Инструмент для накатки
Токарная накатка
В промышленном производстве получил распространение процесс обработки поверхностной деформации. Метод токарной накатки основан на пластических качествах металла. Это позволяет получать остаточную деформацию, не нарушая целостность материала. Этот способ дает возможность упростить обработку, снизить число отходов выдержать ГОСТ.
Процесс накатывания, виды и назначение
Формообразование при процедуре накатывания выполняют без получения стружки. Оно состоит в том, что инструмент (ролик, резец и т. д.) вдавливается в тело материала и за счет поверхностной деформации получают соответствующий профиль. Как видим накатка – это холодный способ обработки поверхностного слоя детали в процессе, которого формируется сетка, резьба, риски, насечек и другие шероховатости, не нарушая ГОСТ.
Это разрешает на поверхности ряда деталей (ручках, рукоятках, головках винтов) машин и аппаратов для удобства в эксплуатации иметь шероховатость в виде определенного рифленого узора. На данный момент практикуется два основных вида накатки токарной:
Первый вариант применяют в формообразовании зубьев на колесах и валах, резьбы на изделиях, нанесении шкалы на приборах. Упрочняющее накатывание поверхности материала используют для увеличения прочности и износостойкости. В ходе накатки токарной на поверхности поделки образуется наклеп, способствующий повышению эксплуатационных свойств материала, и выдерживается гост. Таким способом выполняют пластическую деформацию валов, втулок, осей и других изделий.
Процедура токарной накатки выполняется быстро, а с учетом полученных дополнительных свойств изготовление таких деталей при серийном производстве становится экономически выгодным. Способ токарной накатки применяют для поделок в связи с повышением требований к рабочим характеристикам техники: прочности, высокой производительности, быстроходности, точности и прочих качеств. Данный метод применяют только на поделках с заранее подготовленной поверхностью.
Виды накатных роликов для рифления
Упрочнение поверхностного слоя требуется для повышения эксплуатационных характеристик деталей, как требует гост. После токарной накатки они менее чувствительны к разрушению от усталости, повышается износостойкость и антикоррозийные способности, удаляются микротрещины и риски. Заготовка приобретает нужные размеры и формы. Для выполнения такой работы применяют чаще всего токарные станки.
Инструменты и монтаж на станках
Стружка при этом процессе не образуется, т. к. канавка продавливается специальным инструментом. Для токарной накатки применяются следующие приспособления:
- разнообразные ролики;
- зубчатые накатники;
- универсальные накатники;
- стандартные шарики
- накатывание резьбы и другие инструменты;
Составляющими первого приспособления являются накатной ролик и державка. С помощью такого средства выполняют разные по узору формы рифлений на деталях. Державка со вставленным в нее роликом, так выглядит это приспособление. Эта снасть бывает двусторонней и односторонней, все зависит от выполняемых рифлений. Прямой узор делают однороликовым приспособлением.
А вот сетчатую форму можно получить, используя двусторонний аппарат. Накатные токарные ролики делают из инструментальных марок стали, имеющих соответствующий гост. Рисунок рифлений на них выполняется на фрезерном станке. Зубчатые накатники токарные один из самых распространенных вариантов нарезки цилиндрической шестерни, можно сделать своими руками. Используя такие приспособления за один проход можно получить нужное изделие.
Универсальная накатка для токарного станка – этой снастью можно выполнять нарезку резьбы, насечки, риски и другие операции на заготовках цилиндрической и конической формы. Своими руками ее также можно сделать из стали или латуни. Самодельная державка делается из шестигранника. Резьбы по способу накатывания получают холодным деформированием верхнего слоя заготовки с помощью плоских плашек, резьбовых сегментов и других средств.
Применяя метод холодной токарной накатки, получают резьбы на поделке из мягкого сплава, канавки и малые зубья. Обработка большого числа деталей для нарезания резьбы, при котором используется резец, не дает преимуществ. Это объясняется тем, сменные пластины изготовлены с ограниченной глубиной. Для получения нужного результата резец должен выполнить несколько проходов, как этого требует ГОСТ.
