Принципы заточки
Качество заточки зависит не только от применяемых абразивов. В зависимости от заточки и от вида стали, используемой для ножа, можно получить нож, который разрежет кусок войлока 10 раз и затупится, а можно и нож, который может разрезать кусок войлока более ста раз.
Заточка металлорежущего инструмента
Заточной станок, применяемый для заточки фасонных резцов
Заточка металлорежущего инструмента — операция, обеспечивающая надлежащие режущие свойства инструментапутём придания их рабочим поверхностям определённой геометрической формы.
Заточка инструмента выполняется не только при производстве инструмента, на инструментальном производстве, но и в течение срока его службы по мере необходимости, по мере затупления.
Качество заточки инструмента определяет производительность обработки резанием и чистоту получаемых этой обработкой поверхностей. Плохо заточенный инструмент очень быстро «садится», то есть окончательно теряет необходимую геометрию режущих поверхностей и становится непригодным для использования.
Заточной станок с кругами плоской формы
Заточка металлорежущего инструмента, изготовленного из инструментальной стали, производится шлифовальными электрокорундовыми кругами,твёрдосплавного инструмента — карборундовыми кругами. Несмотря на то, что заточка резцов со сменными твердосплавными пластинками не предусмотрена, в отдельных случаях возможно переточить такую пластинку, не имеющую выкрашивания по режущей кромке.
В зависимости от формы и типа металлорежущего инструмента применяются круги тарельчатой, чашечной или плоской формы[2].
Заточка инструмента производится как с применением охлаждающей жидкости, так и без неё.
Существуют также способы безабразивной заточки инструмента — электрическая заточка (анодно-механический и электроконтактный) и химико-механическая шлифовка. Наибольшее распространение получила анодно-механическая заточка (см. Анодно-механическая обработка, Электроэрозионная обработка).
После заточки инструмент подвергается доводке, которая придаёт лезвиям и рабочим поверхностям инструментов высокую чистоту.
В машиностроении нарезание резьбы производят на токарно-винторезных, сверлильных станках, но в основном на резьбообрабатывающих станках, которые по классификатору относят к пятой группе. Основными типами резьбообрабатывающих станков являются резьбонарезные, резьбофрезерные, гайконарезные, резьбо- и червячно-шлифовальные станки. Способы резьбообработки и применяемый при этом резьбонарезной инструмент, и резьбообрабатывающие станки весьма разнообразны.
Образование резьбы способами нарезания и фрезерования производят:
- для наружной резьбы — резьбовыми резцами, винторезными головками, гребенчатыми и дисковыми резьбовыми фрезами, круглыми плашками;
- для внутренней резьбы — резцами, метчиками и гребенчатыми фрезами.
Вихревые головки используют при нарезании одно- и многозаходных винтов и червяков в условиях крупносерийного производства. Способ накатывания наружных резьб плоскими плашками применяют на резьбонакатных станках и резьбонакатных автоматах. Резьбофрезерование выполняется на специализированных резьбофрезерных станках.
Схемы нарезания резьб различными видами инструмента приведены на рис.195.
В зависимости от типа резьбы (профиль, размеры, внутренняя или наружная, цилиндрическая или коническая), характера производства, требований к ее качеству применяют различные методы и инструменты для ее нарезания.
При нарезании резьбы используют следующие методы:
1) копирования, при котором профиль режущих кромок инструмента (резьбового резца, метчика, плашки, резьбонарезной головки, накатной плашки, абразивного круга) совпадает с профилем впадины или витка резьбы;
2) центроидного огибания, при котором линии, называемые центроидами и связанные соответственно с инструментом и заготовкой, в процессе нарезания резьбы катятся друг относительно друга без скольжения, при этом профиль резьбы получается как огибающая различных положений режущих кромок инструмента, профиль которых отличается от профиля нарезаемой резьбы. Примером инструмента, работающего по этому методу, служит обкатной резец.
3) бесцентроидного огибания, при котором профиль резьбы получается как линия, огибающая различные последовательные положения режущих кромок инструмента (дисковой фрезы, абразивного круга и др.), но при этом центроиды у инструмента и заготовки отсутствуют; профиль витка инструмента отличается от профиля впадины нарезаемой резьбы.
