Все фотографии предоставлены LMT India Pvt Ltd

Все фотографии предоставлены LMT India Pvt Ltd

При работе на большинстве станков с ЧПУ наилучшим вариантом создания высококачественной наружной резьбы за один проход является метод накатывания, исключающий образование стружки.

На протяжении десятилетий накатывание резьбы производилось на многошпиндельных, токарно-винторезных и специализированных резьбонакатных станках. Новым направлением является накатывание резьбы на станках, не специализированных под производство определенных деталей/операций. Он дает определенные преимущества при использовании на станках с ЧПУ, поскольку такой метод исключает дорогостоящие многократные проходы, обязательные при нарезании резьбы резцом. Накатывание резьбы за один проход экономит до 90% времени!

Современные станки с ЧПУ универсальны и отличаются оперативностью переналадки, отвечая требованиям производства «точно в срок». Еще более важным преимуществом станков с ЧПУ является быстрота и эффективность, с которой они обрабатывают детали. Смена инструментов на них происходит быстрее, а операции по наладке можно выполнять во время работы станка.

Так же как использование станка с ЧПУ, нарезание резьбы резцом является универсальным методом. Современный процесс нарезания резьбы в основном происходит с применением инструментов со сменными пластинами и является частью процесса высокоскоростной программируемой обработки. Обрабатываемая деталь, как правило, проходит через стандартные циклы программы и множество разнообразных механизмов станка. Этот способ может быть очень экономичным при изготовлении небольшого количества деталей.

Однако при обработке большого количества деталей нарезание резьбы резцом дает меньше преимуществ. Это обусловлено тем, что для увеличения срока эффективной работы инструмента сменные пластины производятся с ограниченной глубиной резания, и для достижения требуемой глубины резьбы необходимо несколько проходов. Это замедляет процесс производства. Дополнительные проходы также могут потребоваться для снятия заусенцев с резьбы. Несмотря на то, что ЧПУ сокращает общее время обработки за счет повышения эффективности нерабочего хода, эта экономия сводится на нет временем, необходимым на дополнительную обработку. С другой стороны, при накатывании резьбы за один проход сокращается дорогостоящее время работы станка с ЧПУ. Кроме того, использование резьбонакатной головки на станке ЧПУ позволяет обрабатывать детали с одного установа, исключая тем самым необходимость в дополнительной обработке на специальном резьбонакатном станке.

Бесстружечная холодная формовка

Технические преимущества

В дополнение к тому, что метод накатки резьбы позволяет выполнять больший объем работ за меньшее время на одном станке, он также имеет целый ряд технических преимуществ перед методом нарезания. Вместо резания материала в процессе накатки формируется необходимый профиль. В ходе этого процесса обрабатываемый материал испытывает напряжение, превышающее его предел текучести, и подвергается пластической, а значит, постоянной деформации. Усиленный накатный ролик, изготовленный из инструментальной или быстрорежущей стали, смещает материал по контуру резьбы, подвергая его пластической деформации и придавая ему окончательную форму. На материал заготовки действует напряжение, превышающее его предел текучести, вследствие чего он деформируется, принимая зеркально отраженную форму накатного ролика (см. рисунок).Thread-Rolling-on-CNC-LMT-Tools-1

  • Увеличение прочности

Линии зерен подвергшегося накатке материала непрерывны в отличие от линий при нарезании: они спрессованы и направлены перпендикулярно осевой линии заготовки, что увеличивает прочность резьбы на 10-30% по сравнению с процессом нарезания. Это важно при воздействии на резьбу растягивающего усилия, направленного вдоль осевой линии заготовки. Такое увеличение прочности дает наибольшие преимущества при обработке цилиндров, штоков поршней, рулевых тяг и т.п.

