ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

3. Отраслевое машиностроение

К.т.н. Добрянський С.С., Товстуха Д.Б.

НТУУ “КПІ”

ГОЛОВКА ДЛЯ НАКАТУВАННЯ ВНУТРІШНЬОЇ РІЗЬБИ

Для накатування різьби М135×2 в наскрізних отворах спроектована регульована різьбонакатна головка (рис.1). Ролики головки мають кільцеві витки з різьбою повного профілю на заборному конусі і калібруючій частині.

Рис.1. Регульована головка для накатування внутрішньої різьби М135×2

Матеріал роликів – сталь Х12М, твердість –НRС 55…58. Головка відрізняється високою жорсткістю. У головці застосовані ролики , які серійно випускаються заводом “Фрезер” [3].

Практика експлуатації різьбонакатних головок і плашок показує, що найдоцільніше приймати кут заборного конуса роликів φ=10º. Тоді розрахункова довжина заборного конуса

l_з.к=1,842S, (1)

де S- крок накатуваної різьби.

Для доброго захвату і центрування головки в отворі заготовки необхідно, щоб зовнішній діаметр перших витків роликів був дещо меншим від діаметру отвору в заготовці, тобто l_з.к ≥2S. Тоді на заборному конусі кожного ролика передбачаємо по три деформуючі витки, а всього в комплекті роликів не менше дев’яти деформуючих витків. Розрахунки показують, що з урахуванням піднімання металу в процесі деформації, кожен виток заборного конуса роликів послідовно заглиблюється на Δh≈h/9, де h=0,54125S [1] - робоча висота профілю різьби. Крім того, що послідовно збільшується лінія контакту ролика з заготовкою по профілю витка, постійно збільшується і дуга контакту, сягаючи максимального значення для останнього деформуючого витка.

При визначенні довжини дуги контакту витка ролика з заготовкою

l_к =АС (рис.2) і кута контакту α можна показати [2], що

СD=2, (2)

l_к =АС = . (3)

Результати розрахунків для різьб діаметрами від 45 до 135 мм з кроком від 1 до 3 мм показані на рис. 3 і 4.

Рис.2. Схема для визначення довжини дуги контакту витка ролика з заготовкою

Рис.3.Залежність довжини дуги контакту l_к Рис.4.Залежність кута α контакту ролика з

ролика з заготовкою від діаметра і кроку заготовкою від діаметра і кроку накатуваної

накатуваної різьби різьби

Аналіз цих результатів показує, що зі збільшенням кроку накатуваної різьби від 1 до 3 мм l_к зростає практично прямо пропорційно діаметрові різьби як для першого, так і для останнього витка, а α збільшується в 1,73 рази. При збільшенні діаметра накатуваної різьби від 45 до 135 мм l_к зростає в 1,73 для усіх витків і різьб з різним кроком, а α, внаслідок зміни і , зменшується в 1,6-1,8 рази для всіх витків. Довжина дуги контакту від першого до останнього робочого витка роликів для різьб з різним кроком і діаметрами зростає в ≈ 3 рази.

Крім дуги контакту суттєво зростає і довжина контакту за профілем різьби. Неважко показати, що для першого витка l_проф.1=0,2639S, а для дев’ятого, який працює повним профілем, l_проф.9=1,625S. Тобто площа контакту дев’ятого витка з заготовкою приблизно у 18-20 разів більша від площі контакту першого витка. Відповідно зростає і навантаження при накатуванні.

Одним з недоліків накатування різьб є необхідність підготовки більш точного діаметра заготовки, ніж при нарізуванні. Виходячи з того, що різьба на межі накатується закритим профілем і довжина заготовки не змінюється, при визначенні мінімального діаметра отвору в заготовці отримаємо:

, (4)

де D і D₁ відповідно зовнішній і внутрішній діаметри різьби.

Аналіз розрахунків, виконаних за (4), показує, що значення дещо більші від середнього діаметра різьби D₂ . При цьому ця різниця не залежить від діаметра різьби, але суттєво зростає зі збільшенням кроку різьби.

При визначенні допуску на діаметр отвору заготовки Δ D_з можна показати , що при накатуванні різьб за ковзною посадкою Н

Δ D_з= , (5)

де b – половина допуску на внутрішній діаметр різьби D_1.

Результати розрахунків для різьб 4Н і 6Н ступеня точності показані на рис.5. З рис.5 виходить, що Δ D_з залежить від кроку S і ступеня точності різьби і не залежить від її діаметра.

Особливо точні повинні бути отвори для різьб з малим кроком. Навіть якщо не враховувати величину допуску на налагодження головки, то для накатування різьб 4Н ступеня точності з кроком 1 і 1,5мм необхідно оброблювати отвори по Н7. Для різьб з кроком 2 і 3мм 4Н ступеня точності необхідно оброблювати отвори за Н8 квалітетом.

Рис.5.Залежність допуску Δ D_з від точності, кроку і діаметра різьби та його розміщення відносно полів допусків на виготовлення отворів

Тобто накатування різьб 4Н ступеня точності такими головками практично неможливе.

При накатуванні різьб 6Н ступеня точності необхідно обробити отвори за 8Н-9Н квалітетом точності відповідно для різьб з кроком 1-3 мм і діаметрами 45-135 мм. Такі отвори можна отримати чистовим розточуванням на верстатах з ЧПК, або обробкою мірним інструментом.

Враховуючи труднощі накатування внутрішніх різьб, доцільніше попередньо нарізувати їх головками КБ з припуском по D₂ в межах 0,1-0,2 мм і після обкатувати.

Висновки

1. Розроблена регульована різьбонакатна головка для внутрішньої різьби М135×2.

2. Досліджені умови роботи заборного конуса роликів і наведені формули для визначення довжини дуги і кута контакту витка ролика з заготовкою, що впливає на сили і точність накатуваних різьб.

3. Отримані формули для розрахунку діаметра отвору під накатування і допусків на його розміри для різьб різних ступенів точності.

4. Показано, що в кращому випадку такими головками можна отримати різьби 6Н ступеня точності при підготовці отвору за Н8 квалітетом. Рекомендується точні різьби нарізувати головками КБ і калібрувати різьбонакатними.

Література

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

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М. ГИТТЛ, 1956.-608с.

3. Завод режущих инструментов “Фрезер”. Резьбонакатные головки НГН. М. ЦБТИ, 1961.-5с.