Технічні науки.

Обробка матеріалів в машинобудуванні.

Добрянський С.С., Артамонов Д.О.

НТУУ «КПІ»

НАКАТУВАННЯ І ОБКАТУВАННЯ РІЗЬБ НА УНІВЕРСАЛЬНИХ ВЕРСТАТАХ

У машинобудуванні для виготовлення зовнішніх різьб на універсальних верстатах застосовують різьбонарізні головки типу К і КА з круглими гребінками і різьбонакатні головки типу ВНГН.

При оптимальних умовах нарізування головками КА різьб діаметрами 20-30 мм з кроком 1,5-3 мм можна отримувати різьби до 4h ступеня точності з шорсткістю поверхонь витків Ra 5..2,5 мкм. При цьому вихідні заготовки можна отримати одноразовим точінням.

Нижчу шорсткість поверхонь витків отримують при накатуванні різьб головками ВНГН. Проведені досліди показали, що поле розсіювання розмірів d₂ накатаних різьб в 1,4-2,3 рази перевищує поле розсіювання діаметрів заготовок. При цьому отримують різьби до 6h ступеня точності з шорсткістю поверхонь витків Ra 0,32…0,08 мкм.

Практика експлуатації різьбонакатних головок типу ВНГН показала, що внаслідок великих сил, що виникають при накатуванні різьб, і відносно низької їх жорсткості, головки швидко тратять налагоджуваний розмір різьби і виходять з ладу. Крім того, при вкатуванні головки в заготовку на витки заборного конуса роликів діють великі згинальні зусилля, що часто приводить до їх викришування.

Для отримання точних різьб з низькою шорсткістю поверхонь рекомендується двохопераційний процес, що включає попереднє нарізування різьб головками типу КА з наступним обкатуванням головками типу ВНГН.

Обкатування різьб можна виконувати за однією з трьох схем (рис. 1).

Рис.1. Схеми викінчуючого обкатування різьб:

а – тільки зі зминанням мікронерівностей;

б – з видавлюванням припуску бокових сторін витків у вільну зону вершин;

в – попередньо нарізаних різьб з кутом профілю при вершині більшим 60º

а) Обкатування різьб тільки зі зминанням мікронерівностей без значної пластичної деформації поверхневих шарів металу самих витків. У цьому випадку під обкатування нарізають різьбу повного профілю, а її середній діаметр визначають за формулою

. (1)

б) Обкатування з пластичною деформацією припуску на бокових сторонах витків. При цьому, для можливого вільного переміщення деформованого металу в зону вершин, необхідно в процесі підготовки і нарізування заготовки відповідно занижувати її зовнішній діаметр, тобто нарізувати різьбу неповного профілю.

в) Обкатування роликами з кутом профілю при вершині 60º різьб, які нарізані гребінками з кутом при вершині, більшим 60º(90-120º).

У таблиці наведені результати дослідження якості нарізаних різьб повного і неповного профілів і обкатаних за схемами «а» та «б».

Таблиця. Результати дослідження якості різьб, виготовлених нарізуванням з наступним обкатуванням

Різьба	Крок різьби	Нарізування головами 4КА-45				Обкатування головками ВНГН-4
		профіль різьби	діаметр заготовки, мм	d2 , мм	6Sd2, мм	спосіб обкату- вання	d2 , мм	6Sd2, мм	шорсткість витків Ra, мкм	Припуск під обкатування, мм
М27х1,5	1,5	повний	26,85	26,03	0,038	а	–	–	–	–
		неповний	26,60	26,16	0,039	б	–	–	–	–
М27х2	2	повний	26,85	25,69	0,063	а	25,62	0,044	1,25…0,32	0,06
		неповний	26,50	25,90	0,033	б	25,71	0,047	0,32…0,16	0,19
М27	3	повний	26,85	24,93	0,098	а	24,89	0,100	1,25	0,05
		неповний	26,30	25,20	0,077	б	25,03	0,099	0,64…0,16	0,18

З таблиці виходить, що за допомогою головок 4КА-45 можна нарізувати різьби як повного, так і неповного профілів з полем розсіювання d₂, що відповідає 4h ступеневі точності. Як правило, поле розсіювання d₂ різьб неповного профілю до двох разів менше, ніж при нарізуванні різьб повного профілю. Але при нарізуванні різьб з малим кроком вони можуть бути рівними внаслідок погіршення самозатягування головки. При нарізування різьб неповного профілю стійкість гребінок підвищується в 1,9-2,5 рази. Шорсткість поверхонь різьб як повного, так і неповного профілів відповідає Ra 5…2,5 мкм.