Перед началом работы поделку очищают металлической щеткой, а в ходе обработки систематически смазывают машинным маслом. Самодельная и заводская державка устанавливается в том месте, где крепится резец, вылет при этом должен быть минимальным. Порядок работы заключается в том, что накатник подводится вплотную к заготовке ручной или автоматической подачей роликами вдавливается в обрабатываемую плоскость на определенную глубину.
Скорость обработки зависит от того какой используется резец и материал заготовки.
Видео-инструкция по изготовлению приспособления для накатки на токарном станке своими руками
Особенности обработки металла методом накатывания на токарном станке
Накатывание представляет собой обработку металла методом пластической деформации.
При этом целостность материала не нарушается. В процессе работы не образуется стружка.
Цели и назначение
Накатывание — холодный способ обработки изделий. Под воздействием инструмента на поверхности получается различный узор — сеточка, рифление, риски, насечки. Особых требований к подготовке поверхности нет. Деталь обтачивают до нужного диаметра, после накатывают рифление.
- Повышение эксплуатационных свойств.
- Удаление трещин и других дефектов.
- Повышение устойчивости к коррозии.
- Усовершенствование рабочих характеристик изделий.
Для некоторых деталей накатка необходима из-за их эксплуатационных особенностей. Рифление делают на головках винтов, рукоятках. Для удобства пользования накатывание делают ручке на станках и других механизмах.
Виды накатывания
В металлообработке применяется два вида накатки. Но смысл процесса не меняется.
Формообразующая
Применяется для формирования зубьев и резьбы на цилиндрических деталях, а также для нанесения шкалы при производстве измерительных приборов. На некоторых производствах данный способ называют зубонакаткой.
Упрочняющая
Применяется для повышения износостойкости и прочности изделия. При накатывании на поверхности детали образуется наклеп, благодаря которому повышаются эксплуатационные качества. Используется при изготовлении втулок, валов, шестеренок и других деталей.
Какие инструменты необходимы?
Приспособления изготовлены преимущественно из инструментальной стали. Инструмент состоит из держави, к которой крепятся ролики. В зависимости от размера зубцов на ролике получается мелкий, средний и крупный узор.
Накатные ролики
Применяются для получения рифленой поверхности на детали. Ролик крепится к державке, которая вставляется в резцедержатель. Ролики бывают односторонними и двусторонними. Для получения прямого узора используется один ролик. Если нужно сетчатое рифление, применяется двусторонний инструмент с противоположным направлением узора.
Зубчатые
Используются для формирования зубьев на цилиндрических деталях. инструмент в большинстве случаев обеспечивает нужные параметры поверхности за один проход.
Универсальные
Применяются для формирования рифлений на ручках, винтах, а также образования рисок и насечек на цилиндрических изделиях.
Стандартные шарики
Изготовлены преимущественно из твердых сплавов, либо из закаленной стали. Шариковые накатки дополнительно оснащены пружиной, которая обеспечивает равномерный нажим на деталь. Отрегулировать силу давления шарика на поверхность можно при помощи специального винта. Применяются шарики для обработки не жестких деталей.
Накатывание резьбы
Производится путем выдавливания металла из заготовки. В качестве инструмента используются специальные накатные ролики. Их профиль и шаг соответствует будущей резьбе. Ролики закрепляют в пиноль задней бабки, либо держат за рукоятки вручную, как при работе с плашками.
Как происходит сам процесс?
Выполнять накатывание можно на любом токарном станке с мощным резцедержателем. Данный вид оборудования обеспечивает быстрый и максимально точный перенос нужного узора на деталь.
Подготовительные работы
Подготовка начинается непосредственно с установки накатки в резцедержатель. Сам процесс аналогичен креплению резца — державка полностью фиксируется болтами, вылет рабочей части минимальный. Перед началом работы ролики чистят специальной щеткой. Это необходимо для удаления металлической пыли.
