Технология резьбообработки

РЕФЕРАТ

«РЕЗЬБООБРАБОТКА»

г. Гродно 2009 г.

Обработка материалов резанием известна с древних времён: деталь вращали вручную, обработка велась кремнёвым резцом. В 12 в. появились токарные и сверлильные станки с ручным приводом, а в 14 в. -- с приводом от водяных мельниц. Механические станки для токарных работ изготовлялись главным образом в Италии, Франции, откуда были завезены в Россию. Медальерными станками славились петербургские мастера. В 1711 в Россию из Флоренции привезли станок, сделанный мастером Зингером, приглашенным на службу Петром I. В придворной токарне были изготовлены станки, в разработке конструкций и создании которых принимал участие А. К. Нартов. Позднее Нартов построил другие станки (гравёрные, копировальные, гильотинные), ему же принадлежит создание первого в мире токарно-винторезного станка с механическим суппортом и сменными зубчатыми колёсами (1738). Основные промышленные типы М. с. разрабатывались позднее (Г. Модсли и др.) в Великобритании, первой вступившей на путь капиталистического развития. В дальнейшем конструкция их совершенствовалась в Германии, Франции, Швейцарии (точное станкостроение), позже (во 2-й половине 19 в.) в США (в частности, автоматические станки для массового производства). В России в 1712--14 на Тульском оружейном заводе мастер Я. Батищев создал прототип современных агрегатных станков для одновременного сверления 24 ружейных стволов, в 1714 В. И. Генин построил на Олонецких заводах многопозиционный станок. Значительный вклад в развитие конструкции М. с. внёс М. В. Ломоносов, который в середине 18 в. построил и применил в своих мастерских оригинальные шлифовальные и др. станки. Вклад в создание новых конструкций станков внесли также русские инженеры и изобретатели И. Осипов, М. Сидоров, И. Ползунов, И. Кулибин, П. Захаво (первые автоматы для нарезания резьбы, 1810), В. Игнатов, Г. Горохов. Но, несмотря на отдельные выдающиеся изобретения, станкостроение в царской России развивалось медленно. Только после Великой Октябрьской социалистической революции в процессе индустриализации машиностроительные предприятия стали получать новые станки. В 1932 завод «Красный пролетарий» выпустил первый современный токарно-винторезный станок. В 1933 основан Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС), где было начато проектирование новых типов станков, изготовление гамм станков токарных, револьверных, сверлильных, фрезерных и др. К 1970 в СССР освоено 1817 типоразмеров М. с. Годовой выпуск составил 230 тыс. станков.

Большая заслуга в развитии станкостроения в СССР принадлежит советским учёным В.И. Дикушину, Н.С. Ачеркану, Д.Н. Решетову, А.П. Владзиевскому, Б.С. Балакшину, Г.М. Головину, Г.А. Шаумяну, В.С. Васильеву, А.С. Проннкову, В.А. Кудинову, А.С. Бриткину, Б.Л. Богуславскому, конструкторам Н.А. Волчеку, В.Н. Кедринскому, И.А. Ростовцеву, Ю.Б. Эрпшеру и др.

Совершенствование производства М. с. идёт в нескольких направлениях. Намечается увеличение выпуска агрегатных автоматических и полуавтоматических М. с. и автоматических линий. Обеспечивающих автоматизацию технологических процессов в крупносерийном и массовом производстве (в СССР выпуск таких М. с. за период 1966--70 увеличился на 22,6% при общем росте выпуска М. с. за этот период на 12%). В 1973 выпущено 211 тыс. М. с. Перспективно освоение прецизионных станков, обусловливающих высокую точность и качество обработки деталей. Предусматривается дальнейшее расширение производства М. с. с числовым программным управлением (ЧПУ) для обеспечения автоматизации механической обработки изделий в индивидуальном и серийном производстве. В 1968--70 в серийном производстве освоено 23 типоразмера таких станков, в 1970 -- 15 типов опытных образцов; их выпуск в 1973 составил 3800 шт. Внедрение М. с. с использованием адаптивных систем управления открывает новые пути повышения точности обработки и производительности. Для удовлетворения разнообразных потребностей народного хозяйства намечается увеличение числа типов тяжёлых уникальных станков. К 1970 создано около 500 типов тяжёлых уникальных металлорежущих станков.

Резьбовые поверхности.

Резьбовой называют поверхность, получаемую на детали при винтовом движении плоского профиля по цилиндрической или конической поверхности.

Резьбовые поверхности бывают наружные и внутренние. Наружная резьба образована на наружной цилиндрической или конической поверхности, а внутренняя - соответственно на внутренней.

В резьбовом соединении наружная резьба является охватываемой поверхностью и называется болтом или винтом, а внутренняя резьба - охватывающей поверхностью и называется гайкой.

В машиностроении наибольшее применение получили цилиндрические (крепежные и ходовые), а также конические резьбы. Основной разновидностью цилиндрической резьбы является метрическая треугольного профиля с углами 60.

По эксплуатационному назначению резьбы разделяют:

1. крепежные универсальные, к которым относится метрическая и дюймовая;

2. специальные, к которым относятся трапецеидальные, упорные, трубные, конические и др.

Основные способы формообразования резьбовых поверхностей с указанием границ степеней точности резьбы и параметров шероховатости. Резьбы могут быть однозаходные и многозаходные, правые и левые. Нарезание резьб осуществляется на резьбонарезных и резьбофрезерных станках и полуавтоматах, гайконарезных автоматах, резьбонакатных, резьбошлифовальных, токарных и других станках.

Универсальные резьбы используют для крепления деталей и как регулировочные элементы. Специальные резьбы применяют при передаче движения в винтовых механизмах, например в винтовых домкратах, для создания плотного соединения деталей, для передачи особо высоких нагрузок. В ходовых винтах токарно-винторезных станков находит применение специальная прямоугольная резьба, воспринимающая значительные осевые нагрузки.

Для получения посадок резьбовых деталей с, гарантируемым зазором стандартом предусмотрено пять (d, е, а, п, р) основних отклонении для наружной и четыре (Е, F,Г,Н) для внутренней резьб. Эти отклонения одинаковы для всех диаметров резьб. Степени точности изготовления диаметральных размеров резьбовых деталей следующие:

1. наружный диаметр болта - 4, 6, 8-я;

2. средний диаметр болта- 3, 4, 5, 6, 7,8, 9-я;

3. внутренний диаметр гайки-4, 5, 6, 7, 8, 9-я.

