RU26019U1 - Резьбообразующее стержневое изделие - Google Patents

Abstract

1. Резьбообразующее стержневое изделие в виде криволинейного в поперечном сечении многогранного стержня с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными по контурной кривой, отличающееся тем, что контурная кривая, затылования на деформирующей грани, выполнена по контуру, определяемому из уравненийгде D- диаметр описанной окружности резьбообразующего стержня;k - величина затылования его деформирующей грани;φ - аргумент (0-360);n - число дугообразных граней многогранника;X, Y - оси координат.2. Резьбообразующее стержневое изделие по п.1, отличающееся тем, что криволинейный в поперечном сечении многогранный стержень с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными ко контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий бесстружечный метчик - раскатник с числом граней три и более.3. Резьбообразующее стержневое изделие по п.1, отличающееся тем, что криволинейный в поперечном сечении многогранный стержень с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными по контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий винт, болт или шпильку с числом граней три и более.

Description

В 21 НЗ/08 В 23 G 5/06 F 16 В 25/00

Резьбообразующее стержневое изделие

Предлагаемая полезная модель относится к обработке металлов давлением, к стержневым изделиям для формования внутренней резьбы методом пластической деформации - выдавливанием, а именно к метчикам бесстружечным раскатникам, а также к резьбовыдавливающим винтам, болтам и шпилькам.

Известны метчики для изготовления резьбы методом пластической деформации, описанные, например, в патентах РФ № 421445, МПК В 23 G 5/06, 1974 (1), № 715246, МПК В 23 О 5/06, 1987 (2), № 1569067, МПК В 21 Н 3/08,1990 (3), а также в книгах авторов Э.В. Рыжов, О.С. Андрейчиков, А.Е. Стешков «Раскатывание резьб. Машиностроение, Москва, 1974, стр. 17-18,33-40 (7) и авторов В.М. Меньшаков, Г.П. Урлапов, B.C. Середа «Бесстружечные метчики. Машиностроение, Москва, 1976, стр. 7 - 26 (8). Известные конструкции бесстружечных метчиков (раскатников) содержат стержень с резьбой полного профиля, состоящий из заборного и калибруюшего участков и хвостовик, при этом резьбоформирующая заборная и калибрующая части стержня по контуру их поперечного сечения могут быть как круглыми, так и многогранными, например, с чередующимися дугообразными деформирующими гранями (вершинами), затылованными по контурной кривой, причем контурные кривые затылования на гранях могут быть выполнены или по :Эксцентрику, или по дуге окружности, или в виде архимедовой спирали или их сочетаний, с применением различных форм кулачков, рассчитываемых по специальным формулам с множеством неизвестных параметров, например, радиусы шлифовального круга и заготовки метчика, величина затылования грани, эксцентриситет смещения кулачка, углы поворота детали и шлифовального круга, их окружные скорости, передаточное отношение рычажной системы станка и другие. Это усложняет расчеты и изготовление как детали, так и самого кулачка, контурные кривые которых ,uojr/KKbi быть высокой точности.

ка и хвостовика, резьбоформирующий участок содержит заборную и калибрующие части с контурной кривой поперечного сечения резьбового витка в форме криволинейного трехгранника с попеременно чередующимися дугообразными сторонами и дугообразными деформирующими гранями (верщинами), затылованными по радиусам. Диаметр по всем противолежащим точкам по окружности периметра криволинейного трехгранника, измеренный через центр, величина постоянная, т.е. R + г const., (аналог патента США № 3195156, НКИ 10/152, 1967 (5).

Изготовление резьбы метчика как инструмента требует очень высокой точности по всем ее параметрам, которая на порядок выше точности накатываемой им резьбы. Заготовка под накатку резьбы известной конструкции не удовлетворяет этим требованиям, к тому же при накатывании резьбы между плашками сумма размеров противолежащих радиусов (R + г) в любой точке вращения должна выдерживаться всегда постоянной, что не происходит в известном случае, появляются не прокатанные участки профиля и это ведет к снижению качества точности резьбы метчика, снижению его стойкости, а следовательно и качества накатываемой резьбы детали метчиком.

Резьба метчика, полученная накаткой по известной контурной кривой, не может иметь 100% полного профиля. Верщины резьбового витка метчика, образованные свободным течением металла, будут представлять двойной горб с впадиной удаление которого требует введения дополнительной операции обточки резьбы с последующей калибровкой.

В патентах США № 3195156, НКИ 10/152, 1967 (5) и № 4040328, НКИ 85/46, 1977 (6) описаны винты резьбовыдавливающие самостопорящиеся.

