на каждый виток, начиная со второго, определяется с использованием зависимостей
где d´—разность прогрессии.
Эти зависимости установлены из условия, что деформируемые площади распределяются по отдельным виткам по закону арифметической прогрессии.
Разность прогрессии выбирается так, чтобы площадь, деформируемая последним витком, была в два-три раза меньше площади, деформируемой вторым витком.
8. Величина внедрения каждого витка при Hвн определяется с использованием зависимости (12) путем подстановки в нее общей площади деформирования ΣFi, относящейся к данному витку, из зависимости (13); величина занижения витков заборной части относительно калибрующих витков представляет разность Hвн. к-Hвнi.
ВЫВОДЫ
1. На основании анализа отечественной и зарубежной литературы. последних исследований и опыта практического использования даны рекомендаций по конструированию, особенностям изготовления и области применения метчиков различных модификаций, резьбонарезных резцов (гребенок), резьбонакатных головок и роликов к ним.
2. Существенный резерв увеличения производительности процесса и стойкости инструмента—конструирование метчиков из расчета наименьшей толщины срезаемого слоя 0,008—0,015 мм и увеличенного числа канавок.
3. Установлен важный критерий работоспособности метчиков, связанный с обеспечением удовлетворительных условий для размещения стружки в канавках метчиков и характеризуемый коэффициентом помещаемости Кс=0,5.
4. При нарезании точных резьб степени точности 4 и класса Ао следует применять метчики с бочкообразными зубьями. При этом наиболее эффективны и технологичны в изготовлении конструкции метчиков с режуще-ведущими зубьями, у которых ведущие участки начинают сразу от передней поверхности.
5. При нарезании резьбы в труднообрабатываемых материалах рекомендуется применение высокопрочных метчиков с переменным сечением канавок, метчиков с корригированным профилем, двухступенчатых и комплектных метчиков, Наибольшая эффективность процесса достигается при работе с толщинами срезаемого слоя 0,01—0,055 мм, что следует учитывать при назначении и конструировании метчиков как для сквозных, так и для глухих отверстий.
При нарезании резьбы в глухих отверстиях следует применять комплектные метчики с двойной заборной частью предложенной в обзоре конструкции, предусматривающей наличие на чистовом метчике положительных передних углов 7—10° и предотвращающей сколы режущих зубьев при вывертывании.
6. При нарезании резьбы в сквозных отверстиях как в обычных, так и в труднообрабатываемых материалах, целесообразно применение двухступенчатых метчиков с различными передними углами на черновойл чистовой ступени.
7. При конструировании метчиков-протяжек, наиболее эффективных при нарезании сквозных резьб большой длины с крупным шагом и многозаходных резьб, следует исходить из двух основных требований: обеспечения достаточной прочности метчиков и благоприятных условий для размещения стружки в соответствии с приведенными зависимостями.
8. При нарезании резцами и гребенками целесообразно применение комбинированной схемы резания с предварительным и профилирующим инструментом.
9. При профилировании многозубых гребенок должна обеспечиваться при заданном количестве проходов рациональная загрузка отдельных зубьев по вырезаемой площади: уменьшение площади вырезаемого металла от прохода к проходу и от зуба к зубу.
10. Процесс накатывания резьбы на любых материалах, в том числе труднообрабатываемых, характеризующихся относительным удлинением не менее 8% и твердостью до ИКС 35, большей частью более эффективен по сравнению с процессом нарезания как по производительности, так и по качеству и прочности образуемой резьбы.
11. Конструирование отдельных узлов резьбонакатных головок, устройств и роликов должно производиться с учетом установленной экспериментальной зависимости сил от основных параметров процесса накатывания.
12. При конструировании заборной части роликов к резьбонакатным головкам следует учитывать установленный закон распределения деформируемых площадей по отдельным виткам, предусматривающий равенство или уменьшение загрузки по выдавливаемому объему для каждого последующего витка.
13. Для уменьшения сил, действующих на ролик в целом, необходимо распределять выдавливаемую площадь на меньшее количество деформирующих витков, т. е. работать по возможности с большей толщиной выдавливаемого слон, что приведет к уменьшению суммарных длины дуги и периметра контакта.