Для нарезания резьбы применяют следующие инструменты:
Резьбовые резцы (стержневые, призматические однониточные и гребенчатые, круглые однониточные и гребенчатые); метчики; плашки; винторезные головки с плашками или круглыми гребенками; резьбонарезные фрезы (дисковые и гребенчатые); головки для скоростного резьбофрезерования; накатные плашки и ролики; шлифовальные круги (однониточные и многониточные); обкатные резцы.
Резьбовые резцы применяют для нарезания наружных и внутренних резьб. По конструктивному исполнению резцы бывают стержневые, призматические и круглые.
Винтовое движение, необходимое для получения резьбы резцом, складывается из двух движений: вращательного и поступательного.
При этом оба движения может совершать, например, заготовка или резец, либо одно из движений совершает заготовка, а другое — резец.
При нарезании резьб треугольного, прямоугольного и трапецеидального профилей с архимедовой винтовой поверхностью профиль режущих кромок стержневого резца может быть расположен в осевой плоскости, тогда он совпадает с профилем впадины резьбы; при этом передний угол γ= 0. Если угол γ выполнен положительным, т. е. больше нуля (для улучшения процесса резания), то профиль резца оказывается расположенным не в осевой плоскости, и его режущие кромки должны быть выполнены по кривой. Форма кривой должна соответствовать линии, которая получается в пересечении винтовой поверхности резьбы с плоскостью, содержащей профиль резца.
При нарезании резцом резьб с большим углом наклона винтовой линии (больше 4°) следует обращать внимание на то, что действительные задние и передние углы на правой и левой боковых режущих кромках будут резко отличаться от углов α и γ, полученных при заточке резца (рис. 199).
При нарезании правозаходной резьбы на левой режущей кромке передний угол γл>γ, а задний угол αл<α на величину λ наклона винтовой линии по сравнению с углами заточки резца. Соответственно на правой режущей кромке резца углы γп и αп изменяются в противоположном направлении, т. е. αп увеличивается, а γп уменьшается на величину λ. Для обеспечения нормальных условий резания необходимо, чтобы действительный задний угол был не меньше 3°, поэтому при необходимости левую боковую сторону профиля резца затачивают под большим углом а, чем правую сторону. При нарезании левозаходных резьб указанные выше углы изменяются в противоположных направлениях.
Разные значения передних углов на боковых режущих кромках создают разные условия резания, более трудные для режущих кромок с отрицательным передним углом. Для выравнивания условий резания на режущей кромке с отрицательным углом γ делают на передней поверхности подточку (рис.199, б), либо переднюю поверхность резца устанавливают перпендикулярно направлению винтовой линии на диаметре резьбы (рис.199, в). Однако в последнем случае получения в осевом сечении требуемого профиля резьбы профиль необходимо выполнить криволинейным подобным тому, который получается в пересечении впадины резьбы с плоскостью, содержащей переднюю поверхность резца.
При нарезании резьбы конволютных червяков профиль резца с прямолинейными боковыми кромками устанавливают в плоскости, перпендикулярной средней винтовой линии червяка по впадине (рис.200, а) или по витку (рис.200, б). При нарезании резьбы эвольвентных червяков резцы можно установить, как показано на рис. 200, в, т.е. расположить режущие кромки в плоскостях, касательных к цилиндру радиуса r0, и касательных к направлению винтовой линии на этом цилиндре. Однако процесс резания при таком расположении резцов (особенно для верхнего резца) весьма сложен. Поэтому лучше на эвольвентный червяк так же, как и конволютный, но резцом с соответствующим криволинейным профилем.
Призматический резьбовой резец устанавливают в державке под некоторым углом для создания заднего угла α. Призматический резец допускает значительно большее число переточек, которые осуществляют по передней поверхности, чем стержневой резец.
Призматические резцы применяют для нарезания резьб с небольшим углом подъема витка, так как в этом случае нельзя заточкой изменить боковые задние углы. При расположении передней поверхности резца в осевой плоскости профиль резца должен совпадать с профилем впадины или витка резьбы. При ином положении передней поверхности (например, при γ >0) профиль резца должен быть криволинейным по аналогии со стержневым резцом.