Под накатку не нужно оставлять припуск. Размер и форма детали после рифления не меняется.
Непосредственно накатка
Деталь крепится в трехкулачковый патрон. Ролик располагается параллельно обрабатываемой поверхности. Оптимальная частота вращения шпинделя — от 40 до 100 об/мин.
На ручной поперечной подаче инструмент подводится к заготовке, слегка ее касаясь. Далее, накатка вдавливается в поверхность детали на 0,5-0,8 мм (отмечать нужно на лимбе поперечной подачи). После выполняется продольная подача инструмента на скорости 1-2 мм/об. Подавать ролик можно автоматически или вручную.
Когда инструмент пройдет заданную длину, необходимо снова углубиться на 0,5-0,8 мм, и включить продольную подачу в обратном направлении. Предварительно нужно убедиться, что зубчики инструмента попадают в уже сделанные насечки.
Количество подходов зависит от обрабатываемого материала. В большинстве случаев необходимо прогнать ролик 4-7 раз. Иногда нужный узор получается с первого или второго раза.
Заключительные доработки и проверка
Проверить правильность и качество накатки можно только на глаз. Если рифление получилось равномерное, без дефектов — деталь можно снимать.
Техника безопасности
Во избежание травматизма необходимо прочно закреплять накатку в резцедержателе. При сильном надавливании инструмента не жесткие детали могут отжиматься. Для таких изделий лучше применять больше проходов. По краям изделия должны быть фаски достаточного размера, чтобы не оставались заусенцы.
Накатывание применяется для формирования рифленой поверхности на детали. Операция выполняется на токарном станке с минимальными затратами времени, поэтому данный метод целесообразно применять в серийном производстве. Шаг накатки выбирается в зависимости от материала, размера, и назначения изделий.
Накатки
Накатка для токарного станка 2-х сторонняя,GARVIN
Накатка 2-х сторонняя
Размер державки 12х12х127 мм
Диаметр роликов 19х6,35х6,35 мм
Ролики-насечка прямая,шаг 1,5 мм
Общая длина,между осями роликов-110 мм
Накатка для токарного станка с одним роликом
Накатка с одним роликом
Размер державки 16×16 мм
Диаметр ролика 20 (диа.)х 8 ( ширина) х 6 (диа.отв.)мм
Ролик-насечка прямая,шаг 1,0 мм
Общая длина-120 мм
Накатка для токарного станка с одним роликом,набор,GARVIN
Накатка с одним роликом,набор (+6 роликов)
3-прямая насечка,шаг:1,7/1,1/0,6 мм
2- насечка (diamond) с разным шагом:1,8/1,2/0,7 мм
Размер державки 10×10 мм
Диаметр ролика 16 (диа.)х 4 ( ширина) х 4 (диа.отв.)мм
Ролик-насечка прямая,шаг 1,3 мм
Общая длина-100 мм
Накатка для токарного станка с осью вращения
Накатка с осью вращения
Размер державки 12х12х138 мм (общая длина)
Диаметр роликов 20 (диа.)х8 (ширина)х6,35 (диа.отв.) мм
Накатка для токарного станка,»V»- тип,GARVIN
Накатка с державкой 10 мм
Шаг накатки-1,2 мм
Габаритные размеры роликов 19х9,52х6,35 мм
Диаметр накатки-5-20 мм
Накатка для токарного станка,прижимного типа, GARVIN
Накатка с державкой 10 мм
Диаметр роликов 19 мм
Габаритные размеры 19х9,52х6,35 мм
Диаметр накатки-3-25 мм
Ролик накаточный,сменный насечка «CROSS»,HSS,GARVIN,19×6 мм
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Ролик накаточный,сменный насечка «DIAMOND»,HSS,GARVIN,19×6 мм
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Ролик накаточный,сменный насечка «DIAMOND»,HSS,GARVIN,19×9 мм
Сменный,накаточный ролик
19х9,52х6,35 мм
Насечка diamond (DIAMOND MEDIUM)
Материал-бысторежущая сталь
Шаг накатки 1,3 мм
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Ролик накаточный,сменный насечка «КРЕСТОВАЯ»,HSS,GARVIN,19×9 мм
Сменный,накаточный ролик
19х9,52х6,35 мм
Насечка крестовая (CROSS MEDIUM)
Материал-бысторежущая сталь
Шаг накатки 1,3 мм
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Ролик накаточный,сменный насечка «ЛЕВАЯ»,HSS,GARVIN,19×6 мм
Сменный,накаточный ролик
19х6х6 мм
Насечка левая (LEFT)
Материал-бысторежущая сталь
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Ролик накаточный,сменный насечка «ЛЕВАЯ»,HSS,GARVIN,19×9 мм
Сменный,накаточный ролик
19х9,52х6,35 мм
Насечка левая (LEFT MEDIUM)
Материал-бысторежущая сталь
Шаг накатки 1,3 мм
Продаются по-штучно (цена за шт.)
