Накатка резьбы роликами: диаметр заготовки, станки, ролики и контроль

Что происходит при накатке

Ролики вдавливаются в заготовку, и металл из будущих впадин течёт к вершинам витков. Стружки нет: резьба получается перераспределением объёма. Способы получения резьбы в целом и место накатки среди них разобраны в статье «Как получить резьбу: метчик, резьбофреза, резец или накатка». Здесь — технология накатки наружной резьбы подробнее.

Что это даёт по данным производителей инструмента:

• Волокна не перерезаны. LMT Fette пишет, что при накатке течение волокон в профиле не прерывается, поэтому нет надрезов, от которых идут усталостные трещины. Wagner формулирует так же: ход волокон не прерывается, а только меняется.
• Боковые стороны витков уплотнены — прокатаны роликом. LMT Fette связывает с этим высокую усталостную прочность, износостойкость и коррозионную стойкость накатанной резьбы.
• Упрочнение. Холодная деформация повышает твёрдость и прочность поверхностного слоя — это наклёп. Wagner относит к преимуществам накатки улучшение шероховатости, прочности, твёрдости и износостойкости по сравнению с нарезанием.

Обратная сторона — на вершине витка может остаться складка из встретившихся потоков металла. Где из-за этого накатку не допускают, сказано в обзорной статье о способах резьбы.

Диаметр заготовки под накатку

Объём металла при накатке сохраняется: сколько ушло из впадины, столько пришло в вершину. Поэтому заготовку точат не по наружному диаметру резьбы, а примерно по среднему — у LMT Fette диаметр заготовки прямо назван близким к среднему диаметру резьбы.

Для метрической резьбы размеры стержней даёт ГОСТ 19256-73. Он устанавливает диаметры стержней для накатывания резьбы с профилем по ГОСТ 9150 и допусками по ГОСТ 16093; таблица 1 — для крупного шага, таблица 2 — для мелкого. Пример для поля 6g, крупный шаг:

Стержень чуть меньше номинального среднего диаметра: поле 6g само лежит ниже номинала. Для других полей в той же таблице свои значения. Для М10×1,5 это 9,04 мм под 4h, 9,02 мм под 6h, 8,96 мм под 6e, 8,93 мм под 6d. Поле допуска на чертеже определяет, по какой колонке точить. Обозначения полей — в статье «Обозначение резьбы на чертеже».

Почему допуск на заготовку жёсткий

Пример из руководства LMT Fette: заготовка больше на 0,01 мм — наружный диаметр резьбы больше примерно на 0,05 мм. Отсюда два практических вывода.

1. Диаметр стержня по ГОСТ — стартовая точка. LMT Fette отмечает, что отклонения вверх или вниз бывают нужны из-за того, как течёт конкретный материал, и из-за положения поля допуска. Точный диаметр подбирают на наладке по калибрам и замерам наружного диаметра.
2. Подобранный диаметр держат узко. Для своих тангенциальных головок LMT Fette требует выдерживать найденный диаметр заготовки в пределах ±0,015 мм. Это работа для микрометра, а не штангенциркуля.

Что будет при ошибке — следует из того же баланса объёмов. Заготовка мала — металла не хватает, вершины витков не заполнены и наружный диаметр мал. Заготовка велика — лишнему металлу некуда деваться: растут нагрузка на ролики и наружный диаметр, профиль переполняется.

Фаска, сбег и подготовка заготовки

Требования LMT Fette к заготовке для тангенциальных головок (разд. 5.2.1):

• Точить и снимать фаску в том же установе, непосредственно перед накаткой. Так заготовка вращается без биения относительно оси, по которой пойдёт резьба.
• Угол фаски γ = 10–30° к оси. Фаска под 30° после накатки превращается примерно в 45°.
• Меньший диаметр фаски di ≤ d3 − 0,1 мм, то есть ниже внутреннего диаметра резьбы. Для М10×1,5 с d3 = 8,160 мм это не более 8,06 мм.
• Большие фаски заметно сокращают стойкость роликов.
• Проточка под сбег резьбы рекомендуется; её ширина — по DIN 76-A.

Длина резьбы у тангенциальной головки ограничена роликами. С каждой стороны ролика — заходная фаска шириной в шаг P, поэтому наибольшая теоретическая длина резьбы равна рабочей ширине ролика минус 2·P (разд. 3.4). Если резьба идёт к буртику, ролик держат от него на безопасном расстоянии: при стандартном угле заходной фаски ролика 60° — 0,5·P (разд. 3.5).

Способы накатки

Тангенциальная головка. По описанию LMT Fette она работает методом врезания: головка подходит к вращающейся детали с постоянной подачей, резьба накатывается за несколько оборотов, после чего головка отводится. Нужен станок с автоматической подачей и проверка, не заденет ли головка буртик. Рабочий диапазон головок T18F и T27F — до 64 мм.

Осевая головка. У LMT три ролика с кольцевым профилем без шага; ролики наклонены так, что за полный оборот деталь и головка смещаются друг относительно друга на шаг резьбы. Резьба может быть любой длины. Головку ставят на револьверную головку или суппорт токарного станка, а также на шпиндель, если деталь неподвижна. Диапазон резьбонакатных головок LMT Fette — от 1,4 до 230 мм.

Время. Fette в обзорном каталоге приводит для М10×1,5 длиной 20 мм при 1600 об/мин время накатки порядка десятых долей секунды — от 0,19 до 0,56 с в зависимости от типа головки. Нарезание резцом того же профиля занимает несколько проходов, а резьбофрезой — отдельную траекторию.

Скорость вращения для накатки задаёт изготовитель головки или роликов для конкретного материала. Обороты по скорости удобно пересчитать в калькуляторе режимов резания.

Какой материал накатывается

Накатка требует пластичности. Требования LMT Fette (разд. 3.3):

Если свойства близки к границам, по LMT Fette всё решает объём деформации: мелкую резьбу можно накатать и за пределами, крупную — нет. В более раннем обзорном каталоге Fette в качестве нижней границы названо удлинение около 5 %, поэтому для пограничного материала ориентируйтесь на данные изготовителя именно ваших роликов и головки. Для полых деталей LMT указывает, что стенка между внутренним диаметром резьбы и отверстием должна быть не меньше 0,5 мм плюс половина глубины резьбы.

Удлинение и прочность конкретной плавки берут из документа о качестве на металл. Если деталь после накатки закаливают, это отдельная операция: закалённый материал уже не накатывается.

Как контролировать

Заготовка. Диаметр — микрометром: у первой детали после наладки и затем с согласованной периодичностью. Фаску и её меньший диаметр проверяют по чертежу технологической заготовки.

Резьба. Годность проверяют резьбовыми кольцами: проходное ПР свинчивается на всю длину, непроходное НЕ — не более чем на два оборота. Порядок применения и допуски калибров — в статье «Контроль резьбы калибрами».

Наружный диаметр. У накатанной резьбы он зависит от заготовки сильнее всего, поэтому его меряют отдельно — гладкой скобой или микрометром — вместе с осмотром вершин: не заполнены ли они и нет ли на них раскрытой складки.

Если на чертеже нет прямого указания, допускается ли накатанная резьба, спросите конструктора до запуска. По прочности и по складке на вершине накатанная и нарезанная резьба различаются, и некоторые отраслевые требования это оговаривают.