Методы образования внутренних резьб пластическим деформированием .

 

Преимущества :

1. волокна не перерезаются;
2. металл получает поверхностный наклеп ;
3. повышается прочность резьбового соединения ;
4. волокна металла располагаются по профилю резьбы .
5. размеры выдавленной резьбы по сравнению с нарезанной более стабильны и укладываются в поле допуска степени точности 4Н5Н и 5Н6Н;
6. боковые стороны резьбового профиля имеют меньший параметр , чем нарезанного профиля ;
7. стойкость выдавливающего инструмента в два – десять раз выше чем при нарезании;
8. производительность увеличивается до 300% за счет исключения операции удаления стружки и увеличения окружной скорости инструмента до 30 м/мин ( вместо 8…20 м/мин при нарезании );
9. возможность получения резьб в глухих отверстиях ( ввиду отсутствия стружки ) ;
10. статическая и усталостная прочность резьбы повышается ;
11. экономия металла при получении внутренних резьб в деталях из алюминиевых сплавов , с предварительно отлитыми под резьбу отверстиями .

Недостатки особые требования:

1 к инструменту для деформирующему инструменту ;

2. к диаметрам отверстий под резьбу ;

3. к режимам деформации и смазки .

Основные способы получения внутренних резьб пластическим деформированием :

- применение самонарезающих винтов и шпилек ;

- раскатывание роликовыми головками ;

- применение бесстружечных метчиков .

Самонарезающиеся винты и шпильки имеют форму многогранника для легкого ввертывания в отверстие .Этот способ рекомендуется для ки изготавливаются из закаленной стали и имеют в поперечном сечении форму округленного ввинчивания стальных шпилек в корпусные детали из цветных сплавов .

Недостатки :

- высокая стойкость винтов и шпилек ;

- большое потребное усилие ввинчивания ;

- необходимость точного центрирования шпилек во избежание перекоса при сборке .

Роликовые головки нашли применение при получении резьб диаметром от 30 мм и выше .

Для образования более распространенных в промышленности внутренних резьб диаметром до 20 мм и шагом до 2 мм , длиной до 2 d нашли применение методы выдавливания с помощью бесстружечных метчиков .

В подготовленное отверстие ввинчивается бесстружечный метчик с профилем резьбы , соответствующей заданному профилю .

 

 

Под действием крутящего момента вершины витков конической заборной части метчика внедряются в поверхность отверстия заготовки , образуя на ней впадины резьбы , а вытесняемый металл , перемещаемый в радиальном направлении ( в зону между витками инструмента ) , постепенно увеличивает высоту резьбового профиля гайки .Т.к. в поперечном сечении метчик имеет затылованную форму , в каждый момент времени резьбовой виток на заготовке выдавливается не по всей окружности . а лишь на определенной ее части .В отличие от режущих метчиков бесстружечные не имеют на рабочей части продольных канавок , образующих режущие кромки .Угол заборной части φ рекомендуется 2…4 град – для сквозных отверстий и 7…10 град – для глухих .

Исполнительные размеры инструмента определяются по следующим формулам :

1. наружний диаметр бесстружечного метчика :

 

dо = (D + 0,102Р + Δо)_{- Δо} ,

где Δо – допуск на изготовление диаметра Δо .

1. средний диаметр резьбы бесстружечного метчика :

 

dсрмах= (D2 +0,65b + Δ2)_{- Δ2} ;

dсрмин = D2 +0,65b ,

 

где b – допуск на D2 соответствующей степени точности , Δ2 – допцуск на изготовление диаметра dср .

1. длина заборного конуса метчика :

 

Ll = 0,5(d вн – dт) tgφ ;

 

где dт- диаметр переднего торца метчика .

1. степень точности метчика :

 

 

Степень точности метчика	Н1	Н2	Н3	Н4	1G	2G
Степень точности обрабатываемой резьбы	4H	5H	6H	7H	6G	7G

 

Для предварительного определения диаметра отверстия под резьбовыдавливание рассчитывают :

 

dотв = (D – 0,6 Р ) ^+0,1Р,

 

где D – наружный диаметр выдавливаемой резьбы .

 

Допуски на изготовление dотв соответствуют 3…4 классу точности на изготовление резьб .Конусность и овальность dотв должна выдерживаться в пределах допуска на их изготовление , а параметр шероховатости – не ниже Rz = 40 мкм . Приемлимым процессом получения отверстий под выдавливание является сверление с направлением в кондукторной втулке . Номинальный размер спирального сверла принимают равным номинальному размеру отверстия .

Для изготовления бесстружечных метчиков применяют стали Р18 , Р9К5 , Р9Ф5 , Х12М , Х12Ф1 с твердость после термической обработки 63…66 НRС . Хвостовики изготавливают из сталей 40Х и 45Х с твердостью 37…51 НRС .

