Накатка — это способ обработки поверхностного слоя металлических деталей. В процессе на детали формируется сетка, риски. Существует несколько ее разновидностей. Методом накатывания изготавливают, например, рифленые ручки для станков и механизмов. Осуществляется накатка с помощью специального одноименного инструмента.
Виды накатывания
Различают два вида накатки:
- формообразующую;
- упрочняющую.
Формообразующая используется для формирования зубьев на валах или колесах, шкал на деталях или сетчатой структуры на поверхности. Этот метод называется еще зубонакаткой. Насечку рисунка можно отнести к этой категории или отдельной. Небольшие, очень жесткие инструменты с рельефной поверхностью наносят узор на металлическую поверхность.
Упрочняющая используется для повышения износостойкости, прочности. В процессе обработки на поверхности детали формируется наклеп, улучшающий эксплуатационные качества изделия. Таким образом обрабатывают втулки, валы, шестеренки и другие детали.
Накатка резьбы это метод получения резьбы холодным деформированием поверхности заготовки. При накатывании резьбы не образуется стружка, потому что канавка продавливается инструментом. Выполняются работы плоскими плашками, затылованными роликами, резьбовыми сегментами и другими инструментами. Используются токарные станки, револьверные, резьбонакатные механизмы. Таким методом получают резьбу на заготовках из мягких сплавов, небольшие зубья, канавки, выступы.
Накатка рифления
накатка рифленой детали: 1- державка, 2, 3 — ролики для накатки
Чтобы создать на поверхности детали рифленый рисунок используют специальные ролики из инструментальной стали. Для простого рифления достаточно одного ролика, для перекрестного — двух.
Державка крепится в резцедержатель токарного станка. Во время работы ролики необходимо прижать к крутящейся болванке, они вдавливаются в металл и создают сетчатый узор.
В процессе накатки нужно заранее проверить, будут ли совпадать зубцы роликов с уже сделанными канавками при дальнейшем вращении детали. До начала накатки поверхность роликов чистят металлической щеткой, в процессе обработки периодически смазывают техническим маслом. Скорости обработки деталей из различных материалов указаны в таблице.
Таблица 1. Скорость детали и подача инструмента продольная при обработке различных материалов
Предыдущая Следующая
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАКАТНЫХ РОЛИКОВ
16. Ролики для накатывания
На револьверных станках и автоматах часто производится накатывание цилиндрических деталей с помощью роликов для получения мелких зубчатых поверхностей. Накатывание может быть прямое, угловое, перекрестное и полукруглое. Детали и инструмент для накатывания показаны на фиг. 73.
Фиг. 73. Детали (а) и инструмент (б) для накатывания.
Прямое и угловое накатывание производится одним накатным роликом, а перекрестное — двумя роликами с противоположным направлением накатки, закрепленными в одной державке.
Детали, подвергаемые прямой и перекрестной накатке, должны иметь фаски достаточного размера, чтобы вытесненный при накатывании материал не образовывал на торце заусенцев. Диаметр детали при накатывании увеличивается приблизительно на 0,25—0,5 шага накатки s.
Шаг накатки для рифления берется в зависимости от диаметра, свойств материала и длины накатываемой поверхности. Для более твердых материалов и для больших диаметров детали выбирается более крупный шаг.
Таблица 30
Угол наклона рифления ω (фиг. 73, б) для твердого материала 30°, а для более мягкого 45°.
Ролики для полукруглой накатки имеют полукруглую канавку радиусом R, на которой выполняется нарезка. Для того чтобы материал детали при накатывании не вытеснялся на край закругления, этот радиус должен быть больше радиуса закругления r детали на 0,3—0,5 шага накатки.
Радиус закругления R на ролике можно определить по формуле
R = r + 0,5t. Высоту нарезки t можно определить следующим образом:
где s — шаг нарезки;
α 0 — угол профиля нарезки.
Недостаток полукруглых накаток состоит в том, что они сравнительно сложны в изготовлении.
Диаметр накатных роликов D обычно принимается равным 15—20 мм, а ширина b = 4—9 мм. Угол профиля нарезки принимается в зависимости от обрабатываемого материала в пределах 60—85°.
