Накатка резьбы

В этом руководстве содержится все, что вам нужно знать о резьбонакатных и винтовых станках.

Вы узнаете о таких темах, как:

• Что такое накатка резьбы?

• Процессы накатки резьбы

• Преимущества и недостатки накатки резьбы

• Распространенные дефекты

• Виды резьбонакатных станков

• И многое другое…

Глава 1: Что такое накатка резьбы?

Накатка резьбы — это процесс нарезания резьбы, при котором металлическая заготовка деформируется путем прокатки ее между матрицами, создавая на поверхности внешнюю резьбу. Этот метод также позволяет формировать внутреннюю резьбу посредством процесса, известного как формирование резьбы. В отличие от других распространенных методов нарезания резьбы, таких как нарезание резьбы, накатка резьбы не является субтрактивной, то есть не требует удаления металла из заготовки. К преимуществам накатанных резьбовых креплений относятся более прочная резьба, точные конечные размеры, превосходное качество поверхности и более низкий коэффициент трения.

Изделия винтовых машин представляют собой элементы машин с резьбой, такие как болты, гайки и винты. Резьбовые элементы машин можно сгруппировать по их функциям. Болты, гайки и винты являются структурными компонентами, называемыми крепежными деталями. Резьбовые крепления также могут быть интегрированы в деталь, образующую резьбовые фитинги.

Резьбовые крепления используются для создания непостоянных соединений, позволяющих механическое ослабление или демонтаж компонентов. Напротив, силовые и ходовые винты функционируют как механизмы или механические приводы. Эти элементы управляют движением и передают мощность другим частям машины, играя решающую роль в механических системах.

Формы винтовой резьбы

Винтовые резьбы можно разделить на категории в зависимости от их формы.

• V-образная резьба: это треугольная резьба с боковыми сторонами, которые обычно образуют друг с другом угол 60°. Гребни и корни острые, но в некоторых случаях имеют небольшую плоскую часть из-за ограничений в изготовлении.

• Американская национальная резьба: Американская национальная резьба, ранее известная как стандартная винтовая резьба США, представляет собой более стандартизированную версию V-образной резьбы, которая имеет особые размеры, связанные с плоскостностью гребней и оснований резьбы. Эта форма заменила V-образную резьбу для общего использования.

• Британская нить Уитворта: это был британский аналог американской национальной нити.

• Унифицированная резьба: эта форма резьбы заменила американскую национальную резьбу вместе со стандартами резьбы Канады и Великобритании. Это было разработано для обеспечения взаимозаменяемости деталей. Унифицированная резьба по-прежнему имеет V-образный профиль, но с закругленными или плоскими гребнями и корнями. Унифицированный стандарт резьбы (UTS) состоит из серий: Unified Fine (UNF), Unified Coarse (UNC), Unified Extra Fine (UNEF) и Unified Special (UNS).

• Метрическая резьба: эта форма резьбы была разработана для перехода от британской системы измерений к метрической системе. Это было внесено ISO, заменив форму резьбы UTS.

• Квадратная резьба: Квадратная резьба — это резьба специального назначения, используемая для передачи энергии. Теоретически они являются идеальной резьбой для механизмов и приводов благодаря перпендикулярности несущих граней или боковых сторон с осью. Однако эта форма непрактична из-за производственных ограничений.

• Acme Thread: Эта форма резьбы является модификацией квадратной резьбы. Нить вершины характеризуется трапециевидной формой с более узким корнем, чем ее гребень. Резьба Acme прочнее и ее легче обрабатывать, чем квадратную резьбу.

• Упорная резьба: в этой форме резьбы одна сторона перпендикулярна или находится под небольшим углом к ​​оси, а другая имеет угол 45 °. Такая форма резьбы предназначена для передачи высоких нагрузок в одном направлении.

• Поворотная резьба: Поворотная резьба имеет сильно закругленные гребни и основания с боковым углом 30°. Закругленный профиль позволяет смещать мусор, не мешая зацеплению нитей.

Глава 2. Что представляет собой обзор процессов потоковой обработки?

