Сборный инструмент для планетарного накатывания резьбы с осевым колебанием формообразующей поверхности - RU2613002C1

Образование формообразующей поверхности происходит таким образом, что формообразующий профиль при его перемещении по направляющей в плоскости «γ» располагается в плоскости осевых сечений исходной цилиндрической поверхности так, чтобы образующая исходной цилиндрической поверхности была касательной к вершине формообразующего профиля, а ось формообразующего профиля была перпендикулярна продольной оси исходной цилиндрической поверхности.

Направляющая замкнутая кривая исходной цилиндрической поверхности, лежащая в плоскости «α», может быть также n-гранной кривой, где n=3, 4, 5 и более, имеющей форму, выполненную в виде правильного многоугольника, стороны которого являются дугами окружности большего радиуса R, сопряженные дугами окружности меньшего радиуса r, а одна из осей, проходящая через центр дуги окружности радиуса r ориентирована вертикально. Для образования n-гранной формообразующей поверхности используется исходная цилиндрическая поверхность (поз. 17, фиг. 3а), которая получена прямолинейной образующей (поз. 18, фиг. 3а) и направляющей (поз. 19, фиг. 3б), которая описывается тремя параметрами: d - диаметр окружности, описанной вокруг многогранного профиля, R - больший радиус дуги окружности, k - величина затылования, являющаяся максимальным расстоянием между описанной вокруг многогранного профиля окружностью диаметра d и дугой радиуса R, измеренным по нормали к описанной окружности диаметра d [см., например, В.М. Меньшаков, Г.П. Урлапов, В.С. Середа. Бесстружечные метчики, 1976, С. 8]. Направляющая лежит в плоскости «α», перпендикулярной указанной прямолинейной образующей (плоскость «α» совпадает с сечением А-А перпендикулярным оси исходной цилиндрической поверхности (поз. 20, фиг. 3а). Продольной осью исходной цилиндрической поверхности служит линия, проходящая через центр окружности, описанной вокруг ее направляющей, расположенной в плоскости «α», параллельно образующим исходной цилиндрической поверхности. Секущая плоскость «γ» повернута относительно плоскости «α» вокруг горизонтальной оси (поз. 21, фиг. 3б), совпадающей с горизонтальной осью окружности, описанной вокруг направляющей в плоскости «α», на расчетный угол

Применение n-гранной формы позволяет снизить момент резьбовыдавливания за счет размещения материала перед зоной контакта, что связано с особенностями течения материала не только в направлении заполнения профиля резьбы, но и в направлении вращения инструмента. Обычно применяют 3-х, 4-х и 6-ти гранные формы поперечного сечения инструмента, которые целесообразно выполнять в виде правильных фигур (треугольник, квадрат, шестиугольник) со сторонами в виде дуг большого радиуса. Наиболее целесообразно применение n-гранной формы поперечного сечения с полным профилем резьбы, выполненным вдоль всего периметра формообразующей поверхности инструмента [см., например, В.М. Меньшаков, Г.П. Урлапов, В.С. Середа. Бесстружечные метчики, 1976, С. 7, 8, 30].

Основной диск резьбообразующей части инструмента ограничен по периферии формообразующей поверхностью (поз. 14, 15, 16, фиг. 2в - для формообразующей поверхности с направляющей исходной цилиндрической поверхности в виде окружности, поз. 26, 27, 28, фиг. 3в - для формообразующей поверхности с n-гранной направляющей исходной цилиндрической поверхности) и с торцов - двумя плоскостями (П₁ и П₂ на фиг. 2в и фиг. 3в), перпендикулярными продольной оси исходной цилиндрической поверхности совпадающей с осью базовой поверхности диска. Расстояние между указанными плоскостями

Представленная конструкция формообразующей поверхности обеспечивает колебания формообразующего профиля с шириной вершины а и углом профиля β (фиг. 2г, фиг. 3г, фиг. 4 (в, е)) вдоль оси инструмента при вращении его хвостовой части по отношению к профилю получаемой или предварительно подготовленной резьбы в пределах ширины впадины резьбы b за один оборот инструмента (фиг. 5). При этом крайнее правое положение формообразующего профиля (поз. 31, фиг. 5, изображен пунктирной линией) формирует правую часть профиля резьбы (поз. 33, фиг. 5), а крайнее левое положение осевого сечения диска (поз. 32, фиг. 5) формирует левую часть профиля резьбы (поз. 30, фиг. 5). Поскольку угол ψ определяется указанными выше параметрами a, b и d, то выбор значения угла ψ, отличающегося от расчетного, приведет к тому, что профиль формируемой резьбы не попадет в поле допуска резьбы заданной степени точности, что будет означать несоответствие полученной резьбы заданным параметрам.

