Киричек А.В., Афонин А.Н. Технология изготовления резьбы на резьбонакатном инструменте // Известия ТулГУ. Серия Инструментальные и метрологические системы. 2005, Вып. 1. Ч. 1. - С. 189-192.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗЬБЫ НА РЕЗЬБОНАКАТНОМ ИНСТРУМЕНТЕ

Описываются основные известные варианты технологических процессов изготовления резьб на резьбонакатном инструменте. Даются рекомендации по перспективе их применения для различных случаев.

К резьбовым профилям, выполняемым на резьбонакатных инструментах (роликах, сегментах, плоских плашках, бесстружечных метчиках), предъявляется ряд специфических требований, несколько отличающихся от требований, предъявляемых к обычным ходовым и, тем более, крепежным резьбам. Помимо высокой точности и низкой шероховатости они должны обладать высокой твердостью и повышенной усталостной прочностью. Поскольку основная работа по деформированию металла при резьбонакатывании производится вершинами витков резьбы инструмента, они не должны иметь дефектов, которые допускаются у других типов резьб. В связи с этим разработка рационального технологического процесса изготовления резьб на резьбонакатном инструменте, позволяющего обеспечить выполнение всех вышеприведенных требований, является весьма сложной задачей.

В настоящее время наибольшее распространение нашли 3 способа формообразования резьб на резьбонакатном инструменте: накатывание с помощью мастер-винта, нарезание лезвийным инструментом (резцом или фрезой) и резьбошлифование.

Резьбошлифование позволяет получать резьбы наиболее высокой точности. Однако резьбошлифование отличается крайне низкой производительностью. Кроме того, резьбошлифовальное оборудование является весьма дорогостоящим и требовательным к условиям эксплуатации. В связи с этим стоимость резьбошлифовальной операции может составлять до 50% от общей себестоимости резьбонакатного инструмента. Применение резьбошлифования может привести к существенному снижению стойкости резьбонакатного инструмента из-за ухудшения структуры поверхностного слоя вследствие шаржирования и прижогов. Свести негативное влияние резьбошлифования на стойкость резьбонакатного инструмента к минимуму можно путем применения шлифовальных кругов из кубического нитрида бора [2], кругов с прерывистым контактом и высокопористых кругов [5], использованием СОЖ с ПАВ. Однако данные мероприятия достаточно дорогостоящи и экономически эффективны лишь в условиях серийного производства резьбонакатного инструмента, в связи с чем в настоящее время осуществляются лишь на специализированных инструментальных заводах и в инструментальных производствах крупных промышленных предприятий. Кроме того, полностью устранить (например, с помощью низкого отпуска) такие дефекты поверхностного слоя витков резьбы после шлифования, как, например, неблагоприятное распределение остаточных напряжений, в настоящее время не представляется возможным.

Накатывание является наиболее высокопроизводительным способом резьбоформообразования. Однако оно может осуществляться только на заготовках сравнительно невысокой твердости и при изготовлении резьбонакатного инструмента может производиться только до его термического упрочнения. В связи с этим в качестве финишной резьбообразующей операции оно может использоваться только при изготовлении инструмента для накатывания резьб низкой точности. Кроме того, при накатывании часто возникают складки на вершинах резьбы (закаты), что не оказывает влияния на качество ходовых и крепежных резьб, но важно для резьбонакатного инструмента. Традиционные технологические приемы [4, 6] устранения закатов, заключающиеся в срезании дефектных вершин резьбы на заготовке с последующей поднакаткой до полной высоты профиля, не обеспечивают стабильного устранения данного дефекта, особенно для резьб большого шага (более 3 мм). Кроме того, проведение нескольких дополнительных поднакаток резьбы на резьбонакатных инструментах, изготавливаемых из малопластичных штамповых сталей, иногда приводит к исчерпанию запаса пластичности материала и появлению трещин на боковых сторонах профиля. Проблема устранения закатов требует проведения большого объема теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию схемы деформирования при резьбонакатывании. В то же время, при отсутствии на накатанном резьбовом профиле резьбонакатного инструмента дефектов в виде трещин и закатов, его стойкость может в несколько раз превышать стойкость резьбонакатного инструмента со шлифованным профилем резьбы. Причиной этого является то, что при накатывании происходят такие положительные изменения в структуре металла (например, измельчение карбидных включений и снижение балла карбидной неоднородности), которые сохраняются даже после термической обработки.