  • Чистота поверхности

Сжатие материала во время операции накатки приводит к деформационному упрочнению поверхности резьбы, особенно на впадинах и боковых сторонах ее профиля, что приводит к повышению ее износостойкости. Сжатие материала накатным роликом дает более точный профиль с более высоким качеством обработки, чем можно достичь при помощи шлифовки. При резании материала получается более грубая поверхность, чем при сжатии, когда поверхность приобретает большую гладкость и прочность, а значит, повышенную стойкость к износу, коррозии и истиранию. Данное качество особенно важно для штоков клапанов и других деталей, подверженных воздействию агрессивной, коррозионно-активной среды. Гладкая поверхность резьбы также необходима для гаек, которые должны обеспечивать свободное движение на большие расстояния в загрязненной атмосфере.

  • Повышенная износостойкость

Накатанная резьба также на 70% больше устойчива к усталости металла, чем нарезанная. Благодаря тому, что процесс накатывания проходит без образования стружки, на профиле не образуются шероховатости, следы вибрации и острые точки выхода, наиболее подверженные напряжению. При накатке обеспечивается гладкая, начисто обработанная поверхность резьбы, с минимальными неровностями в местах концентрации напряжений, что предотвращает образование усталостных дефектов. Это особенно важно в месте сбега и на участках неполной или неиспользуемой резьбы. Резьба особенно подвержена усталости на конце, в месте концентрации нагрузки. Детали, постоянно находящиеся под действием нагрузки, выигрывают от метода накатки, поскольку он обеспечивает округлую форму сбега резьбы, гладкость и повышенную прочность.

  • Точность профиля

При накатывании качество резьбы более постоянно, чем в случае нарезания резцом. Даже при самой лучшей шлифовке контакт резца с материалом приводит к его износу. Чем длиннее резьба, тем больше отклоняющее напряжение и вибрация, сокращающие срок службы инструмента. Однако накатные ролики также претерпевают изменения в процессе эксплуатации, в частности, в плане размеров. С каждым оборотом действующее на ролик напряжение возрастает. Это напряжение концентрируется в точке наибольшей усталости материала, в результате чего от гребня, который активнее всего задействован в процессе, откалываются небольшие частицы. До этого момента форма профиля сохраняется неизменной. На протяжении срока своей службы (обычно десятки тысяч обработанных деталей) накатные ролики не требуют практически никакой корректировки.

Экономические преимущества

  • Экономия материала

Поскольку при накатывании материал скорее смещается, чем удаляется, это позволяет экономить на инструментах по сравнению с нарезанием. Если в процессе нарезания заготовка уменьшается, то при накатывании ее диаметр увеличивается до наружного диаметра резьбы. Поэтому диаметр круглой заготовки при накатке отличается от диаметра при нарезании, где он совпадает с наружным диаметром резьбы, но при этом является ее средним диаметром. При большом количестве обрабатываемых заготовок это означает значительную экономию материала, в особенности, если при достижении среднего диаметра резьба уже готова к использованию. Кроме того, накатывание позволяет избежать многих трудностей, связанных с образованием стружки при работе с такими материалами, как нержавеющая сталь 304, Инконель и титан.

  • Чрезвычайно малое время обработки

Скорость накатывания резьбы варьируется от 20 до 90 м/мин и значительно превышает скорость нарезания. При нарезании резьбы гребенкой скорость редко превышает 10 м/мин.  Поэтому в процессе накатки чистое время обработки никогда не является решающим фактором.

Пример:

Время нарезания резьбы M16, 19 мм на одной шейке вала из литой стали составляет 4,8 секунды. При этом время накатывания данной резьбы составляет лишь 0,8 секунды с использованием аксиальной (осевой) резьбонакатной головки, и 0,2 секунды – с использованием радиальной головки.

  • Длительный срок службы инструментов

Использование для накатывания резьбы роликов и головок LMT FETTE с длительным сроком службы гарантирует максимальное снижение затрат на инструмент. Примеры приведены в таблице:

Резьба Длина резьбы Материал Система Срок службы одного комплекта роликов
M5 x 0,8 15 мм AISI 1117 Осевая 120 000 заготовок
Tr.30 x 6 600 мм AISI 1020 Осевая 35 000 заготовок
M16 x 1,5 22 мм AISI 5140 Осевая 30 000 заготовок
M20 x 1,5 16 мм AISI 1213 Радиальная 250 000 заготовок
  • Полное использование возможностей станка

Разработанные LMT FETTE резьбонакатные головки представляют собой компактные устройства, которые для правильной работы должны испытывать вращательное движение. Удовлетворить эти требования способен обычный токарный станок. Тем не менее, данные головки можно также использовать на токарно-револьверных станках, токарных автоматах и токарных станках с ЧПУ для накатывания резьбы на любых подходящих для этих станков заготовках при минимальных временных затратах.