Накатывание может быть выполнено при продольной или поперечной подаче. При работе с продольной подачей ролик должен иметь выпуклую поверхность радиусом R0 = 30 мм. Работа с поперечной подачей обычно применяется для накатывания деталей шириной до 8 мм, причем ширина накатного ролика должна быть на 3 мм больше ширины накатываемой поверхности детали.
Продольные подачи рекомендуются в пределах 1—2 мм/об в зависимости от обрабатываемого материала и размеров детали. Рекомендуемые скорости накатывания 10—90 м/мин и выбираются в зависимости от характера обрабатываемого материала. Диаметр детали под накатку обычно выдерживается по 7-му классу точности.
Накатывание следует производить до чистовой обработки других поверхностей детали, так как при накатывании возникают большие силы, которые могут оказать влияние на размеры окончательно обработанных поверхностей.
Основные размеры роликов для прямой, угловой и полукруглой накатки, показанных на фиг. 73, б, приведены в табл. 31.
Таблица 31 Основные размеры (в мм) роликов для накатки (по фиг. 73, б)
Востребованным и по-настоящему универсальным вариантом накатывания на сегодняшний день признается накатка резьбы с применением специальных роликов. Этот способ отличается уникальным технологическим потенциалом при производстве резьб разной точности, протяженности и сечения.
1
Под накатыванием роликами понимают операцию пластического холодного деформирования поверхности обрабатываемой детали, при которой металл подвергается высокому давлению.
В результате этого между резьбовыми витками наблюдается явление заполнения впадины, что приводит к формированию требуемой резьбы. Причем подобное деформирование происходит без снятия стружки с заготовки.
Достоинствами данной методики признаются далее приведенные факты:
- верхняя часть детали характеризуется очень малым уровнем шероховатости;
- показатель усталостной прочности изделия находится на высоком уровне;
- производительность операции в несколько раз выше, нежели при использовании стандартной методики, когда резьба нарезается;
- высокая величина твердости и стойкости против эксплуатационного износа, а также прочностного показателя поверхности заготовки, обусловленная наклепом.
К недостаткам накатки роликами относят то, что, во-первых, по сравнению с процессом она менее точна, во-вторых, требуются достаточно дорогие приспособления для осуществления технологического процесса. Кроме того, при использовании роликов важно грамотно выбирать режим обработки и очень точно рассчитывать геометрические параметры рабочего инструмента и детали. Если эти условия не будут выполнены, возрастает вероятность образования ряда негативных явлений:
- отслаивание металла по резьбе;
- чешуйчатость заготовки;
- большой перенаклеп.
Все упомянутые недостатки и преимущества технологии обусловили то, что чаще всего выполнение резьбы роликами используется в крупносерийном и массовом производстве.
2
Для упорных, метрических, трапецеидальных и других по профилю резьб применяются плоские резьбонакатные плашки. Данный вид инструмента хорошо зарекомендовал себя также для выполнения винтовых и кольцевых канавок на пластичных деталях, разнообразных рифлений и шурупных резьб.
Используются не отдельные плашки, а их комплект из двух штук. Одна из них соединена с ползуном металлообрабатывающего агрегата, что позволяет ей осуществлять движение возвратно-поступательного характера. Вторая монтируется на рабочей поверхности станка неподвижным образом. Движущаяся плашка при перемещении агрегата захватывает изделие, которое требуется обработать, и по неподвижной плашке осуществляет его прокатку.
Для нанесения внутренних резьб применяют раскатники – похожие на специальные стержни, на которых уже имеется резьба. Они снабжены хвостовиком, калибрующей и заборной частью. Резьба на заготовке получается за счет пластического деформирования (аналогично обработке роликами). Раскатники рекомендуется применять для работы с цветными листовыми металлами, мягкими и вязкими марками стали, материалами с высоким уровнем пластичности.
3
Все описанные выше способы выполнения резьбы по своим технологическим возможностям ощутимо уступают методике, при которой используются ролики. Как правило, применяется два ролика (иногда их может быть три или четыре). А сам рабочий процесс производится на универсальных либо специальных станках для накатки резьбы.