14. Для уменьшения сил, действующих на отдельные витки и на ролик в целом, следует вершины оформлять по дуге окружности, что при одинаковой выдавливаемой площади приведет к уменьшению периметра контакта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Грудов А, А. Методика установления стойкостных зависимостей и исходные данные для разработки нормативов на режимы резь бон а резания, М., Мивстанкопром, 1969,
2. Матвеев точных резьб. М., «Машиностроение», 1978.
3. Матвеев для нарезания точных резьб. Авт. свид.
№ 000. Бюл.№ 14, 1961.
4. X.. , , Дыхнов для нарезания точных резьб. Авт. свид. № 000. Бюл. № 36, 1970.
5. Мирнов точных резьб большого диаметра в коротких отверстиях. Технология машиностроения. Вып. 26. Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента. Тула, Тульский политехнический институт, 1972.
6. , Конопле в В. Н., Кашутин Ю, Н. Способ изготовления метчиков для нарезания точных резьб. Авт. свид. № 000. Бюл. № 43, 1977.
7. , Кувшинов М, С. Особенности нарезания резьб в корпусных деталям. Прогрессивная технология формообразования и контроля резьб. — Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Тула, Тульский политехнический институт, 1980.
8. , и др. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов. М.. «Машиностроение», 1973.
9. РТМ 65—62. Нарезание и накатывание резьбы в нержавеющих, жаропрочных материалах и титановых сплавах. М., Изд. Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1966.
10. , Пикало в Б. И., Сарыче в конструкция метчиков для обработки титановых жаропрочных сплавов, — «Станки и инструмента, 1973, № 9.
11. , Сарыче в метчиков для труднообрабатываемых материалов— «Машиностроение», 1976, № 12.
12. , Сарыче в И, Г. Прочность метчиков при обработкс титановых сплавов. — «Станки и инструмент», 1978. № 5.
13. Грудов вопросы эксплуатации метчиков. — Сб.«Резьбообразующий инструмент». М., НИИмаш, 1968.
14. Горбунов мелкоразмерных метчиков для нарезания резьбы с воздействием ультразвука.—«Станки и инструмент», 1976, № 7.
15. Лапинский резьбы метчиками-протяжками. Руководящие материалы, М„ Мин стан коп ром, ВНИИ, 1967,
16. Грудов увеличения точности нарезаемой резьбы и стойкости метчиков. М., Минстанкопром, ВНИИ, 1966.
17. X., Мирнов конструкции регулируемых метчиков для нарезания крупных резьб. Технология машиностроения. Вып. 26. Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента. Тула, Тульский политехнический институт, 1972.
18. , , Смирнов и пути его интенсификации. Технология машиностроения. Вып. 26, Исследования в области технологии машиностроения и режущего инструмента. Тула, Тульский политехнический институт, 1972.
19. Султанов головки, М., «Машиностроение», 1966.
20. , Комаров усилий при накатывании резьбы и конструкция крупной резьбонакатной головки.—Сб. трудов ВНИИинструмента, 1964, № 1.
21. , , Ф„ Борисов головка. Авт, свид. № 000. Бюл. № 34, 1973.
22.ГрудовА. А., , Борисов гамма резьбонакатных головок.—«Станки и инструмент», 1974, № 3.
23. , Комаров головка с регулируемой установкой роликов.—«Станки и инструмент», 1973, № 8.
24. , Быкасов для накатывания конической резьбы.—«Станки и инструмент», 1978, № 3.
25. , , Борисов резьбонакатная головка. Авт. свид, № 473553. Бюл. № 22, 1975.
26. , , 3. Тангенциальные резьбонакатные головки типа ТНГС.— «Станки и инструмент», 1976, № 7.
27. , , Райхлин резьбонакатная головка. Авт. свид. № 000. Бюл. № 40, 1975.
28. Ржевски процесса накатывания резьбы на полых тонкостенных изделиях (трубах). Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. Минстанкопром, ЭНИМС, 1973.
29. , Пашко резьбонакатного инструмента при обработке деталей в центрах. — Сб. «Исследования в области технологии образования наружных и внутренних резьб, резьбообразующих инструментов, станков и методов контроля резьбы», Тула, Тульский политехнический институт, 1974.
30. . , Ржевский ролики повышенной производительности. — «Станки и инструмент», 1974. № 4.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