Скорость выдавливания выбирают как :

 

 

	Dн , мм	V , м/мин
Для машинных метчиков (Р=2мм)	До 16	14…22
Для машинных метчиков (Р=2мм)	Более18…27	20…30
Для гаечных (Р менее 1мм)	Менее 10	12…15
Для машинных метчиков (Р менее 1 мм)	Более 10	10…16

 

 

В качестве смазки лучше всего подходит эмульсия :

Кашалотовый жир , олеиновая кислота и 40% хлорированный парафин .

 

Операции накатывания зубчатых профилей позволяют :

1. максимально приблизить заготовку по форме и размерам к готовому изделию ( при горячем накатывании крупномодульных зубчатых колес ) ;
2. образовывать готовый профиль зуба на детали ( холодное накатывание зубьев и шлицев );
3. выполнить операции окончательной обработки после механической обработки или предварительного накатывания вместо шевингования .

 

Усилие накатывания можно определить как :

 

Рr = рср Fк ;

 

рср = 2,97βσί ; β = 2(ε1-ε2)/3εί ;

 

Fк = [3+3,6Δh/m0,01(z1+z2-50)]mb,

Где Δh/m- величина относительного обжатия , z1,z2 – число зубьев накатного ролика и накатываемой детали .

Диаметр исходной заготовки при накатывании прямобочных шлицев :

dзаг=2(Sзаг/π)^½ ;

где Sзаг – площадь поперечного сечения заготовки .

 

Для определения исходного диаметра заготовки при накатывании мелкомодульных зубчатых колес с эвольвентным профилем :

 

dзаг = m_n(z_κ-0,14)+(K_н±ξm_n) ,

где m_n – нормальный модуль ; z_κ- число зубьев накатываемого колеса ; K_н- размер припуска по высоте зуба ; ξ – коэффициент высотной коррекции .

 

Обкатка роликом листовых заготовок на оправке .

 

 

 

Возможности метода ограничиваются толщиной стенки в 25 мм . Диаметры получаемых тел вращения могут достигать от 10 мм до нескольких метров .Достигаемое утонение стенок – до 50% и точность – до 0,05 мм.

Достоинства метода :

- из за локального приложения нагрузки имеет место значительное снижение мощности применяемого оборудования по сравнению ,например , с операциями вытяжки;

- быстрота настройки на очередной типоразмер изделия ;

- высокая чистота наружной поверхности и точность диаметральных размеров .

Заготовками для обкатки могут быть :

- заготовки вырубаемые из листа ;

- вытянутые заготовки;

- поковки горячей объемной штамповки;

- отливки;

- сварные заготовки.

Основные схемы обкатки :

 

Экономическая целесообразность применения обкатки роликом :

 

 

 

0 1 2 3 4

 

 

1 – обкатка роликом ; 2- вытяжка в штампе .

 

 

Основные конфигурации изделий получаемых обкаткой роликом :

 

 

 

 

Процессы штамповки обкатыванием позволяют деформировать наружные , внутренние и торцевые поверхности полых и сплошных металлических заготовок . При их реализации можно осуществлять формоизменяющие операции высадки , обратного и прямого выдавливания .
Эти процессы могут осуществляться на установках торцевой раскатки или на сферодвижных прессователях .

На торец вращающейся заготовки 1 усилием Р воздействует цилиндрический свободно вращающийся валок 2 . В результате за каждый оборот заготовки происходит осадка выставленной из матрицы части заготовки на некоторую величину единичного обжатия (0,2…1,0 мм) . Окончательное оформление детали происходит за 10…30 оборотов . Ограничение радиального течения материала в сторону центра или перефирии с помощью оправки 4 или матрицы 3 обеспечивает получение деталей только с наружными или внутренними буртами .

Большие технологические возможности штамповки обкатыванием обеспечивает деформирующий инструмент выполненный в виде конического валка , расположенного под углом к оси вращения заготовки .Этот валок позволяет производить не только операции высадки но и обратного выдавливания , а также прямого выдавливания и раздачи . в установках для торцевой раскатки угол наклона оси вращения валка к оси вращения заготовки ψ составляет 5….15 град.

 

 

2 γo 2

4 1

 

 

1 3

 

 

1- заготовка ; 2- раскатной валок (ролик ) ; 3- матрица ; 4 – оправка .

 

При дефомировании заготовок на сферодвижном прессователе заготовка устанавливается в неподвижной матрице , а деформирующий валок обкатывает заготовку . Угол наклона оси пуансона к оси заготовки составляет до 3 град . Процессы штамповки обкатыванием по сравнению с традиционными процессами штамповки позволяют в 10..15 раз снизить усилие деформирования . Особенно это эффективно при изготовлении низких заготовок (диаметр/высоту = 10 и более ) или для заготовок с тонкостенными элементами . В этом случае значительно снижается напряжение на контакте инструмента и заготовки .