Нарезание резьбы лезвийным инструментом (для резьбонакатных роликов – резцом, для плоских плашек - резьбофрезерование) в настоящее время производится, как правило, до термического упрочнения заготовки [1]. Подобная технология не имеет перспективы из-за низкого качества получаемого профиля. Более перспективным представляется нарезание резьбы на заготовке, термически упрочненной до твердости 58…63 HRC, лезвийным инструментом с режущей частью из сверхтвердых материалов (композитов на основе кубического нитрида бора, минералокерамики). Лезвийная обработка, в отличие от резьбошлифования, практически не вызывает негативных изменений в поверхностном слое, и, тем самым, способствует повышению стойкости резьбонакатного инструмента. При использовании в качестве резьбообразующего оборудования современных прецизионных станков с ЧПУ точность и шероховатость нарезанной резьбы приближается к шлифованной. Существенным достоинством нарезания резьбы лезвийным инструментом является его высокая гибкость, позволяющая обрабатывать одним инструментом резьбы различных типоразмеров, что делает его предпочтительным для единичного производства.

Наиболее перспективной с точки зрения обеспечении требуемого качества и повышения стойкости резьбонакатного инструмента представляется комбинированная технология формирования на нем резьбы, включающая в себя предварительное накатывание резьбы на незакаленной заготовке с последующим окончательным формированием резьбы после термообработки с помощью лезвийной обработки инструментом из сверхтвердых материалов или резьбошлифованием (при особо высоких требованиях к точности и шероховатости резьбового профиля). Применение подобной технологии не приведет к существенному росту себестоимости резьбонакатного инструмента, а в некоторых случаях даже снизит ее благодаря высокой производительности резьбонакатывания и существенному снижению времени на лезвийную обработку или резьбошлифование при обработке резьбы по предварительно сформированной накатыванием винтовой канавке. Стойкость резьбонакатного инструмента, изготовленного по комбинированной технологии, соответствует стойкости инструмента с накатанным профилем, не имеющего дефектов, и является стабильной, поскольку дефекты, которые часто возникают при накатывании, полностью удаляются при последующей обработке.

С целью повышения стойкости инструмента для накатывания резьб с крупным шагом целесообразно повысить глубину деформационного упрочнения его резьбового профиля. Добиться этого можно применением вместо обычного накатывания статико-импульсной обработки (СИО) [3], осуществляемой в условиях сочетания периодического динамического и постоянного статического воздействия деформирующего инструмента на обрабатываемую поверхность. Глубина упрочнения при СИО может достигать 10 мм и более, что существенно выше, чем при традиционном резьбонакатывании.

После формирования резьбы лезвийной обработкой или резьбошлифованием для снятия растягивающих остаточных напряжений и, следовательно, повышения усталостной стойкости резьбонакатного инструмента, целесообразно проводить упрочняющую обработку поверхностным пластическим деформированием – дробеструйную, струйную абразивную [7], выглаживанием, иглофрезами и т.д. При этом характеристики упрочняющего инструмента и режимы обработки должны подбираться таким образом, чтобы исключить снижение точности или ухудшение шероховатости витков резьбы.

Наиболее существенным фактором, сдерживающим практическое применение подобной перспективной комбинированной технологии резьбоформообразования, является то, что ее технологические параметры (режимы, распределение припуска между резьбообразующими операциями и т.д.) в настоящее время слабо исследованы и технология еще недостаточно отработана. Проведение исследований в данной области является одним из основных направлений совершенствования резьбонакатного инструмента.

Литература

1. Бобров В. Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. М.: Машиностроение, 1982. - 104 c.
2. Захаренко И. П., Цахунова И. М., Белецкий Э. А. Шлифование резьбы инструмента кругами из кубонита. М.: Машиностроение, 1974. -144 c.
3. Киричек А.В., Афонин А.Н., Зайцев А.Н. Статико-импульсная обработка резьб и профилей // Известия Тульского государственного университета, 2000, Вып. 6. - С. 81 - 96.
4. Меньшаков В.М., Урлапов Г.П., Середа В.С. Бесстружечные метчики. М.: Машиностроение, 1976.- 167 с.
5. Полканов Е.Г. Шлифование резьбы высокопористыми абразивными кругами. // Технология машиностроения, 2002, №6. - с. 17-19.
6. Сельчуков А.Д. Технология изготовления плоских плашек и резьбонакатных роликов с секторами в условиях завода «Красная Этна» // Резьбообразующий инструмент. Труды конференции. М.: Типография НИИМАШ, 1968. - С. 167-173.
7. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьб. Справочник. М.: Машиностроение, 1989. – 192 с.