Круглые резцы имеют резьбовой профиль, расположенный на цилиндре. Резец закрепляют в державке и для создания задних углов его центр устанавливают несколько выше оси заготовки. При расположении передней поверхности резца в осевой плоскости заготовки профиль резца должен совпадать с профилем впадины или витка резьбы. В ином случае режущие кромки должны быть соответствующим образом скорректированы. Для изготовления круглого резца необходимо определить размеры его профиля в диаметральном сечении, которые отличаются от соответствующих размеров профиля нарезаемой резьбы в ее осевом сечении.
Процесс формирования профиля резьбы рассмотренными резцами происходит за несколько рабочих ходов. Количество ходов зависит от материала заготовки и инструмента, размеров заготовки и профиля резьбы и др. В конце каждого рабочего хода резец выводят из впадины, возвращают в исходное положение, а затем перемещают в направлении к заготовке, устанавливая следующую глубину резания, и снова совершают рабочий ход.
Направление периодических смещений резца на глубину резания, а значит и последовательность формирования профиля резьбы могут быть различными (рис.201).
Рассмотренные выше резьбовые резцы можно назвать однониточными, так как они имеют только один резьбовой профиль. Наряду с ними имеются многониточные резцы. Конструктивно эти резцы, называемые гребенками, выполняют стержневыми (рис.201, а), призматическими (рис.201, б) и круглыми (рис.201, в). Круглые резцы выполняются с кольцевой или винтовой нарезкой. Несколько зубьев у гребенки срезают под углом φ = 25 - 30° для того, чтобы нагрузка при нарезании резьбы распределилась на большее число зубьев, чем достигается уменьшение числа рабочих ходов.
Стержневые и призматические гребенки менее распространены, чем круглые. Круглые гребенки с кольцевой нарезкой применяют при нарезании резьбы с небольшим углом подъема витка, а с винтовой нарезкой для резьб с большими углами подъема витков. При нарезании наружной резьбы направление нарезки такой гребенки противоположно направлению витков нарезаемой резьбы, а при нарезании внутренней резьбы - одноименно. Угол подъема витка у гребенки должен быть близок углу подъема нарезаемой резьбы. Для этого диаметр гребенки выбирают либо равным наружному диаметру резьбы, либо в i раз большим, но тогда гребенку делают i -заходной. Для внутренней резьбы диаметр гребенки выбирают несколько меньше диаметра нарезаемой резьбы, а поэтому угол подъема, витка у гребенки несколько больше угла подъема нарезаемой резьбы.
Метчики (рис.203, а) предназначены для нарезания внутренних цилиндрических и конических резьб различного профиля. Метчик представляет собой винт определенного профиля с продольными прямыми или винтовыми канавками, служащими для образования режущих кромок. Рабочая часть метчика имеет заборный (режущий) конус 1, расположенный под углом φ, который совершает основную работу резания и служит для распределения нагрузки на несколько зубьев и калибрующую часть 2 для калибрования нарезаемой резьбы.
Процесс нарезания резьбы совершается при вращательном и поступательном движении метчика относительно заготовки. В зависимости; от условий нарезания, типа и размеров резьбы обработку производят либо одним метчиком, либо несколькими, вводимыми в работу последовательно один за другим (распределение нагрузки между метчиками показано на рис.203, в).
Плашки предназначены для нарезания наружных резьб. Плашку можно представить как гайку с необходимым профилем резьбы и продольными пазами для образования режущих кромок. Рабочая часть плашки (рис.204) состоит из заборного конуса, предназначенного для распределения нагрузки на несколько зубьев, и калибрующей части для калибрования резьбы. Угол заборного конуса φ выбирают в зависимости от материала обрабатываемой детали и размеров нарезаемой резьбы. Резьба формируется обычно за один рабочий ход плашки, которая совершает относительно заготовки винтовое движение. Подача плашки вдоль оси заготовки совершается за счет самозатягивания, поэтому принудительное осевое перемещение плашке сообщается только в первоначальный момент резания на длине полутора-двух шагов.