Существует три варианта накатывания резьбы роликами в зависимости от того, каким образом резьбонакатной станок подает рабочий инструмент и изделие: с тангенциальной подачей детали; с радиальной подачей роликов; с осевой подачей заготовки.
Тангенциальная схема обеспечивает высокую производительность агрегата. Она может выполняться подачей:
- двух роликов цилиндрической формы, каждый из которых имеет собственную окружную скорость;
- двух пар роликов затылованного типа либо просто двух таких роликов;
- двух роликов затылованного типа в центрах.
Отличие цилиндрических приспособлений от затылованных заключается в том, что у вторых имеется не только калибрующая и заборная части, но еще и сбрасывающая. По стоимости затылованные ролики дороже обычных, а использовать их можно как на простых станках, на которых шпиндельные узлы находятся в фиксированном положении, так и на специальных полуавтоматических резьбонакатных установках.
В тех случаях, когда применяются две пары затылованных роликов, процесс накатывания резьбы ускоряется. Резьбу можно наносить одновременно на два конца изделия или же обрабатывать сразу две детали. А при монтаже заготовки в центрах станка следует пользоваться крупными по сечению роликами (от 20 до 30 сантиметров).
Более популярным способом накатки резьбы является вариант, когда ролики подаются радиально. Востребованность этой методики обусловлена в первую очередь простотой используемого инструмента и необходимой для выполнения операции оснастки. Обычно накатка производится при помощи двух вращающихся роликов. Радиальную подачу при этом имеет лишь один из них.
При радиальной подаче применяются только цилиндрические ролики, которые соответствуют положениям Государственного стандарта 9539. Они бывают нормальной и повышенной точности, предназначены для нарезания резьбы сечением от 3 до 68 миллиметров (шаг варьируется от 0,5 до 6 миллиметров). Посадочное отверстие таких цилиндрических приспособлений может иметь следующие размеры – 45, 80, 54 или 63 миллиметра.
Геометрические параметры роликов цилиндрической формы устанавливают посредством проведения специальных расчетов, при которых во внимание принимается уровень точности, шаг, сечение и протяженность резьбы, которую требуется произвести. Очень важным представляется и то, чтобы винтовая линия на резьбе и на роликах характеризовалась идентичными углами подъемов. Именно по этой причине на роликах резьба выполняется многозаходной.
Если на изделие необходимо накатать длинную резьбу, в большинстве случаев применяется схема осевой подачи детали. Она производится на средней скорости порядка 9 тысяч миллиметров в минуту. Данная схема реализуется крайне редко, так как при ней отмечается уменьшение прочности инструмента, вызванное проскальзыванием витков обрабатываемого изделия и роликов, а также наличие погрешности шага (на каждые 10 сантиметров длины около 10 микрометров).
Резьбонарезной головки на упоре.
Некоторые станки, кроме того, оснащаются дополнительными приспособлениями, что значительно расширяет их рабочие возможности и ускоряет процесс накатывания резьбы роликами. Например, механизм поворота шпиндельного узла дает возможность выполнять операцию с осевой подачей, а устройства автозагрузки и автовыгрузки изделий позволяют интегрировать оборудование в линии и мощные комплексы крупносерийного производства.
Небольшой обзор популярных резьбонакатных агрегатов:
- «PEE-WEE»: экономичные, высокотехнологичные и надежные установки из Германии с различными показателями давления накатки (5–60 тонн). Все модели снабжаются на заводе механизмом автоматической загрузки деталей, могут оснащаться шпинделями наклонного типа, что обеспечивает возможность работы с профилями большой длины.
- «PROFIROLL»: немецкие станки, отличающиеся простой переналадкой, оборудованные качественной и понятной системой управления. Нельзя не отметить их долговечность и простоту обслуживания.
- «В28»: недорогое белорусское оборудование для радиальной и осевой обработки с усилием сжатия от 80 (модель «В28-80») до 630 («В28-630») кН.
- Станки от Азовского комбината кузнечно-прессового оборудования: «A9527», «A9524», «AA9521.02 (03)» и другие.
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.
Ролик для прямого рифления в державке
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:
- формообразующая;
- упрочняющая;
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.
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.