Процессы создания нитей обычно делятся на три метода: субтрактивный, деформирующий и аддитивный, каждый из которых отличается тем, как формируется или формируется нить. Одним из таких методов являются субтрактивные процессы, часто называемые процессами резания. Ниже приводится краткое описание этих процессов:

Нарезание резьбы: Нарезание резьбы — это процесс обработки резьбы для изготовления внутренней резьбы. Это делается с помощью метчика, который представляет собой цилиндрический или конический режущий инструмент. Метчик имеет несколько режущих кромок, похожих на внешнюю резьбу. Внутренняя резьба создается путем вращения метчика при его осевом перемещении глубже в отверстие металлической заготовки.

Нарезание резьбы: этот процесс используется для создания внешней резьбы. Его метод приложения силы и режущего действия аналогичен постукиванию. Матрица используется для резки металлической заготовки с несколькими режущими точками, похожими на внутреннюю резьбу. Существуют различные конструкции штампов, которые могут быть сплошными или самооткрывающимися.

Одноточечная резка: Одноточечная резка выполняется на токарном станке, где металлическая заготовка удерживается и вращается. Режущий инструмент установлен на каретке, линейно перемещаемой с помощью ходовой винт. Этот процесс может создавать как внутренние, так и внешние потоки. Этот процесс медленнее, чем постукивание или высечка. Его преимущество в том, что для изготовления различной резьбы требуется только один режущий инструмент.

Чеканка: в этом процессе используется инструмент, называемый нарезчиком резьбы, который представляет собой несколько одноточечных режущих инструментов, соединенных вместе. Нарезной станок обычно устанавливается на каретку токарного станка, который постепенно перемещается для нарезания резьбы.

Фрезерование: в этом процессе для нарезания резьбы на заготовке используются один или несколько вращающихся режущих инструментов. Помимо вращения режущего инструмента и его осевой индексации, как это видно при нарезании резьбы и нарезании резьбы, режущий инструмент также вращается по окружности резьбовой поверхности. Фрезерование резьбы может создавать как внутреннюю, так и внешнюю резьбу.

Шлифование: вместо резки заготовки в этом процессе используются абразивные инструменты для удаления металла. Обычно это делается в сочетании с другими процессами обработки потоков. Шлифование резьбы производится для получения прецизионной резьбы и резьбы с хорошей отделкой.

Процессы деформации создают нити, обрабатывая металлическую заготовку для придания ей формы. В эту классификацию входят прокат и литье:

Накатка: Как упоминалось ранее, накатка резьбы — это процесс нарезания внешней резьбы, при котором заготовка формируется путем пропускания ее через роликовые матрицы. Валковые матрицы имеют внешние нитевидные ролики, которые контактируют с поверхностью заготовки и деформируют ее. Накатывание резьбы обычно происходит быстрее, чем нарезание резьбы, поскольку процесс формования требует всего несколько проходов.

Литье: этот процесс включает заливку или впрыскивание расплавленного металла в матрицу или форму. Плашка содержит отрицательную форму резьбовой части. Этот процесс требует вторичных процессов механической обработки для получения точной резьбы. Этот процесс не подходит для изготовления тонкой резьбы.

Наконец, аддитивные процессы — это методы изготовления резьб путем постепенного добавления или нанесения материалов. Они экстенсивно используются для производства пластиковых деталей. Развитие технологий еще больше расширяет процесс производства металлических элементов машин. Для производства качественной резьбы ее используют вместе с вторичными процессами, такими как шлифовка и притирка.

Некоторые из аддитивных процессов — это стереолитография, селективное лазерное спекание и изготовление плавленых нитей:

• Стереолитография: это один из наиболее широко используемых процессов 3D-печати для производства пластиковых деталей. Этот процесс включает ванну с пластиковой смолой, которая отверждается сфокусированным лучом света.

• Селективное лазерное спекание: в этом процессе используется лазерный луч для спекания порошкообразного материала. Пластик является распространенным материалом, используемым в этом процессе, но в настоящее время эта технология набирает обороты в производстве металлических деталей.

• Изготовление плавленой нити: в этом процессе непрерывная нить материала плавится и экструдируется для формирования детали желаемой формы.

Глава 3: Каковы преимущества и недостатки накатки резьбы?

Использование накатанного винтового станка имеет как преимущества, так и недостатки. Основное преимущество накатки резьбы заключается в том, что она обеспечивает более прочные поверхности и высокую точность размеров. Однако, поскольку этот процесс основан на деформации металла, он обычно ограничивается мягкими металлами и требует более высоких затрат на инструмент.