Винторезные головки, имеющие несколько расположенных по окружности плашек или гребенок (рис.205), служат для нарезания наружных резьб на деталях типа болтов, винтов и т. п. за один, два или несколько рабочих ходов. В конце каждого хода плашки или гребенки автоматически расходятся, поэтому головка не свинчивается с резьбы, а возвращается в исходную позицию перемещением вдоль оси заготовки, т.е. не требуется реверса заготовки, вследствие чего сокращается время холостого хода. Осевая подача головки на шаг резьбы осуществляется либо самозатягиванием, либо от механизма подачи станка. В винторезных головках применяют плашки радиального и тангенциального типов, а также круглые гребенки, которые имеют заборный конус для распределения нагрузки на несколько режущих зубьев и калибрующую часть.
Резьбовые фрезы применяют для нарезания наружных и внутренних резьб различного профиля фрезерованием. По конструкции они делятся на дисковые (рис.206, а) и гребенчатые (рис.206, б). Последние представляют собой несколько дисковых фрез, расположенных рядом. Дисковые фрезы применяют в основном для фрезерования длинных резьб и резьб с крупным шагом, а гребенчатые для фрезерования коротких резьб треугольного профиля (длина фрезы при этом больше длины нарезаемой резьбы).
Профиль витков гребенчатой фрезы выполняют подобным впадине нарезаемой резьбы, при этом погрешность нарезаемого профиля резьбы незначительна. Профиль дисковой фрезы, особенно предназначенный для нарезания резьбы с большим шагом, выполняют криволинейным, так как в противном случае погрешности профиля резьбы при бесцентровом огибании будут велики. Трапецеидальный профиль для дисковых фрез делают только при черновом фрезеровании.
Дисковые фрезы по отношению к заготовке устанавливают вдоль винтовой линии на среднем диаметре резьбы, а гребенчатые фрезы — параллельно оси заготовки. Нарезание резьбы фрезой происходит в результате ее вращения и согласованных между собой вращательного движения заготовки и поступательного перемещения заготовки или фрезы вдоль оси заготовки. При нарезании резьбы дисковой фрезой заготовка за период обработки делает столько оборотов, сколько витков имеет резьба. При нарезании резьбы гребенчатой фрезой процесс нарезания заканчивается за 
оборота заготовки (1/4 оборота заготовки затрачивается на врезание фрезы на полную высоту профиля резьбы).
Гребенчатые фрезы применяют для нарезания не только цилиндрических резьб, но и конических. При нарезании конических резьб поступательное перемещение гребенчатой фрезы относительно заготовки происходит не вдоль оси заготовки, а параллельно образующей конуса.
Резьбу можно нарезать червячной резьбовой фрезой соответствующего профиля и шага. Условия резания в этом случае будут аналогичны резанию гребенчатой фрезой, однако условия согласования движений фрезы и заготовки существенно отличаются - червячная фреза за один оборот заготовки должна сделать один оборот, в то время как вращение гребенчатой фрезы не ограничивается вращением заготовки. Следует заметить, что если оставить только указанное согласование движений червячной фрезы и заготовки, то виток резьбы будет сформирован при небольшом числе резов (на длине одного шага число резов будет равно числу стружечных канавок фрезы). Для снижения шероховатости обработанной поверхности резьбы червячной фрезе и заготовке сообщают медленные дополнительные согласованные движения, например, червячную фрезу смещают вдоль оси заготовки, а заготовке соответственно сообщают дополнительное вращение; при этом одному дополнительному обороту заготовки соответствует перемещение червячной фрезы на шаг резьбы. В результате число резов, формирующих резьбу, существенно увеличится.
Резцовые головки (рис.207) получили широкое распространение при скоростном (вихревом) резьбофрезеровании внутренних и наружных резьб, особенно таких, как длинные винты и червяки. Резцовая головка представляет собой корпус с закрепленными в нем несколькими (одним—четырьмя) резцами соответствующего профиля. При фрезеровании наружных резьб применяют метод внутреннего или внешнего касания. В первом случае ось заготовки располагают внутри окружности (рис.207, а), описанной резцами головки, а во втором случае - снаружи (рис.207, б).