Стандартом предусмотрены также соединения резьбовых деталей с гарантированным натягом и с переходными посадками.

Несмотря на то, что резьба, как элемент деталей машин, известна на протяжении многих веков и в наши дни регламентирована многочисленными национальными и международными стандартами, тайны ее до конца не раскрыты и возможности далеко не исчерпаны.

Остановимся на новых направлениях в совершенствовании резьбы, крепежных деталей и промышленных способов их изготовления.

Для современной 60-градусной резьбы характерно стремление к уменьшению рабочей высоты профиля за счет увеличения внутреннего диаметра резьбы болта и гайки.

При неизменном притуплении, высоты головки профиля резьбы болта увеличивают притупление впадины и получают более низкую нитку. Резьба с высотой нитки 0,75Н, т.е. с притуплением вершины и впадины профиля, принимается за 100%. Поэтому резьба по ГОСТ9150-59 является 83 %. В настоящее время для ответственных соединений применяют 75%-ную, и 60%-ную резьбу.

Плокосрезанная впадина профиля резьбы болта уступает место скругленной радиусом r.

Увеличение притупления впадины профиля резьбы болта, повышает его прочность на разрыв, а скругление впадины - резко понижает коэффициент концентрации напряжения и повышает циклическую прочность.

Многочисленные исследования показали, что увеличение внутренних диаметров резьбы гаек до размеров -, Н, не отражается на прочности резьбового соединения, если достаточна длина свинчивания.

Модернизация резьбы распространяется и на другие элементы профиля. Представляет интерес несимметричная резьба болтов, у которых нитка со стороны, воспринимающей нагрузку, срезана дополнительно под углом 5, т.е. половина угла профиля равна 35, а вторая половина, как обычно, 30 (рис.1).

Благодаря этому усилие затяжки распространяется более благоприятно от ножки профиля к головке, и прочность болта с 75%-ной резьбой при циклической нагрузке возрастает на 20%.

Общеизвестно, что при затяжке резьбового соединения типа болт-гайка нагрузка распределяется неравномерно, возрастая к нижним виткам. Свыше 30% нагрузки воспринимает первый виток резьбы у опорного торца гайки и далее нагрузка уменьшается от витка к витку. Существуют разнообразные способы борьбы с этим вредным явлением:

1. разношаговость резьбового соединения (шаг резьбы болта меньше шага резьбы гайки на величину S-0,0025S);

2. переменный зазор в резьбовом соединении (зазор по среднему диаметру возрастает по направлению к опорному торцу гайки, т.е. резьба гайки имеет конусность К-0,003);

3. увеличение угла профиля резьбы до 90 или применение радиусной резьбы с гарантированным зазором по внутреннему и наружному диметрам (ри.2);

4. применение гаек и болтов переменного сечения;

5. применение гаек и болтов из различного материала (модуль упругости материала гайки меньше модуля упругости материала болта).

Наряду с обычной крепежной резьбой в промышленность внедряются и другие типы резьб:

* самотормозящие - с конической впадиной профиля резьбы болта;

* модернифинорованная прямоугольная резьба с углом профиля =10;

* шариковые резьбы, практически исключают трение в резьбовой паре;

* резьбы для самонарезающих винтов, гвоздей и т.п.

Преимущества резьбовых соединений:

1. обеспечение 100% собираемости в условиях автоматизированной сборки;

2. повышение циклической прочности;

3. повышение работоспособности при высоких температурах;

4. создание условий для антикоррозионных покрытий.

Исключительная массовость крепежных деталей и та ответственная роль, которую они играют в современных механизмах, требуют значительно большего внимания, чем им уделяют.

Необходимо улучшить качество, расширить ассортимент и организовать в широких масштабах централизованное производство крепежных деталей. Требования к крепежным деталям повышается. Следует разработать и организовать изготовление болтов и специальных сортов сплавов и сталей с сопротивлением разрывов свыше 200кгс/мм, способных работать при температурах более 1000 и ниже -200 С, с высокими антикоррозийными свойствами.

Усовершенствование болта и гайки, отказ от шайб, затрудняющих автоматизацию сборки, создает наиболее благоприятные условия для его эксплуатации. Как головки болта, так и гайка имеет цилиндрический буртик (рис.3), рассчитанный на контактное напряжение при затяжке 1760кгс/см.

Обычные болтовые соединения из-за податливости материала под головкой болта или гайкой не способны сохранить постоянство расчетного усилия затяжки. При контактном напряжении 1760 кгс/см не превосходится предел текучести соединяемых материалов, и постоянство усилия затяжки сохраняется.

Новые болты и гайки изготовляются по5 кл. прочности, с резьбой 2 кл. точности и с кругленной впадиной профиля радиусом r=(0,-0,14)S. Гайки имеют высоту около 1,2d и буртик диаметром примерно 2d. Для облегчения «наживления» гайки на болт, в процессе автоматической сборки на конце болта делается проточка, а на торце гайки - выточка. Опорные торцы бортиков составляют с осью угол 89-90, что способствует самоторможению после затяжки. Уделяется также внимание факторам технологичности изготовления крепежа методом холодной высадки.

Все большее распространение получают самоконтрящиеся крепежные детали, предохраняющее резьбовые соединения от самопроизвольного развертывания в процессе эксплуатации.

Широко применяются винты, сами нарезающие резьбу в отверстиях сопряженных деталей непосредственно при сборке, а также разнообразные виды специального крепежа для труднодоступных мест, различные виды быстродействующего крепежа.

Образования резьбовых поверхностей.

При образовании резьбовых поверхностей образующая линия воспроизводится либо по методу копирования режущей кромки, либо по методу огибания, а винтовая направляющая линия - по методу копирования, геометрического и кинематического профилирования. Применение того или иного метода профилирования, как образующей, так и направляющей линий обусловливается формой обрабатываемой винтовой поверхности.

Формы винтовых поверхностей.