Ниже перечислены преимущества использования катаных шурупов и болтов:

Высокая прочность резьбы: накатка резьбы обычно выполняется при относительно низких температурах, что делает этот процесс холодной обработки. Известно, что холодная обработка позволяет производить детали более высокой прочности без необходимости вторичной термообработки. Это делает прокатку подходящей для нарезания резьбы материалов, не поддающихся термообработке. Накатанная резьба на 10–20 процентов прочнее нарезанной или шлифованной.

Хорошее качество поверхности: накатывание резьбы обеспечивает гладкую и полированную резьбу без необходимости вторичной полировки. Высокие сжимающие силы, деформирующие металл, устраняют любые неровности на поверхности резьбы. Прокатанные поверхности имеют шероховатость поверхности примерно от 8 до 24 микродюймов Ra, тогда как нарезанная резьба обычно имеет шероховатость от 64 до 125 микродюймов Ra. Накатанная резьба также не имеет разрывов, следов вибрации, следов порезов и заусенцев.

Прецизионное нарезание резьбы: поскольку штампы, используемые при накатывании резьбы, представляют собой зеркальное отображение создаваемой резьбы и при этом материал не удаляется из заготовки, этот процесс позволяет производить детали с высокой точностью и аккуратностью в течение больших тиражей. Это справедливо при условии, что штампы точны и изготовлены с достаточной твердостью.

Более низкий коэффициент трения: хорошее качество поверхности приводит к более низкому коэффициенту трения. Более низкий коэффициент трения обеспечивает более равномерную и последовательную затяжку гаек и болтов или лучшую передачу усилия на ходовые винты.

Сокращение времени производственного цикла: накатка резьбы обычно происходит быстрее, чем нарезание резьбы. Скорость прокатки зависит от типа материала, профиля резьбы, размеров и мощности станка, способа подачи металлической заготовки. Для возвратно-поступательных матриц резьбонакатка может производить от 30 до 40 деталей в минуту с диаметром заготовки от 5/8 до 1 1/8. Для цилиндрических штампов: от 10 до 30 деталей в минуту для размеров от 1 до 1 ½ дюйма.

Снижение затрат за счет эффективного использования материала: поскольку накатывание резьбы представляет собой деформирующий процесс, на протяжении всего процесса не удаляется никакое количество материала. Это приводит к лучшему использованию энергии, поскольку нет необходимости собирать и перерабатывать отходы.

Ниже приведены недостатки резьбонакатывания. Видно, что это в большей степени влияет на производителя, а не на конечного пользователя. В конечном счете, это увеличивает себестоимость продукции, делая прокатную продукцию с резьбой в некоторых случаях более дорогой, чем продукция, произведенная другими процессами.

Непрактично для твердых материалов: накатывание резьбы в основном выполняется на ковких металлах. Несмотря на то, что это возможно, накатка резьбы не применяется для металлов с твердостью выше 40 по шкале Роквелла. За пределами этого уровня твердости более практично шлифование резьбы. Прокатка твердых материалов значительно снижает срок службы инструмента.

• Более дорогая оснастка: штампы, используемые для прокатки, должны быть твердыми и точными. Любая деформация матрицы приведет к снижению точности размеров резьбы. Из-за требуемой твердости точное изготовление штампов затруднено.

• Диаметр заготовки должен быть точным: должно быть необходимое количество материала, который будет вытесняться и подниматься над исходной поверхностью. Диаметр заготовки необходимо рассчитывать и проверять опытным путем, особенно при изготовлении точной резьбы. Чтобы получить нужный диаметр, заготовку может потребовать предварительная обработка.

Глава 4. Какие факторы следует учитывать при накатывании резьбы?

Как и в любом процессе механической обработки, необходимо учитывать несколько факторов для обеспечения оптимальных условий эксплуатации и качества продукции. Ниже приведены некоторые ключевые переменные, влияющие на накатку резьбы.

Требования к материалам: Известным недостатком резьбонакатывания является его несовместимость с твердыми материалами. Прокатываемые материалы должны иметь твердость не выше 40 HRC. Прокатываемые материалы — низкоуглеродистые, мягкие стали, нержавеющие стали, медные сплавы и часто алюминий. При этом материал должен обладать нужной степенью пластичности. Рекомендуемый диапазон коэффициента удлинения составляет от 12 до 20%.