При нарезании резьбы ось резцовой головки устанавливают под углом наклона средней винтовой линии резьбы. Иногда при нарезании треугольных резьб с малым углом подъема витка оси головки и заготовки устанавливают параллельно друг другу. Для нарезания резьбы необходимо кроме вращательного движения головки иметь еще два согласованных между собой движения — вращательное движение заготовки и поступательное перемещение резцовой головки (или самой заготовки) вдоль оси заготовки, т. е. необходимо иметь винтовое движение. Нарезание резьбы производят, как правило, за один рабочий ход.
Для нарезания ходовых винтов и червяков применяют иногда чашечные резцы, работающие по методу центроидного огибания. Чашечный резец (рис.208) представляет собой зубчатое колесо с необходимыми углами резания, т. е. это зуборезный долбяк. Профиль нарезаемой резьбы сопряжен с профилем зубьев чашечного резца при взаимном согласованном движении заготовки и инструмента.
Процесс получения резьбы обкаточным резцом лучше всего можно представить в виде суммы нескольких простых (вращательных и поступательных) движений. Во-первых, должны быть согласованы вращательные движения заготовки и инструмента: одному обороту заготовки должен соответствовать поворот инструмента на оборотов, где dд- диаметр делительной окружности чашечного резца. При наличии только этих двух движений можно получить винтовую поверхность глобоидного червяка. Для цилиндрического червяка необходимо получить винтовую поверхность вдоль оси червяка на всей длине. Поэтому, во- вторых, необходимо дополнительно перекатить центроиду инструмента (которая является окружностью радиуса dд/2) по центроиде нарезаемого червяка (образующей цилиндра), т.е. сообщить инструменту дополнительное вращение и согласованное с ним поступательное перемещение инструмента (или заготовки) вдоль оси заготовки. Условие согласования при этом заключается в том, что при поступательном перемещении, например, инструмента вдоль оси на величину l, инструмент должен дополнительно повернуться на оборотов. Нарезание резьбы в этом случае возможно за один рабочий ход.
Чашечным резцом можно нарезать резьбу и при несколько ином сочетании согласованных движений инструмента и заготовки, например, двух пар поступательного и вращательного движений. Во-первых, при перемещении инструмента вдоль оси заготовки на величину l он поворачивается на оборота, а во-вторых, для получения винтовой поверхности инструмент должен за один оборот заготовки переместиться вдоль ее оси на шаг резьбы. Нарезание резьбы в этом случае ведется за несколько последовательных рабочих ходов, путем периодического внедрения инструмента в заготовку на полную высоту профиля резьбы.
Резьбошлифовальные круги применяют для получения более точных резьб на деталях и инструментах, например, винтах, метчиках, накатных роликах, червяках, червячных и резьбовых фрезах и др. Инструментом при шлифовании служат однониточные и многониточные цилиндрические или конические шлифовальные круги (рис.209).
Шлифовальный круг представляет собой геометрическое тело определенных размеров и формы, в котором абразивные зерна, соединенные с помощью связки, являются режущими элементами. В зависимости от обрабатываемого материала, требований к точности и шероховатости поверхности, шага шлифуемой резьбы и т.д. применяют шлифовальные круги с различной характеристикой.
В характеристику шлифовального круга входят материал абразивных зерен (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, эльбор) и их размеры (зернистость), связка (органическая, неорганическая, металлическая), твердость (способность связки удерживать зерна от вырывания), структура (процентное соотношение объемов, занимаемых абразивными зернами, связкой и порами), форма и размеры шлифовального круга, допустимая скорость вращения круга, обеспечивающая безопасную работу.
Процесс резания осуществляется вращающимся шлифовальным кругом, а винтовое движение, необходимое для образования винтовой поверхности резьбы, обеспечивается вращением заготовки и согласованным перемещением вдоль ее оси инструмента или заготовки.
В производстве применяют два способа шлифования резьбы — скоростной и глубинный, выбор которых определяется конструкцией станка и материалом заготовки. При скоростном шлифовании резьбы скорость вращения заготовки назначают значительной, а глубину резания малой, поэтому в этом случае число ходов инструмента для окончательного формирования профиля резьбы достаточно велико (8—20). Применяют этот способ шлифования при наличии на станке автоматической подачи инструмента на глубину резания. При глубинном шлифовании резьбы скорость вращения заготовки выбирают малой, а глубину резания большой. Число ходов в этом случае сокращается до двух-четырех. Обычно этот способ применяют при работе на станке с ручной подачей шлифовального круга на глубину резания.