Выделим две наиболее распространенные формы винтовых поверхностей:

1. Архимедова винтовая поверхность (закрытая винтовая поверхность);

2. Эвольвентная винтовая поверхность (открытая винтовая поверхность).

Архимедова винтовая поверхность образуется прямой линией (рис.4 а), расположенной под углом в осевой плоскости, проходящей через ось вращения ОО.

При вращении вокруг оси ОО и одновременном перемещении с равномерной скоростью вдоль оси линия 1 образует винтовую поверхность 2 с шагом t. В сечении плоскостью, перпендикулярной к оси, винтовая поверхность дает след 3, представляющий собой спираль Архимеда.

Кривая, которая получается в сечении архимедовой винтовой поверхности плоскостью, расположенной под углом, и которая является производящей линией имеет криволинейную форму. Величина отклонения производящей образующей линии зависит от величины угла, параметра р и других факторов. При малом угле и параметре р отклонение от прямой столь мало, что инструмент может быть выполнен с прямолинейной режущей кромкой. С увеличением и р отклонения возрастают, что вызывает необходимость применения инструмента с криволинейной режущей кромкой, стоимость которого значительно возрастает. Указанные обстоятельства необходимо учитывать при выборе методов профилирования.

Эвольвентная винтовая поверхность образуется как след движения прямой 1, расположенной в плоскости, проходящей параллельно осевой линии на расстоянии r. При вращении прямой плоскость, в которой расположена образующая, остается все время касательной к цилиндру радиуса r. Этот цилиндр называется основным цилиндром. Эвольвентная винтовая поверхность получается в том случае, когда угол наклона образующей равен углу подъема винтовой линии на основном цилиндре.

В сечении осевой плоскостью Эвольвентная винтовая поверхность оставляет след в виде кривой линии 2.

Эвольвентная винтовая поверхность называется открытой, так как в пределах основного цилиндра винтовая поверхность не образуется.

Существенное различие между архимедовой и эвольвентой винтовой поверхностями заключается в том, что к архимедовой винтовой поверхности нельзя провести касательную плоскость, а к эвольвентой винтовой поверхности можно. Поэтому архимедову винтовую поверхность нельзя обрабатывать инструментом, который контактирует с ней плоскостью, а эвольвентную винтовую поверхность можно обрабатывать подобным инструментом. Благодаря указанному обстоятельству оказывается возможным шлифовать эвольвентную винтовую поверхность торцом тарельчатого круга.

Архимедову винтовую поверхность имеют резьбы крепежных деталей, ходовых винтов, червяков червячных передач; резьбы многозаходных червяков обычно выполняют с эвольвентной винтовой поверхностью.

В ряде случаев применяют резьбы с переменным шагом, например винтовые поверхности подающих шнеков и другие, более сложные виды винтовых поверхностей.

Образование винтовых поверхностей при воспроизведении производящей линии по методу копирования режущей кромки.

Для воспроизведения образующей по методу копирования режущей кромки применяются различные инструменты: резцы, дисковые и пальцевые фрезы, дисковые и пальцевые шлифовальные круги.

При работе резцами режущая кромка может располагаться в осевой плоскости, при этом либо каждая из кромок резца 1 имеет свой передний угол, либо для каждой стороны витка используется свой инструмент.

Таким образом, получается теоретически правильная винтовая поверхность. Однако создание необходимой геометрии режущей части резца представляется затруднительным, поэтому в большинстве случаев пользуются вторым вариантом установки резца 2. Прямолинейные режущие кромки резца располагаются в плоскости, перпендикулярной винтовой линии, вследствие чего форма образующей в осевой плоскости оказывается искаженной.

При фрезеровании резьбы дисковой фрезой нужно установить под углом подъема витков.

В этом случае прямолинейные режущие кромки фрезы также располагаются в плоскости, наклоненной под углом, и истинная форма архимедовой винтовой поверхности искажается.

Аналогичное явление имеет место при шлифовании резьбы дисковым кругом.

При малых углах подъема указанное искажение не имеет практического значения, однако с увеличением угла подъема глубины профиля искажение может выйти за пределы допустимого.

При воспроизведении направляющей винтовой линии используется профилирование по копиру и кинематическое профилирование.

В случае профилирования по копиру винтовой копир 1 сообщающий движение рабочему органу 2, получает вращение либо непосредственно от шпинделя, либо через промежуточную зубчатую передачу. Если копир непосредственно связан со шпинделем, то его шаг равен шагу нарезаемой резьбы.

Наиболее широко применяется метод кинематического профилирования. Рабочий орган 2, перемещающий режущий инструмент, получает движение от шпинделя 1 через сменные зубчатые колеса, от которых вращение передается ходовому винту.

Образование винтовых поверхностей при воспроизведении производящей образующей линии по методу огибания.

Воспроизведение образующей по методу огибания имеет место при обработке винтовых поверхностей зубьев, зубчатых колес, винтовых поверхностей резьб, нарезаемых долбяками. Винтовая направляющая линия воспроизводится при этом по методу геометрического профилирования, профилирование по копиру и кинематического профилирования.

Геометрическое профилирование винтовой направляющей линии осуществляется при работе зубчатой рейки.

Метод профилирования по копиру используется при нарезании винтовых зубьев долбяком. Долбяк в этом случае выполняют с винтовыми режущими зубьями.

Кинематическое профилирование винтовой направляющей линии осуществляется пи фрезеровании косозубых цилиндрических колес червячной фрезой по методу огибания.

Кинематическое профилирование винтовой направляющей линии осуществляется также при нарезании резьбы долбяком (рис.10.).

Промышленные способы изготовления резьбы.

Способы изготовления резьбы совершенствуются на протяжении многих веков. От ручного выпиливания трехгранным напильником по разметке наружных резьб и метчиков, которыми потом нарезалась внутренняя резьба, от отливки резьб и их последующей притирки вручную, осуществленных в конце ХV в. Леонардо да Винчи, от нарезания резьбы на токарных станках. Найдены в первой половине XVIII в. до массового производства резьбы на деталях в наши дни - таков в беглых чертах путь совершенствования процесса резьбообразования.

Таблица 1 дает общее представление о методах изготовления резьбы, традиционно установившихся в промышленности, в зависимости от масштабов производства. Унификация резьбовых деталей и организация группового потока позволяют в индивидуальном и серийном производстве использовать более производительное оборудование.

