Накатывание резьб является одним из наиболее прогрессивных способов резьбоформообразования, обе6спечивающим высокую производительность при высоком качестве накатываемой резьбы. Однако, область применения резьбонакатывания в настоящее время ограничена, как правило, получением резьб сравнительно небольшого шага на заготовках из пластичных материалов. Одной из основных причин данных ограничений является снижение стойкости инструмента при накатывании крупных резьб и резьб на заготовках из труднодеформируемых материалов.

Одним из важнейших факторов, способствующих износу резьбонакатного инструмента, является проскальзывание поверхностей инструмента и заготовки в пятне контакта [1, 2]. Однако, исследованиям скоростей в пятне контакта инструмента и заготовки при накатывании резьб до настоящего времени не уделялось достаточно внимания.

Проскальзывание заготовки и инструмента в пятне контакта происходит в связи с кинематическими особенностями взаимного движения контактирующих тел и из-за внедрения витков инструмента в тело заготовки. Рассмотрим геометрическую модель пятна контакта инструмента и заготовки при накатывании наружной треугольной резьбы роликами (рис.1).

а

б

Рис.1. Схема скоростей инструмента и заготовки в пятне контакта при накатывании треугольных наружных резьб роликами.

При создании модели приняты следующие допущения: инструмент является идеально жестким объектом, заготовка - идеально пластичным; качение инструмента и заготовки происходит без проскальзывания в полюсе зацепления; накатывание производится со смазкой, налипание металла на инструмент отсутствует; угол подъема накатываемой резьбы не превышает 3; размеры пятна контакта инструмента и заготовки незначительны по сравнению с размерами контактирующих тел. Рассмотрим проскальзывание инструмента и заготовки в связи с кинематикой их взаимного движения. Известно [1 - 4], что при накатывании резьб касательные скорости ролика и заготовки равны только в одной точке, называемой полюсом зацепления. Во всех остальных точках пятна контакта имеет место проскальзывание инструмента и заготовки относительно друг друга.

Касательные скорости инструмента и заготовки в любой точке пятна контакта (рис.1, а) при отсутствии проскальзывания в полюсе зацепления определяются по известным формулам

; ,

где d_р и d_з - диаметры инструмента и заготовки в рассматриваемой точке контакта соответственно, мм;

n_р и n_з - скорости вращения инструмента и заготовки соответственно, мин^-1.

Скорость проскальзывания ролика и заготовки, связанная с кинематикой их взаимного движения, в произвольной точке пятна контакта будет находиться как векторная разность касательных скоростей ролика и заготовки [2]:

.

Проекции касательных скоростей ролика и заготовки на оси x и y (рис.1, а) можно найти по формулам

; ; ; ,

где _р и _з - углы радиус-векторов рассматриваемой точки контакта относительно центров инструмента и заготовки соответственно.

Следовательно, проекции скорости проскальзывания на оси x и y можно найти по формулам

; ,

а величина скорости проскальзывания, связанной с кинематикой взаимного движения инструмента и заготовки, определиться по формуле

.

наружная резьба инструмент скорость проскальзывание

Скольжение материала заготовки по поверхности витка инструмента, связанное с внедрением его в тело заготовки, происходит в основном в осевом направлении. Это связано с тем, что материал заготовки начинает выпучиваться перед инструментом до вступления в контакт с его поверхностью, образуя волну (рис.1, а). В связи с этим, скорость перемещения (подъема) металла заготовки в радиальном направлении по поверхности витков инструмента незначительна и ей можно пренебречь.

Скорость скольжения материала заготовки по поверхности витка инструмента, связанного с внедрением его в тело заготовки, в произвольной точке пятна контакта v_{ск z} (рис.1, б) при накатывании треугольных резьб с учетом приведенных выше допущений зависит только от скорости внедрения инструмента в заготовку v_{ск x}

,

где /2 - половина угла профиля витка инструмента, градусы

При накатывании резьб с нелинейным профилем скорость проскальзывания, связанная с внедрением инструмента в заготовку, будет также изменятся от вершины витка инструмента к впадине. Для выпуклой формы витка инструмента эта скорость будет максимальна у его вершины и минимальна у впадины. Подобное распределение скорости проскальзывания служит одной из причин повышенного износа инструмента при накатывании круглых резьб.

Суммарную скорость проскальзывания в пятне контакта при накатывании резьб можно рассчитать по формуле

.

Величину проскальзывания инструмента и заготовки удобно оценивать в относительной величине

.

Поля проскальзывания в пятне контакта при накатывании наружной треугольной резьбы с высотой профиля 2,5 мм и углом профиля 60 приведены на рис.2. Контурные графики зависимости проскальзывания от геометрических параметров процесса накатывания треугольных наружных резьб приведены на рис.3 и 4.

Рис.2. Проскальзывание в пятне контакта при накатывании треугольных наружных резьб (D_р= 50 мм, D_з= 50 мм).

Рис.3. Зависимость максимального проскальзывания в пятне контакта при накатывании резьб от диаметров инструмента и заготовки ( = 60, h = 2,5 мм).

Рис.4. Зависимость максимального проскальзывания в пятне контакта при накатывании треугольных наружных резьб от угла и высоты профиля резьбы (d_р = 100 мм, d_з = 20 мм).

Из контурных графиков видно, что скорость проскальзывания увеличивается с увеличением диаметра инструмента и угла профиля его витка. Учитывать влияние скорости проскальзывания на износ инструмента необходимо при накатывании цилиндрических резьб с отношением высоты профиля к диаметру более 0,05.

Из графиков также видно, что величина проскальзывания в пятне контакта инструмента и заготовки при накатывании резьб может достигать 80% и более. При такой величине проскальзывания коэффициент трения качения с проскальзыванием приближается к коэффициенту трения скольжения [5]. Снизить скорость проскальзывания, связанную с кинематикой взаимного движения инструмента и заготовки, можно увеличив диаметр резьбонакатных роликов.

Снизить максимальную скорость проскальзывания, связанную с внедрением инструмента в заготовку, можно за счет выбора рациональной схемы деформирования [6], обеспечивающей уменьшение на первоначальных этапах формирования резьбы ее угла профиля (радиуса). Такими схемами являются возвратная и разновидность угловой схемы - прорезная.

Исследования проводятся при поддержке гранта 12-01-97508-р_центр_а, предоставленного РФФИ совместно с Правительством Орловской области.

Список литературы