Наиболее точная резьба получается при шлифовании однониточным кругом, который для уменьшения искажения профиля резьбы устанавливают под углом подъема винтовой линии резьбы. Процесс шлифования резьбы происходит либо при перемещении шлифовального круга вдоль оси заготовки только в одну сторону (тогда при возврате в исходное положение шлифовальный круг совершает холостой ход), либо при перемещении шлифовального круга в обе стороны.
Более производительным, но менее точным является шлифование резьбы многониточными цилиндрическими и коническими кругами с кольцевыми канавками. Цилиндрические многониточные шлифовальные круги применяют для шлифования коротких резьб (ширина круга больше длины шлифуемой резьбы) методом радиального врезания. При этом мелкую резьбу нарезают примерно за полтора оборота заготовки, из которых 0,25 оборота приходится на врезание шлифовального круга на глубину резания, а остальное на окончательное шлифование резьбы. Более крупную резьбу шлифуют за большее количество оборотов заготовки при непрерывной или периодической поперечной подаче шлифовального круга на глубину резания после каждого оборота заготовки.
В связи с тем, что ось шлифовального многониточного круга устанавливают параллельно оси заготовки, профиль шлифуемой резьбы искажается. Это искажение не существенно для резьб с малым углом подъема винтовой линии, но недопустимо для резьб с большим углом подъема витка.
Конические многониточные шлифовальные круги применяют для шлифования длинных резьб (ширина круга меньше длины резьбы) за один рабочий ход. Последнее возможно потому, что шлифовальный круг выполняют с заборным конусом, поэтому нагрузка при шлифовании распределяется на несколько ниток круга, а калибрующие нитки нагружены мало и долго сохраняют свой профиль. Шлифование конической резьбы можно производить либо однониточным шлифовальным кругом, который перемещается вдоль образующей конуса, либо коническим многониточным.
Шлифование боковых поверхностей профиля червяков и ходовых винтов, имеющих большую высоту и значительный угол подъема витков, производят дисковыми, чашечными и пальцевыми кругами (рис.213). Наиболее производительное шлифование достигается в случае применения дисковых шлифовальных кругов, но и искажения профиля резьбы получаются здесь наибольшими.
Более высокая точность профиля резьбы обеспечивается пальцевыми шлифовальными кругами, но производительность процесса шлифования при этом низкая из-за быстрого осыпания круга вследствие малой скорости резания. Поэтому эти круги применяют для шлифования крупномодульных червяков, когда шлифовальный круг имеет более значительные размеры и частота вращения шпинделя шлифовального круга позволяет получить более высокую скорость резания и стойкость инструмента.
Дисковый круг шлифует резьбу коническим участком и развернут по отношению к оси заготовки на угол подъема средней винтовой линии резьбы (рис.209, а).
Схема установки пальцевого шлифовального круга показана на рис.210, в. Для получения более точного профиля резьбы пальцевый шлифовальный круг заправляют по кривой, которая должна обеспечить касание точек профиля круга с соответствующими винтовыми линиями профиля резьбы.
Чашечный шлифовальный круг позволяет получить достаточную производительность и точность шлифования резьбы. Этот круг шлифует резьбу конической поверхностью. Схема его установки относительно заготовки приведена на рис.210, б. Выполнить эту установку можно в два этапа:
1) развернуть ось круга в осевой плоскости заготовки на угол αк-α (αк - угол у основания конуса шлифовального круга; α - угол осевого профиля червяка);
2) развернуть ось круга относительно образующей на угол λ (tg λ= tgλ0 соsα, где λ0 - угол подъема винтовой линии на среднем цилиндре заготовки), чем достигается меньшее искажение профиля резьбы.