Перед промышленностью в целом стоит задача повысить качество резьбы, обеспечить централизованное изготовление в широком ассортименте резьбообразующего инструмента и оснастки, а также надёжность. Так как -- его свойство выполнять заданные функции, т. е. обрабатывать изделия с сохранением в необходимых пределах эксплуатационных показателей, главным образом точности и производительности, в течение требуемого промежутка времени. Надёжность определяется его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Назрела острая необходимость строительства специализированных предприятий для производства крепежных деталей, оборудования и оснастки.

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ РЕЗЬБОФРЕЗЕРОВАНИЯ.

Е.В.Шашков (ЭНИМС)

Резьбофрезерование - это метод изготовления резьбы резанием с помощью многолезвийного вращающегося инструмента. Между поступательным и ротационным движением подачи заготовки существует принудительная связь.

Резьбонарезной инструмент, металлорежущий инструмент для получения резьбы на различных деталях. К резьбонарезному инструменту относятся: резьбовые резцы, метчики, плашки, резьбонарезные головки, резьбовые фрезы, и резьбовые шлифовальные круги.

Принято разделять на фрезерование коротких и длинных резьб. Это относится как к наружной, так и к внутренней резьбе. Экономически эффективным является фрезерование наружной резьбы диаметром от 4мм и внутренней резьбы диаметром от 8мм. В первую очередь резьбофрезерование применяется при обработке заготовок, которые трудно или невозможно обработать другими методами получения резьбы.

В классическом варианте фреза и заготовка имеют вращение и за время, составляющее одну шестую от времени полного оборота, фреза подается радиально на врезание на высоту профиля резьбы. После следующего оборота заготовки резьба готова. При этом инструмент или заготовка совершают осевое перемещение на шаг резьбы. В данном случае предпочтительнее применение встречного фрезерования.

Методы резьбофрезерования давно применяются в промышленности и, несмотря на более широкое распространение за последние годы методов накатки резьбы и многопроходного точения, сохраняют свое значение и в настоящее время. В некоторых случаях (например, при обработке тонкостенных деталей и деталей, где имеются лыски и прорези) применяется только резьбофрезерование. Фрезерование резьбы широко распространено в серийном и массовом производстве, но его применяют обычно как предварительный метод обработки (черновой); окончательная обработка производится резцом или шлифовальным кругом.

В ЭНИМСе проведено исследование метода фрезерования наружной резьбы -- гребенчатыми фрезами внутреннего касания (охватывающими головками). Работы показали, что этот метод может успешно конкурировать с многопроходным точением и нарезанием резьбы резьбонарезными головками. И доказали, что фрезерование резьбы является одним из наиболее производительных методов обработки резьбы.

Фрезерования резьбы:

а) дисковыми фразами внешнего касания;

б) дисковыми фрезами внутреннего несения (так называемый вихревой метод);

в) гребенчатыми фрезами внешнего касания;

г) гребенчатыми фрезами внутреннего касания (охватывающими головками).

Первые два методе служат для фрезерования длинных и специальных упорных резьб, вторые два -- для фрезерования коротких резьб. При использовании гребенчатых фрез резьба полностью обрабатывается за 1,26 оборота изделия, так как гребенчатая резьбовая фреза представляет собой набор нескольких дисковых резьбовых фрез.

Нарезание дисковой фрезой применяют при нарезании резьб с большим шагом и круглым профилем и главным образом для предварительного нарезания трапецеидальных резьб за один, два или три рабочих хода. При применении дисковых фрез полная обработка производится за столько оборотов изделия, сколько ниток резьбы на резьбовой части, так как фреза вращается и совершает поступательное движение вдоль оси заготовки, причем перемещение за один оборот заготовки должно точно соответствовать шагу резьбы. Движение резания Dг совершает фреза, режущие зубья которой в нормальном сечении имеют профиль сечения канавки резьбы. Заготовка или фреза совершают движения круговой подачи Ds кр и поступательной подачи Ds пр (на один шаг за один оборот заготовки).

По сравнению с фрезированием гребенчатыми фрезами внешнего касания применение охватывающего резьбофрезерования обуславливает большую длину контакта режущих кромок инструмента с изделием, что и обеспечивает повышение производительности.

В процессе резания охватывающая фреза смещается относительно оси изделия на величину L м.ц., равную половине диаметрального зазора между режущими кромками инструмента и изделия и высоте профиля резьбы h. При этом получается удлиненная стружка в форме запятой.

Гребенчатые резьбовые фрезы проектируются с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр по режущим кромкам гребенок был на 3--10 мм больше наружного диаметра нарезаемой резьбы. Больший диаметр фрез применяется в том случае, когда одной фрезой обрабатывается несколько типоразмеров деталей. Так же одной и той же фрезой можно обрабатывать определенный диапазон диаметров резьб за счет изменения диаметров гребенок. Показанная фреза оснащена гребенками диаметром 31 и 34мм, что дает возможность обрабатывать этой фрезой детали диаметром от 25 до 38мм с шагом 1мм. Однако с увеличением разницы диаметров фрезы и изделия несколько падает производительность за счет уменьшения угла контакта и и соответственно длины контакта режущего инструмента с изделием.

Схема нарезания резьбовых канавок электроэрозионным методом.

Электроэрозионная обработка резьбовых канавок на гребенках велась на шлифовальном станке мод. 3151.

Рис.14.Схема нарезания резьбовых канавок на твердосплавных гребенках электроэрозионным методом.

Гребенка 1 закрепляется на оправке 2, имеющей с одного торца эбонитовую втулку 3. Оправка закрепляется в центрах 4 и 5. Центр 5 изолирован от массы станка. Оправка приводится во вращение от шпиндельной бабки через поводок. Гребенка вращается со скоростью 75 об/мин и является положительно заряженным электродом.

Отрицательно заряженным электродом является круг б из графитового материала ЭЭГ. Скорость вращения круга подбирается регулятором. На графитовом круге гребенчатой фрезой нарезаются резьбовые канавки, Затем подается технологический ток, графитовый круг подводится к твердосплавной гребенке с зазором 0,03--0,10 мм и начинается процесс электроэрозионной обработки. Рабочая среда -- 50 % масла индустриального 12 и 50 % керосина.