Диаметр заготовки: Правильный диаметр заготовки почти такой же, как средний диаметр винта или болтов. Обычно пространство или полость между резьбами и под линией шага равна объему резьбы над линией шага. Для достижения желаемого образования гребня могут потребоваться некоторые корректировки допусков, особенно если необходимо выполнить вторичные процессы, такие как нанесение покрытия или плакирование.

Угол фаски: Фаска — это коническая поверхность в начале резьбы. Перед прокаткой кромка на одном конце заготовки должна быть обработана с фаской. Для правильной формы резьбы на конце необходимо установить правильный угол фаски. Рекомендуемый угол фаски для большинства случаев составляет 30°.

Подача: Существует три основных метода подачи заготовки в матрицы: радиальная подача, тангенциальная подача и сквозная подача. При радиальной подаче матрицы движутся радиально к оси заготовки. При тангенциальной подаче заготовка приближается к роликам с ее стороны, образуя квадратный тангенциальный контакт. Наконец, сквозная подача включает в себя цилиндрическую матрицу, которая прилегает к заготовке, заставляя ее перемещаться в осевом направлении.

• Скорость накатки резьбы. Скорость накатки резьбы зависит от механических и энергетических ограничений станка, диаметра резьбы, а также материала и твердости металлической заготовки. Скорость прокатки может варьироваться от 30 до 100 м/мин. Низкие скорости прокатки необходимы для твердых материалов, а высокие скорости — для мягких и пластичных материалов.

• СОЖ и смазка: СОЖ или смазочно-охлаждающие жидкости широко используются при нарезании резьбы, но они также необходимы для накатки резьбы. Деформация металла также приводит к выделению тепла, которое может поставить под угрозу как штампы, так и заготовку. Кроме того, охлаждающие жидкости могут действовать также как смазочные материалы, уменьшая трение между штампами и заготовкой.

Глава 5. Каковы распространенные дефекты резьбонакатки?

Хотя процесс накатки резьбы обеспечивает более высокую точность по сравнению с другими методами, дефекты все же могут возникать из-за сбоев и нарушений в работе. К частым проблемам относятся размеры материала, выходящие за пределы допусков, изношенные или смещенные ролики, а также неправильная подача материала. Ниже приведены наиболее частые дефекты, наблюдаемые при накатывании резьбы.

Усеченный гребень резьбы. Этот дефект описывается неполностью сформированным гребнем или чрезмерно усеченным гребнем. Одной из причин может быть недостаточный размер материала, из-за которого недостаточно материала для растекания и создания гребней. Исправляется это путем постепенного увеличения размера запаса. Если делительный диаметр слишком велик, то более вероятной причиной является ослабление резьбовой головки, что устраняется калибровкой. Если нет, то дефект, возможно, вызван слишком большой твердостью материала. Таким образом, тогда необходимо перейти на более мягкий материал.

Отслаивание: отслаивание или осколки вызывают необычную шероховатость поверхности ниток. Обычно это вызвано несовместимостью материала для прокатки. Основными причинами могут быть чрезмерное содержание свинца и серы, неоднородная зернистая структура, а иногда и холодная обработка перед прокаткой. Если используемый материал уже имеет хорошую прокатываемость, то другими возможными причинами могут быть неподходящие ролики или матрицы, шероховатая поверхность валков, переполнение или низкая скорость прокатки.

Пьяные нити: этот дефект проявляется в виде волнистых или неровных гребней нити. Это результат неподходящих штампов, неправильной подачи заготовки или плохой конструкции штампа. Лучшее решение – проверить состояние валков и их втулок.

Изогнутая линия шага: это рассматривается как сужение резьбы к концам резьбовых сегментов болта или винта. Кривизна может быть вогнутой или выпуклой. Его основными причинами являются несоответствующий диаметр заготовки, несовпадение заготовки относительно ролика, износ роликов или слишком большая деформация материала, вызывающая его стекание к концу заготовки.

Угол спирали за пределами допуска: это может быть результатом множества причин, таких как несинхронизированные ролики, несовершенные ролики, неправильная подача заготовки или подъем винта. Эту проблему можно решить, если правильно рассчитать время и выровнять ролики, обеспечить правильную подачу материала и оптимизировать скорость прокатки.

Плохая обработка. Плохая обработка является результатом таких факторов, как изношенные штампы, высокая твердость материала, слишком большой диаметр заготовки или наличие загрязнений в системе подачи СОЖ.