Инструмент для накатки
Резьбовые элементы применяются как для фиксации различных деталей, так и для винтовых передач, упорных элементов, соединения нефтепроводов и санитарно-технической арматуры. По расположению бывает наружной и внутренней, по виду образующей поверхности конической и цилиндрической, по назначению ходовой, крепежной, уплотнительной, упорной.
В зависимости от стандарта параметры измеряются миллиметрами (метрическая), дюймами (дюймовая), модулями (модульная). Последняя используется для червячной передачи. Каждый тип резьбы должен отвечать действующим стандартам и отраслевым нормативным положениям. Резьба может изготавливаться выдавливанием, прессованием, абразивными инструментами, литьем, накаткой и нарезкой. В этой статье рассмотрим два последних метода.
Виды, профиль и назначение резьбовых соединений
Общая классификация выполняется по следующим признакам.
По расположению витков – внешние и внутренние.
По специальному назначению – крепежные, упорные и ходовые.
По профилю поверхности – конические и цилиндрические.
По направлению витков – правые и левые.
По числу витков – одно- и многовитковые.
По форме – трапецеидальные, круглые, прямоугольные, треугольные.
Резьбовые соединения определяются несколькими параметрами: наружный, внутренний и средний диаметр, шаг и угол профиля. В зависимости от вида и выдерживаемых нагрузок резьбы могут быть соединительными, ходовыми, нагруженными, герметичными, используются при создании различных трубопроводов, оборудования и механизмов.
Технология нарезания резьбы
Для изготовления резьбы используются специальные инструменты и приспособления. Резьбы могут нарезаться:
Специальными резцами и гребенками. Инструмент уславливается на токарных станках, может нарезаться как внутренняя, так и наружная резьба.
Плашками. Нарезается только наружная резьба, используются как для ручного метода, так и для механического.
Метчиками. Только для внутренней резьбы, универсального применения.
Максимальная сила действует на кромку резца при входе и выходе из режима резания, критические нагрузки могут становиться причиной смещения.Tan λ = P *ns π × d2 – формула определения фактического угла наклона плоскости витков. От значений этого параметра зависят технические характеристики соединения.
Определение конкретного метода нарезки резьбы выполняется после анализа следующих факторов:
Параметры детали. Учитываются параметры резьбы, величина партии, марка стали заготовки. Анализируются требования по качеству: наружная или внутренняя, шаг, число заходов и поля допусков. По стали принимается во внимание обрабатываемость, твердость, стружкодробление и физические характеристики сплава.
Выбор инструмента и оборудования. Резцы могут быть полного профиля, многозубыми или V-профиля. Станок ручным, полуавтоматическим или автоматическим. Станки имеют индивидуальные характеристики по жесткости фиксации элементов, виду шпинделя, методу подводки заготовки, вылету инструмента, мощности и т. д.