На фиг. 6 (а, б, в) представлены последовательные промежуточные положения формообразующего профиля диска при повороте инструмента от половины до одного оборота: крайнее левое положение (поз. 34, фиг. 6а), промежуточное положение (поз. 35, фин. 6б) и крайнее правое положение (поз. 36, фиг. 6в). На фиг. 6 (а, б, в) сплошной линией показана деформирующая часть диска инструмента, а пунктирной - профиль получаемой резьбы.

Диски устанавливаются на рабочую часть корпуса инструмента вдоль ее продольной оси так, чтобы продольная ось их базовой поверхности (поз. 29, фиг. 4 (б, д)) совпадала с осью базовой поверхности рабочей части корпуса, а недеформирующие торцы дисков (П₁ и П₂, фиг. 2в и фиг. 3в) были параллельны друг другу и находились на одинаковом расстоянии равным шагу Р резьбы. При этом диски могут быть повернуты один относительно другого вокруг оси инструмента.

Корпус инструмента выполнен с возможностью обеспечения соответствующего базирования основных дисков с регулированием угла их поворота друг относительно друга и передачи им крутящего момента. На фиг. 7 (а, б) показано взаимное угловое расположение на примере основных дисков, образованных из исходной цилиндрической поверхности с направляющей в виде n-гранной кривой, которое определяется угловым шагом δ (представлены угловые шаги δ₁ и δ₂ - второго и третьего от торца дисков относительно первого соответственно). Буквами е, f, g обозначены линии, проходящие через одноименные точки дисков, принятые для отсчета угловых шагов δ₁ и δ₂ (фиг. 7б). Настройка взаимного расположения дисков посредством их поворота друг относительно друга позволяет получить требуемое качество и степень упрочнения получаемой резьбы за счет регулирования амплитуды колебаний формообразующих поверхностей, и следовательно, изменять величину силы, возникающей при накатывании резьбы. За счет угла наклона ψ и угловых шагов δ между формообразующими профилями дисков образуются переменные шаги P_i отличные от постоянного шага расположения дисков Р (фиг. 8). На фиг. 8 проиллюстрировано такое угловое взаимное расположение дисков, при котором диск (поз. 37, фиг. 8) обрабатывает левую сторону профиля резьбы, диск (поз. 38, фиг. 8) занимает промежуточное положение во впадине, а диск (поз. 39, фиг. 8) обрабатывает правую сторону профиля резьбы.

При обработке внутренней резьбы размер резьбообразующей части инструмента выполняется меньше внутреннего диаметра формируемой резьбы при упрочняющей обработке предварительно подготовленной резьбы и должен быть меньше диаметра предварительно подготовленного отверстия для изготовления резьбы. В общем случае при обработке наружной и внутренней резьбы размер инструмента не совпадает с диаметром формируемой резьбы. При обработке внутренней резьбы инструмент помещается в предварительно подготовленное отверстие (гладкое или резьбовое) диаметром большим размера инструмента. При накатывании наружной резьбы (или деформировании предварительно подготовленной резьбы на стержне) необходимо выбирать стержень с диаметром, требуемым для изготовления резьбы принятой степени точности с учетом увеличения диаметра резьбы при накатывании из-за перераспределения материала в радиальном направлении. При изготовлении резьбы инструмент внедряется в материал заготовки с усилием, превышающим предел текучести, и материал перераспределяется в радиальном направлении, формируя профиль получаемой резьбы.

На фиг. 1 (а, б, в, г, д, е) показаны инструменты для планетарного накатывания резьбы с осевым колебанием формообразующих профилей, резьбообразующая часть которых представлена в виде нескольких основных дисков с постоянным шагом Р расположения дисков и углом наклона ψ, сформированных на основе формообразующих поверхностей представленных на фиг. 2 (а, б, в, г) и фиг. 3 (а, б, в, г). Шаг расположения дисков равен шагу формируемой резьбы или предварительно подготовленной для упрочнения резьбы. Количество дисков выбирается с учетом длины обрабатываемой резьбы определенного шага, заданной или требуемой точности резьбы и возникающей при обработке силы, связанной с углом контакта, применяемым инструментальным и обрабатываемым материалами и параметрами режима обработки. Продольная ось формообразующей поверхности совпадает с осью рабочей и хвостовой частей корпуса, а радиальный размер резьбообразующей части инструмента (размер инструмента) равен заданному максимальному размеру d основного диска в радиальном направлении.