Обычно рср = (2,5….4,0)σs ; а площадь контакта с кольцевой заготовкой :

Fк= 0,5αк (Rн²-Rвн²) ;

где αк= {2Δhitg (π/2-γo)/[Rн(1+δ/Rн)]}½+ рср/ tg (π/2-γo)/χ;

δ- смещение центра валка относительно оси заготовки ;

γo – начальный угол наклона оси валка к оси заготовки ;

χ = πЕ/[16(1 +ν²)];

Е – модуль упругости ;

ν- коэффициент Пуассона .

Низкая стоимость оснастки , незначительное время подготовки производства , использование оборудования небольшой мощности для изготовления крупногабаритных деталей дают возможность применять эти процессы и в мелкосерийном производстве .

 

 

Технологические переходы внедренного процесса получения полой детали с дном и фланцем имеют следующий вид :

 

 

 

 

По старой технологии деталь выполнялась точением из медного прутка диаметром 75 мм на универсальном металлорежущем оборудовании . По новой технологии исходным материалом служит труба из меди марки МОб диаметром 65 мм с толщиной стенки 7,5 мм . На мерные заготовки трубы разрезают на пилах либо на токарных автоматах резцом или роликом . Затем заготовки отжигают , промывают , смазывают и направляют на операцию холодного выдавливания . Формообразование дна и фланца детали производится после холодного выдавливания без промежуточного отжига методом сферодвижной штамповки

По следующему режиму : усилие штамповки – 90 КН ,;

число колебаний пуансона – 16.

При данном процессе можно достигнуть полного закрытия в дне стакана увеличив количество колебаний до 20.

Приданной технологии экономится до 1 кг меди на одно изделие , а трудоемкость токарных работ – на 46% .

 

 

 

Основными деформирующими элементами штампа являются : пуансон 12 , прикрепленный тремя болтами 13 к торцу водила сферодвижного механизма , бандажированная матрица 11 , нижний пуансон 10 и упор выталкиватель 9 . Детали 2,5, 6,7 и 8 служат для крепления и центровки деформирующих элементов и размещения выталкивающего устройства , состоящего из трех стержней 4 и, трехгранной звездочки 3 и толкателя 1 , которые приводятся в действие выталкивателем пресса .

 

Гидравлическая штамповка трубчатых заготовок .

Это процесс пластического формоизменения форы трубчатой заготовки , при корой часть силовой схемы создается высоким гидростатическим давлением , воздействующим на внутреннюю поверхность трубчатой заготовки .В этих процессах жидкость играет роль универсального формообразующего инструмента . Это дает возможность получать высококачественные цельноштампованные детали , в том числе и весьма сложной δ/Rпространственной формы ( типа крестовин , тройников , гофр , корпусов задних мостов автомобилей ) , которые ранее изготавливались сваркой из нескольких элементов литьем ли вообще не могли быть изготовлены в их современном виде ( полые коленвалы ) .

 

 

2 1 Fc

 

Fa Fa

 

3

 

 

 

 

4

Fs

 

 

В данной схеме заготовка подвергается одновременному нагружению внутренним давлением жидкости и деформированию жесткими пуансонами в осевом направлении . Заготовку 1 помещают в полость жесткой разъемной матрицы 2 . Форма и размеры этой полости соответствуют таковым у штампуемой детали . Матрицы смыкают и сжимают некоторым усилием Fc , предотвращающим ее раскрытие при штамповке . Полость заготовки заполняют рабочей жидкостью . К торцам заготовки подводят осевые пуансоны 3 , которые вдавливают в торцы заготовки и уплотняют ее полость . Затем осуществляют осевое сжатие заготовки пуансонами , подавая одновременно в полость заготовки жидкость высокого давления р .

Под действием внутреннего давления р и усилия осевого сжатия Fa материал заготовки переходит в пластическое состояние. Стенка трубы прогибается и заполняет полость матрицы формируя деталь. В отдельных случаях растягивающие напряжения могут превзойди допустимые и разрушить стенку в зоне формообразования . В таких случаях вводят подпор стенки в зоне возможного разрушения . Подпор производят с помощью жесткого инструмента 4 , воздействующего на стенку усилием Fs. Возможен также подпор жидкой и эластичными средами или пластичным металлом .

Давление жидкости в полости заготовки является наиболее важным технологическим параметром , определяющим ход и результат деформирования . Для расчета рабочего давления жидкости при гидравлической штамповке тройников с относительной толщиной стенок 0.05…0,17 можно использовать зависимость :

р >0,13σs+0,15σst/d' ,

где t – толщина стенки заготовки у вершины отвода ; d' = d – t - средний диаметр отвода .