Эвольвентные червяки можно шлифовать не конической, а плоской частью шлифовального круга, чего нельзя делать для архимедовой и конволютной винтовых поверхностей. Объясняется это тем, что к эвольвентной винтовой поверхности можно провести касательную плоскость, а к архимедовой и конволютной нельзя. Для того чтобы рабочая плоскость шлифовального круга оказалась касательной к эвольвентной винтовой поверхности червяка, шлифовальная головка должна допускать необходимые установочные движения шлифовального круга: перемещение по вертикали и поворот вокруг горизонтальной и вертикальной осей.
Наряду с образованием резьбы путем снятия стружки с заготовки применяют способы получения резьбы пластическим деформированием, например, накатыванием. Накатывание получило широкое применение особенно при обработке резьбы на винтах, шпильках, метчиках и т.д. В процессе накатывания инструмент, имеющий профиль, подобный профилю впадины резьбы, при движении относительно заготовки выдавливает на ней резьбу. Диаметр заготовки равен среднему диаметру резьбы. Волокна металла на заготовке при накатывании резьбы не перерезаются, повышается твердость и усталостная прочность деталей. Процесс накатывания резьбы весьма производителен и его применяют в крупносерийном и массовом производствах. Резьба может быть накатана на сплошных и полых заготовках из пластичных металлов. Инструментами для накатывания резьб служат плоские накатные плашки, резьбовые ролики, резьбовой ролик в паре с дуговой или кольцевой плашкой.
Плоская резьбовая плашка (рис.211) представляет собой пластину, на одной поверхности которой расположены развернутые витки резьбы. Заготовка прокатывается между двумя плашками, одна из которых неподвижная, а другая — подвижная. Конструктивно плашки могут быть выполнены без заборной части и с заборной частью (под углом φ) у одной или обеих плашек. Плашку без заборной части устанавливают по отношению к другой под углом, а плашки с заборной частью хотя (бы у одной из них) строго параллельно. При перемещении подвижной плашки заготовка захватывается и прокатывается между плашками, в результате чего на поверхности заготовки постепенно выдавливается резьба соответствующего профиля.
В зависимости от того, есть ли заборная часть у плашки (и как она оформлена) или заборная часть отсутствует, процесс постепенного формирования резьбы различен. При отсутствии заборной части или когда форма заборной части выполнена, как показано на рис.211, а, б процесс выдавливания резьбы идет таким образом, что объем вытесненного металла постепенно увеличивается и в конце накатывания становится максимальным. Если заборная часть плашки получена путем сошлифовывания профиля ниток резьбы (рис.211, в), то процесс постепенного выдавливания резьбы происходит более интенсивно вначале и уменьшается к концу, что обеспечивает получение более качественной и точной резьбы.
Калибрующая часть плашки служит для окончательного калибрования: резьбы. Скос (сбрасывающая часть) на другом конце плашки необходим для того, чтобы избежать затягивания заготовки между плашками при обратном ходе подвижной плашки.
Схемы накатывания резьбы плоскими плашками весьма различны (рис.212). Схема накатывания резьбы двумя плашками, из которых одна подвижна, а другая неподвижна, показана на рис.212, а. В одну сторону плашка совершает рабочий ход, в другую — холостой. Накатывание тремя плашками, из которых только одна подвижна, показано на рис.212, б. Рабочий ход плашки осуществляется в обе стороны. Накатывание двумя плашками, когда подвижная плашка имеет несколько заборных частей, показано на рис.212, в. За один рабочий ход плашки накатывается резьба на нескольких заготовках.
Круглые резьбовые накатные ролики весьма различаются по конструкции, расположению профиля резьбы и схеме работы. Ролик (рис.213) представляет собой цилиндрическое тело с винтовой или кольцевой резьбой на поверхности цилиндра. В работе одновременно может участвовать один—три и более роликов.
Процесс формирования резьбы на заготовке можно осуществлять при радиальной, тангенциальной, осевой или комбинированной подачах накатного ролика. Схемы накатывания резьбы роликами по различным методам приведены на рис.214.