Производительность электроэрозионной обработки и качество обрабатываемого изделия зависят от параметров технологического тока и марки твердого сплава:

1. С увеличением силы тока скорость съема материала возрастает.

2. С увеличением процентного содержания кобальта в твердом сплаве скорость съема металла возрастает.

З. С увеличением силы тока максимальная высота неровностей увеличивается.

4. С увеличением частоты генератора и уменьшением силы тока чистота поверхности возрастает.

5. С увеличением процентного содержания кобальтовой фазы в твердом сплаве износ электрода-инструмента уменьшается.

В процессе электроэрозионной обработки поверхностные слои обрабатываемого изделия сильно нагреваются и вследствие резкого охлаждения в поверхностных слоях происходят структурные изменения и появляются трещины. Глубина поврежденного слоя достает 12-З2 мк.

При электроэрозионной обработке использовался генератор ВГ-ЗВ, Iр принимали равным 5а, а чистоту 8 кгц. Одна гребенка при таких режимах обрабатывалась за 1,2-1,6 часа. После обработки на гребенке угол профиля получался больше угла на графитовом круге на 2--Зо, в результате чего угол профиля на графитовом круге корректировался. Чистота поверхности: Ra 2,5; 5.

После электроэрозионной обработки гребенки притирались на токарном станке. Чугунный притир, шаржированный алмазной пастой, растворенной в керосине с добавлением индустриального масла 12, приводился во вращение со скоростью 60 -- 100 об/мин. Твердосплавная гребенка устанавливалась в специальное приспособление, которое зажималось в резцедержавке. На доводку гребенки притиром уходит 40--45 мин. После доводки чистота поверхности резьбовых канавок: Ra 0,32; 0,16. При притирке использовались алмазные пасты АП28П, АП14В в АП7В.

Электрохимическое нарезание резьбовых канавок алмазными кругами осуществлялось на станке «Акатон» кругами типа А2П на металлической связке М1 со 100 %-ной концентрацией алмаза (рис.15). Предварительная правка кругов осуществлялась на заточных станках абразивными кругами из карбида кремния зеленого, а окончательная -- на станке «Акатон» током обратной полярности.

Резьбовая гребенка 1, установленная оправка 2 зажимается в приспособления 3 центром 4. В процессе работы отрицательным электродом является алмазный круг 5, а положительным -- твердосплавная гребенка. Процесс протекает в электролите, который все время поступает в зону обработки.

Туда же подводится электрический ток. Происходит анодное растворение обрабатываемого материала, а роль алмазных зерен сводится к удалению продуктов растворения и зачистке резьбовых канавок.

Электрохимическое шлифование имеет следующие основные преимущества.

1. Большая производительность, в 10--15 раз превышающая производительность обычного алмазного шлифования.

2. Отсутствие на обрабатываемой поверхности трещин и повышение чистоты поверхности.

3. Низкий удельный расход алмаза до 0,1--0,3 мг/г. Повышенная стойкость алмазных кругов, особенно острых кромок.

4. Возможность получить окончательную резьбовую канавку за один проход с чистотой поверхности Ra 0,36; 0,16.

Основным недостатком данного процесса является низкая точность обработки, которая зависит от величины алмазных зерен, интенсивности подачи электролита и его направления, а также от удельного давления алмазного круга на обрабатываемую деталь.

Испытания показали, что с уменьшением напряжения в технологической цепи чистота поверхности и точность обработки повышается. Круговая подача гребенок осуществлялась вручную.

Обработка плоскостей на твердом сплаве производилась электрохимическим методом на станке «Акатон».

Правка алмазного круга. При обработке резьбовых канавок на твердосплавных гребенках как электрохимическим, так и обычным методом происходит износ алмазного круга (потеря профиля, выкрашивание и дробление алмазных зерен) и засаливание режущей поверхности. Все это сказывается на производительности процесса, качестве и точности твердосплавного инструмента.

Разновидностью фрезерования резьбы можно считать способ скоростного нарезания специального нарезания резьбы специальной вращающейся резцовой головкой. На суппорт станка устанавливается головка с четырьмя твердосплавными резцами (рис.16), вращающимися от специального электродвигателя с большой (до 500 м/мин) скоростью. Центр вращения резьбовой головки О не совпадает с центром вращения заготовки О, которая крепится в центрах станка и вращается с малым числом оборотов. За время одного оборота заготовки, резцы обработают заготовку на длине одного шага.

Вращающимися головками нарезают неточные треугольные, трапецеидальные и прямоугольные резьбы. При обработке точных резьб после нарезания головкой необходимо калибрование другим резьбовым инструментом (например, чистовым стержнем резьбовым резцом). Резец во вращающейся головке, применяемой для нарезания метрической резьбы, оснащен пластиной из твердого сплава Т15К6. Передний угол =0…6; задний угол по вершине 8, а на боковых режущих кромках 6.

Новый способ обработки резьбофрезерования.

Этот способ основан на фрезах системы TMS, для которого необходим фрезерный станок с одновременным программным управлением тремя осями (винтовой интерполяцией). Винтовая интерполяция представляет собой возможность перемещения точки по винтовой линии. Винтовое движения состоит из движения по кругу в плоскости и одновременного смещения в перпендикулярной плоскости. Перемещение из точки А в точку В (рис.17) и является такой комбинацией движения по кругу в плоскости XY и линейного перемещения по оси Z.

При фрезеровании резьбы движение по кругу формирует диаметр резьбы (D), а линейное перемещение шаг (Р). Комбинация винтовой интерполяции с необходимым профилем пластины и обеспечивает все параметры резьбы.

Таким способом можно обрабатывать внутренние и наружные, правые и левые резьбы. Различные резьбы получаются путем различных комбинаций направления вращения и подачи.

Предпочтение надо отдавать попутному фрезерованию, которое обеспечивает более низкие усилия резания, лучшее стружкообразование, лучшее качество обработанной поверхности и большую стойкость инструмента. Для внутренней резьбы в глухих отверстиях также снижается опасность заклинивания фрезы из-за упора фрезы в лежащую в отверстии стружку. В то же время, при обработке закаленных поверхностей или труднообрабатываемых материалов иногда рационально применение встречного фрезерования.