Чашеобразный конец: Чашеобразный конец выглядит как вогнутый конец, вызванный тем, что металл течет по недостаточной фаске. Это более заметно на мягких металлах. Дефект устраняется путем правильного снятия фаски на заготовке, обычно около 30°.

Глава 6: Какие типы резьбонакатных станков?

Накатка резьбы — это простой процесс, который начинается с обрезки металлического стержня нужной длины и его ковки для создания болта или головки винта. Затем стержень подвергается механической обработке для достижения правильного диаметра заготовки и фаски на одном конце. Подготовленная заготовка затем подается в резьбонарезной станок, где она проходит через матрицы для придания формы резьбе. После накатки резьбы заготовка подвергается вторичным процессам, таким как гальваника, анодирование и покрытие.

Это краткое изложение процесса применимо ко всем типам накатки резьбы. Однако резьбонакатные станки различаются в зависимости от типа используемой матрицы. Их можно разделить на плоские, планетарные и цилиндрические.

Тип с плоской матрицей: этот тип резьбонакатного станка состоит из двух прямоугольных матриц, одна из которых неподвижна, а другая совершает возвратно-поступательное движение. Поступательно-поступательная матрица движется параллельно неподвижной матрице. На поверхности матриц имеются выступы, обозначающие профиль изготавливаемой резьбы. Эти гребни наклонены под углом, равным углу завитка резьбы. Расстояние между гребнями плашек равно малому диаметру резьбы.

Нити формируются обычно только за один проход. Длина матрицы позволяет прокатывать заготовку шесть-восемь раз. Приклад вставляется с одного конца вручную или автоматически. Матрицы катят заготовку по касательной, которая переносит ее к противоположному концу за счет трения.

Сегментный или планетарный тип: Планетарный тип работает, перемещая материал через одну неподвижную и одну движущуюся поверхность. Однако эта машина использует вращательное движение вместо поступательного движения. Этот тип включает в себя стационарные изогнутые матрицы и центральную вращающуюся матрицу. Одна или несколько стационарных матриц могут быть соединены с одной вращающейся матрицей. Стационарная игральная кость бросает по одной акции за раз.

Подобно машинам с плоской матрицей, планетарная машина имеет конечную поверхность качения, которая формирует резьбу за один проход. Приклад вставляется на один конец изогнутой матрицы. Затем вращающаяся матрица поворачивает всю дугу изогнутой матрицы, вращая заготовку до тех пор, пока она не будет выброшена на противоположном конце.

Тип цилиндрической матрицы: Цилиндрические матрицы или ролики считаются матрицами с бесконечной рабочей поверхностью. Эти машины обычно работают за счет сочетания радиальной и сквозной подачи. В отличие от плоских и планетарных типов, тип цилиндрической матрицы деформирует металл за несколько проходов во время прокатки. Машины с цилиндрической матрицей можно разделить на две основные категории: машины с двумя и тремя матрицами.

• 1. Двухматрицный: этот тип резьбонарезного станка имеет два параллельных ролика, один или оба из которых могут перемещаться радиально, чтобы принять и проникнуть в заготовку. Приклад расположен с небольшим смещением от плоскости центральной линии матриц, чтобы предотвратить его подъем. Гладкая роликовая опора или опорная планка расположены посередине и удерживают заготовку во время нарезания резьбы.

  2. Трехматрицный: Эта машина имеет три ролика, расположенных под углом 120° друг к другу. Обычно все ролики могут перемещаться радиально, при этом положение заготовки сохраняется в центре во время проникновения. По сравнению с машинами с двумя матрицами, машины с тремя матрицами имеют лучший баланс сил, но их сложнее и сложнее регулировать.

Заключение

• Накатка резьбы — это тип процесса нарезания резьбы, который включает в себя деформацию металлической заготовки путем прокатки ее через матрицы для образования внешней резьбы вдоль ее поверхности. Внутренняя резьба может быть сформирована с использованием того же принципа, который называется формованием резьбы.

• Процессы создания потоков обычно делятся на три метода: субтрактивный, деформационный и аддитивный. Они различаются по форме или форме нити.

• Основным преимуществом накатки резьбы является более прочная поверхность и точность размеров изделия. Однако этот процесс ограничен мягкими металлами и требует более дорогого инструмента.

• Существуют различные типы резьбонакатных станков, которые различаются в зависимости от типа используемой матрицы. Резьбонакатные станки могут быть плоско-, планетарными или цилиндрическими.