Обкатування виконувалось з швидкістю 16м/хв і з рясним охолоджуванням МР-1.

Як видно з таблиці, обкатування різьб за схемою «а» з припусками 0,05-0,06 мм не погіршує точності попередньо нарізаних різьб, а шорсткість поверхонь витків знижується, приблизно, на два класи. При обкатуванні різьб тільки зі зминанням мікронерівностей виникають крутні моменти в 5-9 разів менші, ніж при накатуванні таких же різьб, що значно підвищує строк служби головок і роликів. Крім того, поліпшуються умови вкатування роликів у заготовку і вони не викришуються. Обкатування різьб за способом «а» з припуском 0,05-0,06 мм дозволяє отримувати різьби до 4h ступеня точності з шорсткістю поверхонь Ra 1,25…0,32 мкм, але на поверхнях витків помітні дефекти і риски, що залишилися від нарізування.

Обкатування за способом «б» з припуском 0,15-0,20 мм приводить до збільшення поля розсіювання d₂ попередньо нарізаних різьб в 1,3-1,4 рази і при цьому виникають крутні моменти до 3 разів менші, ніж при накатуванні. Шорсткість витків у цьому випадку дорівнює Ra 0,32...0,16 мкм.

Проведені досліди показують, що в кінцевому результаті різьби обкатані як за схемою «а», так і за схемою «б» практично мають однакову точність і задовільняють вимогам, що пред’являються до гвинтових поверхонь 4h ступеня точності. Шорсткість поверхонь різьб, обкатаних з припуском 0,15-0,20 мм, на 1-2класи нижча, ніж обкатаних з припуском 0,05-0,06 мм.

Обкатування за схемою «в» різьби, нарізаної з кутом профілю, більшим 60º, також супроводжується витискуванням металу в зону вершин витків. При цьому в найбільшій мірі деформується метал в западинах різьби. Нарізування різьб з кутом профілю, більшим 60º, потребує виготовлення спеціальних гребінок.

Важливим недоліком накатування і обкатування різьб за схемою «б» є необхідність точного діаметра вихідної заготовки. Максимальний діаметр заготовки d_{з max} під накатування зовнішньої різьби за ковзною посадкою h [1,2] можна визначити за формулою:

, (2)

де d і d₁ – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри різьби, S – крок різьби.

Якщо виходити з того, що компенсація похибок d_з може відбуватися тільки за рахунок допуску на зовнішній діаметр різьби , то для граничного моменту, коли ролики починають працювати закритим профілем, можна визначити

, (3)

де – допуск на діаметр заготовки, – середній діаметр накатаної різьби.

Результат розрахунків, виконаних за (3) для різьб з діаметрами 16-36 мм і з кроком 1,0; 1,5; 2 і 3 мм, показані на рис.2.

Рис. 2. Залежність допуску Δd_з на діаметр стержня під накатування

різьби від точності, кроку і діаметра різьби та його розміщення

відносно полів допусків на обробку валів

З рис.2 виходить, що не залежить від діаметра різьби. Зі збільшенням кроку накатуваної різьби допуск суттєво зростає, тобто найбільш точні діаметри заготовок під накатування головками необхідно підготовити для різьб з малим кроком. Для отримання різьб 4h ступеня точності необхідно підготовити заготовки з діаметрами h7-h8 квалітету точності для кроку 1-1,5 мм і h8-h9 – для кроку 2-3 мм. Якщо врахувати допуск на налагодження головки та її нежорстку конструкцію, то різьбонакатними головками ВНГН-4 у кращому випадку можна накатувати різьби 6h ступеня точності при підготовці за h8-h9 квалітетом, що підвищує трудомісткість процесу внаслідок точної обробки діаметра заготовки.

Висновки:

1. Розглянуті три схеми обкатування різьб.

2. Досліджена точність і шорсткість поверхонь нарізаних, накатаних і обкатаних різьб.

3. Запропоновані формули для визначення діаметра заготовки і його допуску під накатування різьби.

4. Досліджена залежність допуску на діаметр стержня від точності, кроку і діаметра накатуваної різьби.

Література:

1. Справочник металлиста. Под ред. С.А.Чернавского, В.Ф. Рещикова. Т1.М. Машиностроение, 1976. – 768 с.

2. Коротков В.П., Кустарев Б.Г., Хныкина А.В., Взаимозаменяемость резьбовых сопряжений. М. Машиностроение, 1968. – 215с.