При выборе инструмента для фрезерования внутренней резьбы решающим является возможность выбрать наибольший диаметр фрезы для заданного диаметра отверстия. При применении фрез с двумя режущими кромками основное время сокращается вдвое. Применение фрез маленького диаметра также сокращает время обработки, улучшает охлаждение и отвод стружки, однако меньшая стабильность может привести к возникновению вибраций, особенно при обработке материалов высокой прочности. Предпочтение также нужно отдавать пластинам, имеющим длину режущей кромки больше, чем длина обрабатываемой резьбы, чтобы иметь возможность обработать резьбу за один оборот. Если это невозможно, то нужно обработать один оборот, сместить фрезу на несколько шагов резьбы и фрезеровать следующий оборот.

Существует три метода подачи на врезание при фрезеровании резьбы - радиальное врезание, тангенциальное врезание по дуге и тангенциальное врезание по прямой. При радиальном врезании (рис.20а) инструмент подводится к детали по прямой, по центру детали. Это самый простой, но и самый неблагоприятный способ, так как угол обхвата слишком велик. Применять этот способ можно только в исключительных случаях. Тангенциальное врезание по дуге является наиболее предпочтительным. Инструмент на ускоренном ходу подводится к детали, не доходя до нее 0.5мм. Из этой точки по радиусу с одновременным врезанием по оси Z до полного профиля. После полного оборота фреза аналогично отводится. При этом способе инструмент мягко входит в и выходит из обрабатываемого материала. Метод тангенциального врезания по касательной (рис.20в) является очень простым, имеет все преимущества тангенциального врезания по дуге, но применим только для наружной резьбы.

Помимо предлагаемой системой TMS, системы инструментов для резьбофрезерования со сменными многогранными пластинами, применяются также цельные твердосплавные и быстрорежущие и насадные быстрорежущие гребенчатые фрезы.

Технология применения этих фрез полностью совпадает с рассмотренными выше, для фрез со сменными многогранными пластинами. Практика показывает, что для большинства случаев применения применение сменных многогранных пластин дает экономические преимущества, хотя в определенных случаях оправдано применение гребенчатых фрез. В качестве примера можно привести вариант обработки резьбы при отсутствии станка с винтовой интерполяцией. Поскольку длина рабочей поверхности гребенчатых фрез в некоторых случаях больше, чем у сменной многогранной пластины, появляется возможность обработать резьбу за один переход без осевой подачи.

Круглые гребенки позволяют осуществлять 70-80 переточек. (Стойкость между переточками 800-1000 деталей).

Гребенки из быстрорежущей стали, унифицированы с гребенками для винторезных головок по ГОСТ З307--61, изготовляемыми крупными сериями заводом «Фрезер». Эта унификация позволяет гребенки и сопрягающиеся с ними звездочки получать в централизованном порядке от инструментального завода.

Резьбовые гребенки могут изготавливаться, как из быстрорежущей стали, так и из твердого сплава, в зависимости от твердости материала обрабатываемой детали.

Применение твердосплавного инструмента для охватывающего и охватываемого резьбофрезерования значительно расширяет область применения этого метода обработки. Если в настоящее время резьба на деталях из материалов повышенной твердости нарезается твердосплавными резцами методом точения на резьботокарных станках, то применение твердосплавных гребенок позволит нарезать резьбу на этих деталях резьбофрезерованием. Основным недостатком точения является трудность удаления сливной стружки, особенно при нарезании внутренней резьбы, что не дает возможности встраивать эти станки в автоматические линии. При резьбофрезеровании стружка получается мелкая и легко удаляется.

Для обработки деталей твердостью НRС 50--54 рекомендуется твердый сплав Т15К6. В настоящее время для испытаний изготавливаются гребенки из Т3ОК4 ВК-1ОМ и из титано-танталовых сплавов.

Рекомендуется применение гребенок с клееным твердосплавным кольцом.

Твердосплавное кольцо дает большое количество переточек и благодаря тому, что оно приклеивается, имеется возможность многократно использовать стальное основание гребенки.

Цельные твердосплавные гребенки нецелесообразно изготавливать из-за трудности получения звездочки в твердом сплаве. Гребенки с напайными твердосплавными пластинками просты в изготовлении, но имеют малое количество переточек. При пайке пластинок на звездочке гребенки появляется калина, что увеличивает люфт в звездочке и снижает точность настройки фрезы. Так что наиболее приемлемым вариантом является третий.

Было опробовано три метода профилирования кольцевых канавок на твердосплавных гребенках:

1) обработка канавок алмазными кругами на бакелитовой связке с 50 %--ной концентрацией алмаза;

2) обработка канавок электроэрозионным методом графитовыми кругами с последующей притиркой чугунным притиром, шаржированным алмазной пастой;

3) обработка канавок электрохимическим методом на станке «Акатон» алмазными кругами на металлической связке М1 со 100%-ной концентрацией алмаза.

Обработка канавок алмазными кругами на бакелитовой связке производилась на токарном станке с использованием специального приспособления. Алмазный круг типа А2П, D=125 мм на бакелитовой связке с 50 %-ной концентрацией алмаза нравился под углом профиля 60о абразивным бруском типа К3. Резьбовые канавки нарезались без охлаждения. Нарезание канавок шагом I мм на гребенке с твердосплавной пластинкой марки ВК-6М показало, что данные круги имеют низкую стойкость кромки, при которой нормальный радиус (менее 0,1мм) получается только на первых двух впадинах. На последующих впадинах радиус резко возрастает. Опыт показал, что данными кругами нарезать канавки невозможно.

На некоторых предприятиях есть опыт изготовления твердосплавных резьбовых фрез из сплавов ВК8М и Т15К6. Обработка резьбовых канавок производится алмазными кругами типа А2П диаметром 350мм на металлической связке с150--200 %-ной концентрацией алмаза при обильном охлаждении. Гребенчатые фрезы диаметром 35--40 мм обрабатываются на резьбошлифовальном станке мод. 5822.