Конструкция стержня, описанная в указанных патентах, имеет в поперечном сечении форму криволинейного трехфанника (пятигранника) с тремя дугообразными гранями плавно переходящими в три дугообразные стороны. Грани и стороны выполнены по радиусам, где (г) - радиус кривизны грани, а (R) - радиус кривизны стороны - контурная кривая определяющая некруглость криволинейного трехгранного стержня, величина затылования (k). Величина общего зацепления резьбы винта с гнездом сопрягаемой детали при ввертывании по вершинам резьбового профиля составляет около 25% от общей длины окружности витка резьбы. Чем больше величина k , тем меньще сопротивление резьбообразованию и крутящий момент ввинчивания, тем меньЩе стопорящие свойства детали, с другой стороны, чем меньше величина k , тем выше сопротивление резьбообразованию и крутящий момент., тем больше стопорящие свойства детали. Стопорение в данном случае обеспечивается за счет плотною контакта вершин витков резьбы вворачиваемой детали с поверхностью накатываемой резьбы гнезда сопрягае.мой детали.

Контур профиля поперечного сечения трехгранного резьбового стержня, описанного в патентах США .№№ 3195156 и 4040328 подобен контуру профиля поперечного сечения, описанного в выше приведенном патенте США № 3802015 - бесстружечный метчик.

9

Недостатки известных конструкций резьбовыдавливающих винтов аналогичны большинству описанных выше для бесстружечного метчика. Дополнительным недостатком является то, что величина общего зацепления резьбы винта с гнездом сопрягаемой детали при ввертывании по вершинам резьбового витка составляет только 25% от обшей длины окружности витка резьбы, т.е. Ул длины окружности стержня находится вне зацепления со стенками гнезда. Последнее приводит к тому, что из-за высоких нагрузок при растяжении и кручении, стойкость вершин, их стопоряшие свойства будут недостаточны и резьбовое соединение с этой деталью может ослабнуть, оно будет ненадежным.

При приближении контура криволинейного профиля стержня к окружности (при небольшой величине некруглости k), стопоряшие свойства резьбы винта увеличатся, однако увеличится и крутяший момент резьбообразования из-за увеличения сопротивления трению.

За прототип принята конструкция резьбовыдавливаюшего стержневого изделия (бесстружечного метчика), описанная в патенте США №3802015, НКИ 10-152, 1974(4).

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции резьбовыдавливаюшего инструмента (бесстружечного метчика) обладающего более высокими прочностными характеристиками и небольшим крутящим моментом резьбообразования, улучшенным качеством резьбы, чистотой ее поверхности, а в конечном итоге - создание инструмента способного формировать резьбу в обрабатываемых деталях с высокой чистотой поверхности и повышенного класса точности.

Другой задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции резьбовыдавливаюшей детали (болт, винт, шпилька) обладаюшей более высокими стопоряшими свойствами и низким моментом.

Предлагаемая форма контура кривой затылования дугообразной деформирующей грани решает поставленные задачи - повышение стойкости инструмента, снижение шероховатости профиля, устранение с поверхности задиров, срывов витков и т. д., повышение чистоты поверхности и класса точности резьбы (на метчиках) и повышает стопоряшие свойства резьбы изделия и надежность резьбового соединения (с винтами), за счет увеличения площади плотного контакта сопрягаемых резьб, при постоянной величине некруглости k. Усилие резьбообразования нарастает плавно и более плавно происходит формообразование профиля резьбы в отверстии.

Все это достигается за счет изменения формы криволинейного контура дуги деформирующей грани, изменения направления контурной кривой затылования рабочего участка деформирующей грани инструмента.

В заявляемой конструкции резьбообразующего стержневого изделия, в виде криволинейного в поперечном сечении многогранного стержня с полнопрофильной резьбой с деформирующими гранями (вершинами), затылованными по контурной кривой, контурная кривая затылования каждой грани выполнена по контуру, определяемому из уравнений

Don - kk

X - cos Ф + - cos (n - I) Ф

22

Dpfi - kk

sin Ф - 81п(п-1)ф, где

22

Don- диаметр описанной окружности резьбообразующего стержня,

k- величина затылования деформирующей грани стержня.

Ф- аргумент (О - 360°),

п- число граней (вершин) многогранника,

X, у- оси координат.

Резьбообразующее стержневое изделие, в виде криволинейного в поперечном сечении многогранного стержня с полнопрофильной резьбой, с деформирующими гранями (верщинами), затылованными по контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий бесстружечный метчик.

Резьбообразующее стержневое изделие, в виде криволинейного в поперечном сечении многогранного стержня с полнопрофильной резьбой, с деформирующими гранями (верщинами), затылованными по контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий винт, болт или шпильку.

Предлагаемая конструкция контурной кривой поперечного сечения резьбовыдавливающего стержневого изделия на примерах бессаружечного метчика и резьбовыдавливающего винта была смоделирована на компьютере с максимальной точностью, все параметры и размеры приняты оптимальными для получения высококачественных изделий.

Заявителю и авторам не известны аналогичные конструкции резьбовыдавливающих стержневых изделий, включающие отличительные признаки заявляемой конструкции резьбообразующего стержневого изделия, что позволяет считать предлагаемую конструкцию соответствующей критериям «новизны и «существенные отличия, т.е. заявленное техническое решение соответствует изобретательскому уровню.