Форма резьбы

Метод накатки применим как ко многим стандартным, так и особым типам резьбы. Помимо стандартных профилей 60°, этим методом изготавливается параллельная и коническая треугольная резьба, трапецеидальная резьба ACME, круговая и в некоторых случаях трапецеидальная трубная резьба. Однако необходимо заметить, что если угол профиля резьбы больше 10°, практически любая резьба, имеющая особую форму, может накатываться от 1,4 мм примерно до 230 мм. При этом в зависимости от назначения можно уменьшать диаметр труб, обжимать их концы, выполнять кольцевые профили, ставить фирменные знаки, символы и номера.

Материал заготовки

Накатывание резьбы можно производить практически на любой заготовке, удовлетворяющей определенным физическим параметрам. Это может быть конструкционная сталь, цементируемая сталь, нержавеющая сталь, улучшаемая сталь, алюминий и сплавы никеля, такие как Инконель 718.

Возможность накатывания резьбы определяется тремя основными параметрами:

  • Коэффициент удлинения

Поскольку под давлением материал деформируется, коэффициент его удлинения должен быть минимум 5-7%. Материалы, имеющие меньший коэффициент удлинения, такие как чугун, чистая бронза, твердые латунные сплавы и другие упрочненные материалы, слишком хрупки для накатки.

  • Твердость и предел прочности

В общем случае твердость не должна превышать R40, а предел прочности материала должен быть не более 1700 Н/мм2. Имеет значение и химический состав. Для обеспечения нормальной обработки материал заготовки не должен содержать более 1% свинцовых добавок. Кроме того, возможность накатывания резьбы на материале зависит от типа профиля и количества вытесняемого материала.

Материал заготовки определяет выбор резьбонакатной головки и роликов, типа обработки поверхности ролика и системы накатывания резьбы. Существует три основные системы: осевая, тангенциальная и радиальная.

Осевая

Осевая система предусматривает процесс обработки от переднего конца детали вдоль осевой линии – см. рисунок 6.  Если в других системах накатки длина резьбы ограничена шириной роликов, то осевая не предполагает никаких ограничений. Профиль резьбы на осевых роликах представляет собой ряд кольцевых канавок, выполненных с шагом накатываемой резьбы. Ролики расположены в головке под углом, примерно соответствующим углу подъема резьбы, и совершают поступательное движение, в результате чего заготовка движется самостоятельно.

Если первое кольцо осевого ролика имеет полный профиль, основную работу выполняет именно оно. Поэтому, как в случае с метчиком, ролики оснащаются заборной частью для захвата заготовки и обеспечения длительного срока службы. Наличие большего числа колец на заборной части ролика способствует повышению стойкости инструмента при большей длине профиля.lmw_Axial_Rollkopf_EVOline

Для накатывания резьбы ближе к буртику можно уменьшить размеры заборной части, однако это сократит срок службы роликов. Наименьшее расстояние между резьбой и буртиком составляет примерно 1,5 шага резьбы. Если резьба должна находиться еще ближе, лучше воспользоваться тангенциальной или радиальной системой накатки.

Хотя осевая система и не позволяет накатывать резьбу так близко к буртику, как две другие, она обеспечивает уникальную возможность обработки больших диаметров. Поскольку осевые ролики за один цикл могут накатывать только одну резьбу, их устройство проще. Это позволяет обрабатывать больший диапазон диаметров. В настоящее время осевые системы FETTE способны накатывать резьбу диаметром до 230 мм.

Тангенциальная

В тангенциальной системе один ролик расположен сверху, а другой – снизу заготовки. Подача роликов осуществляется сбоку (ось X), их давление увеличивается с каждым оборотом заготовки. При совпадении оси роликов с осью заготовки для завершения процесса обычно требуется от 15 до 30 оборотов, см. рис. 7. Ни заготовка, ни ролики не движутся по оси. Таким образом, длина накатываемой резьбы зависит от ширины роликов.