При фрезеровании длинных резьб длина резьбы на заготовке не зависит от ширины фрезы, что позволяет изготавливать очень длинные резьбы. В качестве инструмента применяют дисковые профильные фрезы (рис.23). Соответственно шагу резьбы ось фрезы поворачивается к детали (рис.24). При нарезании внутренней резьбы длина резьбы ограничена наклоном фрезы. Дополнительные ограничения накладывает угол при вершине профиля. Если угол менее 10 градусов, то появляются значительные искажения профиля. Таким образом, данным методом нельзя нарезать прямоугольную резьбу. Можно использовать попутное и встречное фрезерование. При попутном фрезеровании стойкость инструмента выше, в то время как при встречном выше точность и качество поверхности.

Резьбовые профили могут быть изготовлены также, аналогично зубчатым колесам, фрезерованием методом обката. Экономично применение этого метода при обработке многозаходных резьб крупного профиля, например червяков.

ПРИМЕНЯЕМАЯ ОСНАСТКА.

С помощью резьбовых фрез системы TMS можно обрабатывать резьбы:

1. очень крупных деталей;

2. на деталях, которые трудно или невозможно закрепить на токарном станке для нарезания резьбы резцом;

3. на несимметричных деталях, имеющих при вращении значительный дисбаланс;

4. в глухих отверстиях без канавок для выхода резьбового инструмента;

5. при очень больших диаметрах резьбы.

Рис.25. Оправки для резьбовых фрез.

По сравнению с другими способами обработки резьбы система TMS дает определенные преимущества:

В первую очередь, это сокращение машинного времени благодаря высоким скоростям резания и подачам, возможность полной обработки за один переход, получении полного по глубине профиля резьбы за один рабочий ход. Благодаря получению короткой, легко удаляемой стружки, возможно сокращение связанного с удалением стружки вспомогательного времени.

Кроме того, возможно сокращение складского запаса инструмента благодаря применению:

1. одного инструмента для левых и правых резьб;

2. одного корпуса фрезы для наружной и внутренней резьбы, а также для резьб различного профиля и шага;

3. наличию на каждой пластине двух режущих кромок;

4. нанесенному на пластины износостойкому покрытию, повышающему их стойкость.

Таким образом, система TMS представляет собой системное решение для высокоточного и экономичного фрезерования резьбы для всех случаев применения.

Для настройки гребенчатых и дисковых фрез, применяется специальное приспособление с индикатором. Регулировка гребенок осуществляется перестановкой звездочки, у которой число зубьев на одном венце на один больше, чем на другом.

Это приспособление дает возможность настраивать фрезу с точностью 0,01--0,03 мм в зависимости от числа зубьев звездочки и диаметра гребенок. Точность настройки возрастает с увеличением числа зубьев звездочки и уменьшением диаметра гребенки и переднего угла г.

Заточка гребенок по передней грани производится в комплекте. Вращением гребенок вокруг оси можно получить любые передний и задний углы, в сумме равные углу заточки.

Насадные фрезы (дисковые и т.п.) базируют по отверстию на оправке, имеющей шпонку для передачи крутящего момента. Фрезы устанавливают на оправке, фиксируют опорными кольцами и зажимают гайкой. Оправку с фрезой или набором крепят одним концом в шпинделе, а другим - в серьге или подвеске. В случае консольного закрепления оправку устанавливают только в посадочном отверстии шпинделя.

Оборудование для обработки резьбы.

Так как фрезерование резьбы является одним из наиболее производительных методов обработки и применяется в серийном и массовом производстве, то существует много видов резьбофрезерных станков.

Они могут быть подразделены на станки общего назначения и специального. Резьбофрезерные станки относятся к станкам специального назначения, так как они предназначены только для одного вида обработки.

Резьбообрабатывающие станки - это металлорежущие станки, предназначенные для получения и обработки резьбы. К резьбообрабатывающим станкам относятся: болторезные станки, гайконарезные станки, резьбонакатные автоматы, резъбофрезерные станки, резъбошлифовальные станки. Резьбу нарезают также на трубообрабатывающих, токарно-винторезных, револьверных, сверлильных, расточных, карусельных и др. станках.

Резьбофрезерные станки - это металлорежущие станки, предназначенные для нарезания наружной и внутренней резьбы резьбовой фрезой. При получении резьбы на резьбообрабатывающем станке заготовка и фреза совершают несколько движений:

1. вращение фрезы вокруг своей оси (главное движение);

2. медленное вращение заготовки (круговая подача);

3. продольное (осевое) перемещение заготовки или фрезы (продольная подача, равная шагу нарезаемой резьбы за один оборот заготовки);

4. врезание фрезы на глубину резьбы (радиальная подача).

Изготовляются полуавтоматические и автоматические Резьбофрезерные станки, предназначенные для нарезания наружной и внутренней резьб с крупным шагом на большой длине дисковыми фрезами и резьб с мелким шагом на коротких участках гребенчатыми фрезами, у которых шаг витков равен шагу нарезаемой резьбы за 1,25-1,5 оборота заготовки.

Для фрезерования длинных винтов разных шагов и длинных червяков большого модуля применяют станки, на которых обработку производят дисковыми фрезами. Для фрезерования коротких резьб с малым шагом применяют станки, работающие гребенчатыми (групповыми) резьбовыми фрезами с кольцевыми витками. Обязательным условием при работе гребенчатыми фрезами является соответствие шага витков фрезы шагу нарезаемой резьбы.

Например, на резьбофрезерном станке 561 можно выполнять следующие операции:

* нарезать резьбу дисковыми фрезами;

* фрезеровать винтовые канавки дисковыми фрезами;

* фрезеровать прямые канавки дисковыми фрезами;

* нарезать прямозубые зубчатые колеса и шлицевые валы червячными фрезами методом обкатки.

Станок модели 561 не соответствует требованиям нарезки резьбы в производстве, поэтому стали разрабатывать новые модели станков.

Такой как, резьбофрезерный станок 5Б63. Который предназначен для фрезерования коротких наружных и внутренних резьб гребенчатыми фрезами в условиях крупносерийного и массового производства. В котором фреза, установленная в шпинделе фрезерной головки, получает главное вращательное движение. Каретка фрезерной головки по горизонтальным направляющим станины. Заготовке, закрепленной в патроне бабки изделия, сообщается круговая подача. Фрезерная головка имеет поперечную подачу для врезания в направлении к заготовке.