Способ нарезания. Рассчитываются оптимальные режимы резания с учетом вышеперечисленных факторов. Значения зависят от качества резьбы, стойкости инструмента, износа рабочих пластин, контроля стружкообразования. Врезание может быть односторонним боковым, радиальным или двухсторонним боковым. От типа зависит направление и величина нагрузок на заготовки.
При выборе метчика и плашки принимается во внимание передний и задний угол, угол и длина режущей части, угол спиральной подточки, шаг, диаметр, усилия выхода стружки. Во время нарезания резьбы обязательно контролируется глубина (t), скорость резания (V) и скорость подачи (S).
Технология накатки резьбы
Резьба формируется в результате пластических деформаций металла. Инструмент с большим усилием вдавливается в тело заготовки, сталь выдавливается во впадины.
Для накатывания применяются следующие инструменты и приспособления:
Ролики. Могут использоваться два или три приспособления, имеют осевую, радиальную или тангенциальную подачу.
Резьбонакатные головки. Сложное по конструкции, но высокопроизводительное оборудование. Ограничение – длина резьбы не может превышать ширину роликов головки.
Плоские плашки. Самое простое в изготовлении оборудование, длина резьбы не ограничивается. Применяются для создания метизов диfметром от 25 мм.
Ролик-сегмент. Довольно сложные приспособления, позволяют получать соединения и высокой точностью параметров.
Безстружечные метчики. Применяются редко из-за недостаточных параметров по качеству поверхности резьбы.
С точки зрения металлообработки, прокатка резьбы считается одним из способов холодной ковки – заготовка попадает между штампами. Пластическая деформация имеет прямую зависимость от максимального процента удлинения (пластичности) и текучести металла. Накатывать резьбу можно лишь на заготовках из сплавов с коэффициентом удлинения ≥ 12%. Еще один фактор, оказывающий влияние на возможность накатывания резьбы – твердость. Значение зависит от микроструктуры материала.
Используемые для накатки приспособления
Изготавливаются из легированных сталей, проходят дополнительную термическую обработку. Штамп прижимается к цилиндрическим заготовкам, диаметр заготовки равняется среднему диаметру резьбы. Витки однородные, процесс выполняется при комнатной температуре. Штампы могут быть:
Плоскими (поршневыми). Одна статическая, вторая подвижная, нить покатывается между профилями.
Роторно-планетарными. Состоят из вращающегося круглого штампа, заготовка подается в инструмент и вращается с одновременным смещением в осевом направлении. Неподвижные вогнутые сегменты матрицы размещены снаружи вращающегося штампа.
Цилиндрическими. Деталь вращается между двумя цилиндрическими штампами. Это самый быстрый метод накатывания резьбы, инструменты требуют минимальной регулировки, что уменьшает простои оборудования.
Во время прокатки меняется структура сплавов. Параметры резьбы рассчитываются по формуле N= C-0.5H/πA .
N – число оборотов заготовки;
C – длина рабочей матрицы штампа;
H – длина резьбой части неподвижной матрицы;
A – диаметр заготовки.
Отдельно можно подсчитать объем сохраненного металла.
Главные отличия технологий
Как видно из приведенной информации, не все типы резьбовых соединений можно создавать накатыванием. Кроме того, резьбонакатка и резьбонарезка имеют значительные отличия по экономическим показателям.
Производительность. По этой характеристике резьбонакатка превосходит резьбонарезку. Процесс накатки легче полностью автоматизировать, крепеж изготавливается без влияния человеческого фактора.
Экономическое обоснование. Сложность изготовления и дороговизна приспособлений окупается только в случае больших объемов производства. Еще один плюс – накатка позволяет экономить до 30% металла, что в настоящее время очень важный фактор.
Качество. Однородность и гладкость накатанной резьбы намного выше, чем нарезной.
Технологичность. При накатывании необходимое качество получается с первого прохода, дополнительные операции по доводке не требуются.