Усилие подпора определяется как :

Fs= р π (d'- s )²/4 – (0,6….0,7) σв π(d'- s ) s .

Усилие смыкания :

Fс = (р + β σs s / (d - 2 s)) d(Нί ) + р d' (d+ nb) ,

где Нί – текущая высота штампуемой детали ; b – высота отвода ; n – количество отводов .

 

Усилие штамповки :

Fа = π {qd²/4+ βσs[0,75(d-sі)sі + d²/8 Ln(d/(d-2sі))]+0,5μd(H1- d')(p+βσs s /(d-2sі))} ;

где β = 1,15 ; Н1 – длина детали ; μ – коэффициент трения .

 

Точность и шероховатость поверхности изделия , получаемого гидроштамповкой завися от соответствующих параметров штамповой оснастки , материала заготовки , условий штамповки ( со смазкой или без ее ) и находятся в пределах 8…11 квалитета и шероховатость 2,5…10 мкм .

После гидравлической штамповке деталь подвергается механической обработке ( подрезка торцев , отрезка дна отвода , нарезание резьбы ) .

Используемый для гидроштамповки инструмент несложен в изготовлении . материалом для него служат стали широко применяемые в штампах холодной листовой штамповки :

- пуансоны – из сталей типа Х12М ;

- матрицы – из сталей У10…У12 .

Шероховатость рабочих поверхностей матриц и пуансонов Rа= 1,25 мкм , а их твердость 52…56 НRС.

Стойкость инструмента при этом равна или больше стойкости инструмента для холодной листовой штамповки .

В качестве установок для гидроштамповки фитингов применяют специализированные гидравлические пресса типа ПГШФ-40 .

Технические характеристики пресса ПГШФ-40 :

 

 

Для изготовления гидравлической штамповкой полых деталей без отводов применяют следующие схемы :

Гидравлическая штамповка с осевой осадкой заготовки .

Трубную заготовку 1 устанавливают в полости разъемной матрицы 2 . После этого матрицу смыкают и удерживают в сомкнутом состоянии с помощью ползунов пресса . Затем производят герметизацию полости заготовки пуансонами 3 и 4 , которые специальными выступами вдавливаются в ее торцы . Деформирование производится осевой осадкой пуансонами с одновременной подачей жидкости высокого давления в ее полость . Достигаемый коэффициент раздачи составляет 1,2…1,6 .

 

Для получения больших коэффициентов раздачи применяют гидравлическую

штамповку с осевой осадкой заготовки и продольным обжимом раздаваемой заготовки .

Сущность этого метода заключается в следующем . Трубную заготовку 1 устанавливают в полость разъемной матрицы 2 , которая состоит из четырех передвигающихся в продольном направлении вкладышей 3,4,5, и 6.Герметизируя полость заготовки осевыми пуансонами 7 и 8 , производят ее предварительную раздачу . После этого буртами пуансонов приводят в движение вкладыши 3,4,5 и 6 , которые перемещают металл в зону раздачи . Осадка заготовки пуансонами , продольный обжим подвижными вкладышами и раздача жидкостью высокого давления происходят одновременно . При этом раздача средней части заготовки осуществляется без утонения стенки , что достигается в результате перемещения металла от торцов заготовки подвижными вкладышами .

Преимуществами этого способа являются возможность достижения высоких значений коэффициента раздачи путем создания благоприятной схемы течения металла при минимальном утонении стенки . а также возможность изготовления деталей типа сильфонов с регулярно повторяющимися поперечными гофрами .

 

 

 

 

В случае необходимости получения изделия с эксцентриситетом применяют следующую схему гидростатической штамповки с осевой осадкой и поперечным деформированием заготовки .

 

В процессе штамповки форма оси заготовки изменяется и из прямолинейной становится ступенчатой . Такое изменение происходит под воздействием осевой осадки заготовки 1 пуансонами 4 и усилия со стороны вкладышей 3 разъемной матрицы 2 , прикладываемого в поперечном относительно оси заготовки направлении . Жидкость поступающая под давлением в полость заготовки , препятствует появлению складок , а также способствует сохранению формы ее поперечного сечения . Перемещение осевых пуансонов 4 и поперечных вкладышей 3 должны осуществляться в определенной последовательности и согласовано.

Вместо жесткого подпора раздаваемой части , который трудно обеспечивать , может быть использован подпор подпор жидкой или эластичной средой .

Первую подают в полость матрицы таким образом , чтобы она воздействовала на наружную поверхность заготовки . Это позволяет достигать значительных величин коэффициента раздачи (Кр = 2 ) , без утонения стенок заготовки .Использование жидкостного подпора существенно расширяет технологические возможности этого метода , так как позволяет снизить растягивающие напряжения на стенках раздаваемой части заготовки .