В настоящее время в промышленности работают резьбофрезерные станки мод. 5К63, КТ-86 и фирм: Хассе- Врезе, Викман, Хансон Витней (иностранные станки моделей 30-х годов). Эти станки имеют низкую производительность, неравномерность процесса резьбообработки, большую огранку и карманы на поверхности, обработанной детали, что является следствием применения фрез внешнего касания, имеющих малую длину контакта режущей кромки инструмента с изделием

Повышение производительности процесса резьбофрезерования и улучшение качества резьбы достигается применением охватывающего резьбофрезерования. Использовать на перечисленных выше станках, охватывающие фрезы невозможно, так как часть станков конструктивно не позволяет применять фрезы, а остальные станки имеют малую мощность, низкую жесткость и заниженные режимы обработки.

Разработано техническое задание с эскизной проработкой на гамму из 3-х резьбофрезерных станков, у которой базовый станок полностью заменяет станок мод.5К63 и дает возможность нарезать резьбу, как охватывающими головками, так и фрезами внешнего касания.

Поэтому ЭНИМСом был спроектирован и изготовлен станок модели МА-11, дающий возможность обрабатывать детали как охватывающими резьбовыми головками, так и обычными гребенчатыми фрезами внешнего касания, улучшить качество деталей и значительно повысить стойкость инструмента между переточками гребенками. Так как обработка полного профиля резьбовой части фрезы производится за 2--3 смены. При этом одной правки круга хватает на 2--З фрезы. Круг правится на станке при помощи специального приспособления абразивным чашечным кругом типа К3.

Разработано техническое задание с эскизной проработкой на гамму из 3-х резьбофрезерных станков, у которой базовый станок полностью заменяет станок мод.5К63 и дает возможность нарезать резьбу, как охватывающими головками, так и фрезами внешнего касания.

Чистовая обработка резьбовых поверхностей.

Шлифование - процесс резания металлов при помощи абразивного инструмента, режущим инструментом которого являются зерна абразивных материалов.

Шлифование резьб применяют для повышения их точности. Его выполняют чаще всего после термической обработки заготовок. Резьбошлифование может быть наружным и внутренним, осуществляется на различных резьбошлифовальных станках. Существуют следующие способы шлифования резьбы:

1. Однопрофильным кругом;

2. многопрофильным кругом с продольным движением подачи;

3. Врезное;

4. Широким профильным кругом.

Шлифование однопрофильным кругом является универсальным и точным методом. Его применяют для изготовления метчиков, резьбовых пробок, резьбовых колец.

Многопрофильные круги, шлифующие резьбу с профильным движением подачи, имеют заходную конусную часть. В обработке участвуют все нитки шлифовального круга, что является преимуществом перед врезным шлифованием, так как увеличивает производительность.

В массовом производстве успешно применяют высокопроизводительный метод шлифования резьбы - бесцентровочное шлифование.

Шлифование резьбы производится на резьбошлифовальных станках.

Резьбошлифовальные станки - это металлорежущие станки, на которых осуществляют окончательную обработку резьбы шлифовальными кругами.

При обработке резьбы на резьбошлифовальном станке деталь и инструмент совершают несколько взаимных движений:

* вращается вокруг своей оси инструмент (главное движение);

* вращается заготовка (круговая подача);

* прямолинейно перемещается круг или заготовка за 1 оборот на расстояние, равное шагу резьбы (продольная подача);

* перемещается круг в поперечном направлении относительно заготовки (поперечная подача).

Резьбошлифовальные станки работают:

* однониточным кругом в одну сторону (самый точный, но малопроизводительный метод) и в обе стороны (с использованием прямого и обратного хода);

* многониточным кругом на проход (более производительный метод) и на врезание с поперечной подачей (самый производительный метод).

Резьбошлифовальные станки бывают:

-универсальные (для обработки резьб на большой длине);

-полуавтоматические и специальные.

Самые распространённые резьбошлифовальные станки - универсальные, на которых шлифуют цилиндрическую и коническую резьбу резъбоизмерителъных инструментов (резьбовые пробки и кольца) и резьбообрабатывающих инструментов (метчики, круглые плашки, резьбовые фрезы), а также обрабатывают червячные фрезы, точные червяки, винты и т. Резьбошлифовальные станки обычно оборудованы автоматическим прибором для правки шлифовальных кругов. На резьбошлифовальном станке резьба с шагом до 2мм образуется непосредственно на гладкой заготовке, а свыше 2мм - шлифуется после предварительного нарезания.

В машиностроении чаще применяют универсальные резьбошлифовальные станки отечественного производства модели 5К822В. Эти станки предназначены для шлифования различного рода резьбовых изделий типа ходовых винтов, накатных роликов, калибров и т.д., а также обеспечивают точность резьбы по среднему диаметру до 0,001мм, отклонение шага резьбы на 100мм длины до 0,01мм.

Шлифование на станке ведется однониточным и многониточным кругом с ходом стола в одну или обе стороны.

В настоящее время известны следующие способы правки алмазных кругов /2,3,4/:

а) предварительная правка абразивными кругами и брусками на заточных станках;

б) правка абразивными кругами на резьбошлифовальном станке при помощи специального приспособления;

в) правка кругов током обратной полярности.

Наилучшие результаты были достигнуты при правке обратным током, так как при этом методе не засоряется абразивом электролит и лучше оголяются зерна. Недостатком является сравнительно большой расход алмаза.

Электроэрозионная обработка резьбовых канавок на гребенках велась на шлифовальном станке мод. 3151, специально модернизированном с учетом этого метода. Модернизация заключалась в оснащении станка источником постоянного тока, регулятором напряжения, токопроводящим устройством и изоляцией обрабатываемого изделия от массы станка.

Контрольные измерения резьбовых поверхностей.

Так как наиболее часто резьбу нарезают в гайках и болтах, то точность определяется точностью исполнения основных элементов резьбы болта и гайки: наружного диаметра. Среднего диаметра, внутреннего диаметра, шага, угла профиля. Контроль резьбы болта и гайки можно произвести комплексным методом по всем элементам одновременно или поэлементно с помощью калибров или специальных приспособлений. Для точных резьб и калибров обычно применяют поэлементную проверку резьбы на приборах.