Сущность предлагаемой полезной модели и ее отличия от прототипа поясняются чертежами.

На фиг. 1 изображен общий вид резьбообразующего стержневого 113де.П1я предлагаемой конструкции (винт).

На фиг. 2 показано изделие на фиг. 1. вид со стороны торца.

На фиг. 3 изображен общий вид резьбообразующего изделия предлагаемой консфукции (метчик - раскатник).

профиля изделия предлагаемой формы в сравнении с известной формой кривой (прототип).

Обозначения на чертежах.

Бесстружечный метчик (раскатник) 1, резьбовыдавливающий винт 2, с полнопрофильной резьбой, верхние точки 3 контура поперечного сечения резьбообразующей части метчика - дугообразных деформирующих граней (вершин), нижние точки 4 его контура - дугообразных сторон криволинейного трехгранника, описанная окружность 5 - наружный диаметр стержня, величина затылования 6 вершины грани 3, (некруглость стержня), дугообразные деформирующие вершины 7 резьбовыдавливающего винта 2, его дугообразные стороны 8, контурная кривая профиля 9 предлагаемой формы, контурная кривая 10 известная прототипа.

Расчет контурной кривой на примере бесстружечного метчика.

Берем известные величины - диаметр описанной окружности резьбового стержня (Don), величину затылования (k), число граней (п). Принимаем Don 8 мм., k 1.14 мм., метчик трехгранный п 3. Данные подставляем в формулы и определяем контур контурной кривой затылования граней метчика, профиль его поперечного сечения.

8 - 1.141.14

X cos ф + - cos (3 - 1) ф

22

8 - 1.141.14

Y siпф - sin(3-l)ф

22

Меняя значения известных параметров Don, k, n мы можем рассчитать и контур кривых для 4,5,6,12 и п-гранных изделий разных типоразмеров. Например, для 6-гранных, при Don-Ю мм, k 0.48мм. и п 6

10 -0.480.48

Х cos ф + - cos(6-l)ф

22

10 - 0.48 0.48 Y sin ф - sin (6 - I) d)

22

Такая же схема расчета и для резьбокыдавливающих винтов.

На заводе ОАО «Этна был изготовлен бесстружечный метчик - раскачник М 8 - 6Н предлагаемой формы контурной кривой затылования деформирующей грани, чертеж ИС - 9014, под гайку М8. Раскатная часть метчика

сталь PI8 HRC 63-66, хвостовик сталь 40X HRC 37-47, величина затылования грани k. 0.48MM., D,,ap. 8.15 мм.

Проведенные испытания по накатыванию резьбы на гайках М 8 из стали 20КП, показали высокие рабочие характеристики метчика предлагаемой конструкции. При вворачивании в гладкое отверстие вершины резьбы метчика плавно внедряются в стенку отверстия и выдавливают в нем резьбу. Результаты испытаний показали на снижение усилия раскатки, улучшение качества резьбы: Чистота поверхности Ra до 9- 10 класса, степень точности 6Н . За счет снижения усилий раскатывания повысилась стойкость метчика.

Были изготовлены резьбовыдавливающие болты с фланцем СП М 8 х 16, деталь № Е 24508 и СП М8 х 20, деталь № Е 24510, сталь 20Г2Р. Высадка на холодновысадочном автомате 1ЗВА10 Ф, накатка резьбы на автомате АРП8А., моток круг 9мм., Don стержня 8.13мм., k 0.25 мм.

Проверка показала увеличение длины криволинейной образующей 9 контура резьбового витка на 3.8мм., или на 15.4%, при этом площадь поперечного сечения одного витка увеличилась на 1.07 кв. мм. или на 2.2%. Испытания показали увеличение стопорящих характеристик болта при низком крутящем моменте резьбообразования в сопрягаемой детали.

Полученный при испытаниях положительный результат позволяет сделать вывод о «промышленной применимости предложенной конструкции резьбообразующего стержневого изделия с контурной кривой резьбового витка предлагаемой формы.

Claims (3)

1. Резьбообразующее стержневое изделие в виде криволинейного в поперечном сечении многогранного стержня с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными по контурной кривой, отличающееся тем, что контурная кривая, затылования на деформирующей грани, выполнена по контуру, определяемому из уравнений

где D_on - диаметр описанной окружности резьбообразующего стержня;
k - величина затылования его деформирующей грани;
φ - аргумент (0-360^o);
n - число дугообразных граней многогранника;
X, Y - оси координат.

2. Резьбообразующее стержневое изделие по п.1, отличающееся тем, что криволинейный в поперечном сечении многогранный стержень с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными ко контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий бесстружечный метчик - раскатник с числом граней три и более.

3. Резьбообразующее стержневое изделие по п.1, отличающееся тем, что криволинейный в поперечном сечении многогранный стержень с полнопрофильной резьбой с дугообразными деформирующими гранями, затылованными по контурной кривой, представляет по форме резьбовыдавливающий винт, болт или шпильку с числом граней три и более.