Накатывание резьбы роликами, имеющими винтовую нарезку, при радиальной подаче (рис.214, а) можно производить одним, двумя, тремя и более роликами. Соответственно ролики в накатной головке устанавливают со смещением по оси на 1/2, 1/3 шага и т. д. Направление витков на ролике противоположно направлению резьбы на заготовке. Профиль резьбы при накатывании роликами формируется постепенно, путем вдавливания витков ролика на полную глубину за несколько оборотов заготовки. Число этих оборотов определяется глубиной накатываемой резьбы и величиной радиальной подачи, которую в свою очередь назначают в зависимости от материала обрабатываемой заготовки и ее формы. Таким способом можно накатывать резьбу даже на тонкостенных заготовках, так как есть возможность изменением подачи влиять на силы, возникающие при накатывании резьбы. Ширина ролика перекрывает длину накатываемой резьбы. Заготовка в осевом направлении не перемещается. Оси заготовки и роликов параллельны, а так как диаметр ролика больше диаметра накатываемой резьбы, то для того чтобы угол подъема накатываемой резьбы и резьбы на ролике были одинаковыми, ролик должен иметь многозаходную резьбу.
Число заходов i резьбы ролика определяют из соотношения ,
гдеDср -средний диаметр ролика, мм; dср – средний диаметр накатываемой резьбы, мм.
Тангенциальная подача при накатывании резьбы роликами получается различными способами. Для этого используют, например, разность окружных скоростей на наружной поверхности роликов. Двум роликам (рис.217, б) одинакового диаметра сообщают разную частоту вращения n1 n2, или двум роликам разного диаметра (рис.214, в) сообщают одинаковую частоту вращения n. Ролики вращаются в одну сторону, заготовка захватывается роликами, приводится во вращение и постепенно самостоятельно перемещается вниз. Профиль резьбы при этом формируется постепенно. Расстояние между осями роликов в процессе накатывания резьбы сохраняется постоянным. Ролики имеют многозаходную винтовую нарезку, число заходов должно быть кратным диаметру накатываемой резьбы и определяют по ранее приведенной формуле.
Тангенциальную подачу при накатывании резьбы можно также осуществить за счет специальной конструкции роликов. Эти ролики (рис.214, г) имеют выемки для размещения и последующего удаления заготовки, а на остальном винтовом резьбовом участке заборную, калибрующую и сбрасывающую части. Калибрующая и сбрасывающая части имеют полный профиль резьбы, а заборная часть срезана по архимедовой спирали и напоминает своим профилем резьбу на заборной части плоской плашки. Ролики одинакового диаметра вращаются в одном направлении, заготовка поступает в выемку, захватывается роликами, приводится во вращение, и на ней постепенно выдавливается резьба. Цикл обработки завершается за один оборот роликов. Резьба у роликов многозаходная, число заходов кратно диаметру накатываемой резьбы.
Для накатывания длинных резьб заготовку или ролики необходимо перемещать вдоль оси заготовки. Ролики при этом могут быть с кольцевой или винтовой нарезкой. Осевое перемещение заготовки относительно роликов обеспечивается соответствующей установкой накатных роликов к оси заготовки. Так, например, при накатывании резьбы двумя роликами с кольцевой нарезкой их оси должны быть развернуты на угол подъема накатываемой резьбы, как показано на рис.215, а.
При применении роликов с винтовой нарезкой, угол подъема которой λрол отличается от угла подъема накатываемой резьбы λ (λрол может быть больше или меньше λ), угол разворота роликов относительно оси заготовки будет равен разности λрол – λ.
Скорость осевой подачи Vос определяют по формуле Vос=Vокр×sin (λрол – λ),
где Vокр — окружная скорость ролика.
Ролики имеют заборный конус и калибрующую часть. Заборный конус позволяет распределить нагрузку при накатывании резьбы на несколько витков ролика, вследствие чего профилирование резьбы осуществляется постепенно, что способствует повышению качества накатываемой резьбы.
Резьбонакатные головки широко применяют для накатывания длинных резьб. Головки бывают с самораскрывающимися и нераскрывающимися роликами. Ролики выполняют с кольцевой или винтовой нарезкой. Ролики с кольцевой нарезкой установлены в головке под углом подъема винтовой линии накатываемой резьбы и смещены один относительно другого вдоль оси головки на 1/3 шага, если роликов три, на 1/4 шага, если