На решение о выборе метода изготовления резьбы оказывает влияние и материал заготовок. Надо иметь в виду, что стали, из которых хорошо катается резьба, очень плохо подходят для ее нарезания и наоборот.
Во время прокатки меняется структура металла, что приводит к увеличению значений усталостной прочности (на 50–75%, износостойкости, возрастает предел текучести и прочность на растяжение. Именно по прочности на растяжение рассчитываются нагруженные болтовые соединения.
В среднем для нарезания качественной резьбы требуется десять проходов, накатка делается за один цикл. Кроме того, в 8–9 раз возрастает скорость подачи заготовки, а это влияет на производительность станков.
Еще одно отличие – диаметры заготовок. Прокатка может выполняться на заготовках с небольшим диаметром. Для нарезки минимальный диаметр не менее 15 мм, при меньших значениях значительно ухудшается качество. Что касается больших диаметров, то нарезать можно любые размеры. А с накатыванием существуют ограничения по максимальному диаметру, причина – очень высокая сложность и дороговизна изготовления штампов.
Ответы на распространенные предубеждения
Болты с накатанной резьбой имеют ограничения по использованию. Абсолютное большинство механизмов и конструкций может монтироваться болтовыми соединениями с накатанной резьбой. Исключение – единичные механизмы и оборудование специального назначения, но для них специально накатывать резьбу и так экономически невыгодно.
Меньший диаметр тела болта с накатанной резьбой оказывает негативное влияние на прочность соединения. Самая слабая часть болта – участок с резьбой. По его диаметру выполняются инженерные расчеты. Поскольку в этих местах линейные параметры нарезанной и накатанной резьбы одинаковы, то ни о каком уменьшении не может быть речи. Наоборот, в процессе накатки существенно улучшаются эксплуатационные свойства металла, что делает резьбу устойчивее ко всем нагрузкам, в том числе в условиях повышенных температур при воздействии динамических разнонаправленных усилий.
Гладкие поверхности накатанной резьбы становятся причиной самопроизвольного ослабления соединения. На самом деле все наоборот, чем поверхности ровнее – тем надежнее затягивание. Дело в том, что при закручивании гладкой резьбы расстояние между поверхностями настолько уменьшается, что фиксация положения выполняется за счет молекулярных сил притяжения. Одновременно уменьшается износ поверхностей, даже после многократного закручивания/откручивания шатания, в отличие от резьбы нарезкой, в катанных болтовых соединениях не появляются.
Заключение
Имея минимальные технические знания можно сопоставлять реальные преимущества и недостатки накатанной резьбы перед нарезной.
Высокая производительность оборудования. Это очень положительно влияет на себестоимость продукции, уменьшает время окупаемости приспособлений и штампов, увеличивает чистую прибыль. Кроме того, в условиях жесткой конкуренции предприятия имеют возможность спокойно существовать за счет возможности регулирования отпускной цены продукции.
Меньшая масса болта, минимизация количества непродуктивных отходов. Еще один плюс – уменьшенная площадь поверхности метиза сокращает потери на мероприятия по антикоррозионной защите, транспортировке больших партий и т. д.
Процесс прокатки повышает прочность резьбы и улучшает показатели гладкости. Мягкое деформационное воздействие уменьшает общую нагрузку на металл. Во время точения она может достигать высоких значений и негативно влиять на прочность тела болта.
Ограничения по максимальному и минимальному диаметру заготовки.
Проблемы с изготовлением специальных приспособлений и оборудования.
Относительно быстрый износ острых торцевых фасок. Возможно выкрашивание рабочей области при неправильно подобранной марке стали. Явления имеют негативные последствия, в некоторых случаях необходима остановка производства для замены оборудования.
С инженерной точки зрения технические параметры накатанной резьбы намного превосходят нарезанную. Но на окончательный выбор влияют не только технологические расчеты, но и экономическая целесообразность. Надо знать максимальное количество производственных факторов и лишь после их внимательного анализа принимать окончательное решение.