На фиг. 9 (а, б) представлены конструкции инструментов с резьбообразующей частью, состоящей из одного основного диска с деформирующей частью, построенных на основе формообразующих поверхностей с круглой (фиг. 2 (а, б, в, г)) и n-гранной (фиг. 3 (а, б, в, г)) направляющими (фиг. 9а и фиг. 9б соответственно). В обоих случаях продольная ось формообразующей поверхности совпадает с осью рабочей и хвостовой частей корпуса, а радиальный размер резьбообразующей части инструмента (размер инструмента) равен заданному максимальному размеру d основного диска в радиальном направлении.

На фиг. 10 (а, б) представлен вариант инструмента с резьбообразующей частью, которая содержит, по меньшей мере, один основной диск и, по меньшей мере, один дополнительный диск с деформирующей формообразующей поверхностью, аналогичной поверхности основного диска, и с размером меньшим, чем у основного диска, при этом дополнительные диски расположены с одной или с другой стороны от основного диска. Дополнительные диски расположены с монотонным уменьшением их размера от основного диска в сторону к торцу резьбообразующей части или в сторону хвостовой части корпуса. Инструмент с различными размерами дисков в радиальном направлении может использоваться при планетарной обработке резьбы в труднообрабатываемых материалах, когда деформирование резьбы одним диском за один проход затруднительно, а применение дисков различного размера позволяет разделить припуск при обработке. Шаг расположения дисков равен шагу формируемой резьбы или предварительно подготовленной для упрочнения резьбы. В конструкции инструмента могут быть использованы диски, сформированные на основе формообразующих поверхностей, представленных на фиг. 2 (а, б, в, г) и фиг. 3 (а, б, в, г). Представлен пример инструмента с четырьмя дисками (поз. 40, 41 - дополнительные диски, поз. 42, 43 - основные диски, фиг. 10а), с увеличением размера дисков (d₁2

При изготовлении наружной или внутренней резьбы инструментом с одним основным диском, инструмент совершает вращательное движение вокруг своей оси, планетарное движение вокруг оси формируемой резьбы и перемещение вдоль оси резьбы на один шаг резьбы за планетарный оборот. Совершается столько планетарных оборотов инструмента, сколько витков резьбы необходимо изготовить. Может быть изготовлена резьба различного диаметра с различным шагом, установленным в пределах возможности работы формообразующего профиля диска.

При использовании инструмента с резьбообразующей частью, состоящей из нескольких основных дисков может быть изготовлена наружная или внутренняя резьба различного диаметра с шагом, равным шагу расположения дисков инструмента. В этом случае обработка является более производительной за счет обработки одновременно всех витков резьбы. В случае изготовления резьбы многодисковым инструментом используется следующая схема обработки: вращающийся инструмент вводится в предварительно изготовленное отверстие (гладкое или резьбовое) (в случае изготовления внутренней резьбы) или подводится к предварительно подготовленному стержню (гладкому или с предварительно изготовленной резьбой) (при обработке наружной резьбы) на всю длину получаемой резьбы, внедряется на глубину профиля резьбы и совершает планетарное движение вокруг оси формируемой резьбы и перемещение вдоль оси резьбы на один шаг резьбы за один планетарный оборот.

При использовании инструмента с разделением припуска (фиг. 10 (а, б)) для обработки наружной или внутренней резьбы используется следующая схема обработки: инструмент совершает вращательное движение вокруг своей оси, планетарное движение вокруг оси формируемой резьбы и перемещение вдоль оси резьбы на один шаг резьбы за планетарный оборот. Совершается столько планетарных оборотов инструмента, сколько витков резьбы необходимо изготовить. При этом последний основной диск имеет максимальный размер и является калибрующим. При перемещении инструмента вдоль оси резьбы следует учитывать расположение дополнительных дисков с меньшим размером. При обработке резьбы инструментом с различными размерами дисков происходит распределение снятия припуска. Дополнительным диском меньшего размера удаляется первоначальный припуск, большим следующая часть и т.д. (по размеру), пока последний основной диск не сформирует окончательные параметры резьбы.

Испытания однодискового инструмента с размером резьбообразующей части d=30 мм, при изготовлении внутренней резьбы М32×2 в предварительно изготовленном отверстии в заготовке из алюминиевого сплава АМг6БМ ГОСТ 21631-76 показали увеличение степени наклепа боковых сторон и впадины резьбы до 76% при глубине наклепа 0,09…0,12 мм. При изготовлении наружной резьбы М32×2 на прутке из алюминиевого сплава АМг6 ГОСТ 21488-97 степень наклепа увеличилась до 65% при глубине наклепа 0,08…0,11 мм. Разворот дисков с колебанием формообразующей поверхности друг относительно друга при варьировании угла разворота позволил уменьшить силу при пластическом деформировании внутренней резьбы М32×2 до 31%, а по сравнению с прямыми дисками (без колебаний формообразующей поверхности) сила уменьшилась до 35%.