Все фотографии предоставлены LMT India Pvt Ltd

Все фотографии предоставлены LMT India Pvt Ltd

В тангенциальной системе используется ролик с винтовой нарезкой, установленный на шпинделе неподвижной головки. Угол подъема резьбы, нанесенной на ролики, соответствует углу подъема накатываемой резьбы, другими словами, форма роликов представляет собой зеркальное отражение резьбы. Таким образом, ролик с левой резьбой  используется для накатывания левой резьбы, а правый – для правой. При этом на каждую головку можно устанавливать оба типа ролика.

На обоих концах ролики имеют скошенную кромку, что способствует продлению срока их службы. Длина скоса соответствует сбегу резьбы, или участку неиспользуемой или неполной резьбы до буртика, что составляет примерно от ½  до 1 шага резьбы. Поэтому резьба может быть максимально приближена к буртику.

Тангенциальную систему можно устанавливать на поперечном суппорте токарно-винторезных станов, токарных автоматов и токарных станков с ЧПУ.

Время обработки

Все системы обеспечивают накатывание резьбы за ОДИН проход, что исключает затраты на дополнительные проходы, неизбежные при нарезании резьбы резцом, и сокращает время обработки на 90%.

Поскольку только осевая система предусматривает обработку одной резьбы за один цикл, время обработки в этом случае определяется длиной резьбы. В качестве примера рассчитаем время накатывания резьбы М20 х 1,5 длиной 40 мм. При использовании осевой системы время накатывания будет следующим:1

Экономия времени обработки, которую дает метод накатки по сравнению с нарезанием резьбы, полностью оправдывает вложения в резьбонакатную систему.

Затраты на инструмент, время обработки, количество деталей за смену

Поскольку цикл накатывания резьбы занимает очень мало времени, это положительно сказывается на общем времени обработки и коэффициенте использования станка. Более того, использование метода накатки позволяет снизить затраты на инструмент и сократить непроизводительное время. Срок службы роликов в большинстве случаев достаточно велик, что гарантирует меньшее время простоя. Применение метода накатки также значительно увеличивает количество обрабатываемых за смену деталей по сравнению с методом нарезания резьбы.

Характеристики станка

Так как накатывание резьбы происходит за один проход, этот процесс требует большей мощности, чем при нарезании. Однако эти требования к мощности, как правило, вполне удовлетворяются современными станками.

При накатке резьбы происходит выделение невероятно большого количества тепла за короткое время. Поскольку в процессе обработки давлением поверхность резьбы постоянно меняется, это тепло свободно рассеивается в воздухе вокруг вращающейся заготовки или резьбонакатной головки – отсюда термин «холодная формовка».  Использование водоэмульсионной СОЖ также помогает рассеивать тепло, продлевая срок службы ролика.

Резьбонакатные головки и ролики FETTE можно использовать практически на любых станках, включая токарные автоматы с ЧПУ, обычные токарно-винторезные станки, роторные автоматические линии и обрабатывающие центры.

При правильном расположении головки и заготовки процесс накатывания не имеет практически никаких ограничений. Однако из-за того что современные станки с ЧПУ имеют небольшие размеры, при выборе следует обращать внимание на зазор резьбонакатной головки.

Первоначальная стоимость

Для потенциальных покупателей первоначальная стоимость резьбонакатной системы может стать серьезным препятствием, так как она значительно превышает стоимость системы нарезания резьбы.

Однако при более высокой первоначальной стоимости описанных резьбонакатных систем они имеют более низкую долгосрочную стоимость благодаря долговечности инструмента и существенному сокращению времени обработки. И хотя экономия при покупке может быть более ощутима, покупателям следует подумать о технических и экономических преимуществах, которые накатывание резьбы предоставляет в долгосрочной перспективе.

Источник материала: перевод статьи
Thread Rolling on CNC?
Mfgtechupdate.com

LMT India Pvt Ltd



Понравилась статья? Поделитесь: