Фрезерование рифлений роликовыми державками: особенности, технические рекомендации

Содержание:

1. Сравнение методов накатки: пластическое деформирование и резание
2. Почему выбирают накатку резанием
3. Подбор рисунка
4. Режимы резания
5. Установка инструмента и подготовка к работе
6. Полезные советы

Накатка рифления — это операция по созданию регулярного рельефного рисунка на поверхности детали.

Рифление поверхностей на металле находит такое применение:

• Обеспечивает надежный захват рукой (на рукоятках инструментов, маховиках, регулировочных винтах, спортивном снаряжении).
• Служит декоративным элементом, улучшая внешний вид изделия.
• Улучшает условия зацепления в механических передачах.

В машиностроении применяют два принципиально разных метода получения рифления:

1. Пластическое деформирование (накатка давлением).
2. Резание (накатка режущими роликами).

Выбор метода зависит от конструкции детали, свойств материала, требований к точности и типа станка.

Сравнение методов накатки: пластическое деформирование и резание

• Накатка давлением

Вращающиеся ролики вдавливают рисунок в металл, вытесняя материал. Стружка при этом не образуется, но диаметр детали увеличивается примерно на половину шага накатки.

Плюсы: высокая производительность и простая настройка.

Минусы: значительные радиальные нагрузки (метод не подходит для тонкостенных и нежестких деталей), наклеп поверхностного слоя и нарушение структуры металла, что ведет к концентрации напряжений.

• Накатка резанием

Державка с одним или двумя режущими роликами срезает металл, образуя стружку. Острые кромки не выдавливают, а именно срезают материал.

Преимущества:

• Минимальная нагрузка на заготовку и шпиндель.
• Исходный диаметр детали сохраняется.
• Чистая поверхность без наклепа и заусенцев.
• Возможность безопасной обработки тонкостенных заготовок и трубок.

Этот метод оптимален для токарных станков с ЧПУ. Он применяется для конструкционных сталей, цветных металлов и пластиков.

Важное ограничение: накатка резанием не подходит для нержавеющих и жаропрочных сталей. Высокая вязкость этих материалов приводит к налипанию стружки на режущие кромки и быстрому разрушению ролика.

В этой статье мы подробно разберем технологию, выбор инструмента и режимы накатки резанием.

Почему выбирают накатку резанием

Главная особенность — можно обрабатывать даже тонкостенные заготовки и трубки малого диаметра без риска деформации. Силы, действующие на деталь, в разы меньше, чем при пластическом деформировании.

Высокая точность и чистота получаемой поверхности – материал не деформируется, а срезается, и на поверхности не образуются наклеп и остаточные напряжения. Диаметр заготовки после накатки резанием остается практически неизменным, что упрощает расчет припусков и позволяет выполнять накатку на финишной операции после чистового точения.

Однако метод имеет и свои ограничения:

• Накатка резанием применима только для цилиндрических поверхностей при осевом направлении подачи инструмента.
• Обработку невозможно начинать непосредственно от буртика или уступа — необходимо либо начинать с торца детали, либо предварительно проточить канавку достаточной ширины.
• Требуется высокоточная настройка инструмента и тщательная подготовка заготовки, включая обязательное выполнение фаски на торце.
• Процесс сопровождается образованием стружки, что требует организации эффективной подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

• Выбор инструмента

Для накатки резанием применяются специальные державки с твердосплавными роликами или выполненными из быстрорежущих сталей. По конструкции они делятся на два основных типа:

1. Однороликовые державки

Инструмент с одним режущим роликом.

Применение: Идеальны для накатки рифления на коротких, жестких деталях или, когда деталь надежно зажата в люнете или поджата задним центром. Однороликовая накатка позволяет получить рифления прямого и винтового профиля.

2. Двухроликовые державки

Состоят из двух роликов, расположенных на одной линии, выше и ниже оси державки накатки.

Применение: на токарных станках всех типов, включая автоматы продольного точения. Формируют сетчатые рифления различных шагов и углов наклона. Для накатки рифления на коротких, жестких деталях или, когда деталь надежно зажата в люнете или поджата задним центром.

Подбор рисунка

Ролики выпускаются с двумя различными профилями:

1. Прямые (параллельные оси)

2. Косые (под углом)

• Типы и геометрия режущих роликов

В режущей накатке применяются ролики с различной геометрией зубьев. Правильный выбор профиля определяет функциональность и внешний вид готовой детали.

1. Ролик типа AA (прямая насечка)

Технические параметры:

Угол наклона зубьев: 0° (строго параллельно оси вращения)

Тип рисунка: Прямые параллельные линии

Направление: Нейтральное (не имеет направления)

Применение:

Ролик типа AA подходит для получения рифления RAA30° на однороликовой державке (правая или левая) и на двухроликовой державке получается сетчатый профиль RGE30°.

2. Ролик типа BL15° (Левая спираль, 15°)

Технические параметры:

Угол наклона спирали: 15°

Направление: Влево (левая навивка)

Обозначение: BL15°

Применение:

Ролик с левым спиральным рисунком используется исключительно в паре с роликом BR15° в двухроликовых державках. Совместная работа двух роликов формирует на поверхности детали перекрестное ромбическое рифление.

Комбинация для получения рифления:

BL15° + BR15° = RGE45° (ромбическая сетка с углом 45°)

3. Ролик типа BL30° (Левая спираль, 30°)

Технические параметры:

Угол наклона спирали: 30°

Направление: Влево (левая навивка)

Обозначение: BL30°

Применение:

Ролик с увеличенным углом спирали (30° вместо 15°) применяется для формирования ромбического рифления с более вытянутой ячейкой. Используется в паре с роликом BR30° в двухроликовых балансированных державках.

Комбинация для получения рифления:

BL30° + BR30° = RGE60° (ромбическая сетка с углом 60°)

4. Ролик типа BR15° (Правая спираль, 15°)

Технические параметры:

Угол наклона спирали: 15°

Направление: Вправо (правая навивка)

Обозначение: BR15°

Применение:

Ролик с правым спиральным рисунком работает в паре с роликом BL15°. При одновременном врезании двух роликов под углом 15° к оси детали формируется классическое ромбическое рифление RGE45°, обеспечивающее максимальный противоскользящий эффект.

Комбинация для получения рифления:

BR15° + BL15° = RGE45° (ромбическая сетка с углом 45°)

5. Ролик типа BR30° (Правая спираль, 30°)

Технические параметры:

Угол наклона спирали: 30°

Направление: Вправо (правая навивка)

Обозначение: BR30°

Применение:

Ролик с увеличенным углом правой спирали (30°) используется в паре с BL30° для получения ромбического рифления с углом 60°. Такой профиль создает более крупную и глубокую ячейку по сравнению с RGE45°, что усиливает противоскользящие свойства поверхности.

Комбинация для получения рифления:

BR30° + BL30° = RGE60° (ромбическая сетка с углом 60°)

• Расчет соотношения шага накатки и диаметра заготовки

Точное соотношение числа зубьев накатного ролика к длине окружности заготовки является критически важным фактором, влияющим на качество профиля и срок службы инструмента. На практике этим параметром часто пренебрегают, определяя шаг накатки без учета его зависимости от диаметра заготовки.

Когда соотношение числа зубьев и диаметра заготовки рассчитано верно, накатной ролик работает в штатном режиме. Режущие кромки равномерно снимают материал, формируя четкий профиль с острыми вершинами зубьев и прямыми стенками канавок. Срок службы инструмента соответствует паспортным значениям.

Для определения точного соотношения числа зубьев накатного ролика к длине окружности заготовки необходимо:

• Рассчитать длину окружности заготовки: L = π × D
• Определить требуемое число зубьев на окружности: Z = L / P, где P — шаг накатки
• Проверить, чтобы число Z было максимально близким к целому числу
• При необходимости скорректировать диаметр заготовки или выбрать ролик с другим шагом.

Правильный расчет соотношения шага накатки и диаметра заготовки — залог чистого профиля, стабильного качества и максимального срока службы режущих роликов.

 Режимы резания

Чтобы получить чистое рифление и не сломать дорогостоящий инструмент, нужно строго соблюдать режимы резания:

Скорость резания (Vc). Обычно она в 2–3 раза ниже, чем при чистовом точении той же заготовки. Для сталей это, как правило, 30–60 м/мин, для цветных металлов и пластиков — до 100–150 м/мин. Превышение скорости ведет к быстрому износу роликов и «смазыванию» рисунка.

Глубина резания или глубина вдавливания (ар). Критически важный параметр! Величина параметра ар, в пересчёте на диаметр, должна строго соответствовать шагу накатки (например, 0.5 мм, 0.8 мм и т.д.). Если глубина резания (на диаметр), будет меньше шага, профиль рифления получится не полным. Если величина ар превысит значение шага, диаметр накатанной поверхности уменьшится, профиль накатки не получится качественным и возможно выкрашивание ролика.

Установка инструмента и подготовка к работе

• Однороликовая накатка

 Требования к заготовке:

Конструкция державки

На фото ниже показаны основные узлы однороликовой державки:

1. Установите в накатку ролик, подходящий под Ваши требования и выбранный с учетом данных рекомендаций.

2. Ослабьте осевой винт. С помощью двух винтов и шкалы регулировки, установите положение головки таким образом, чтобы нулевая риска на головке совпадала с риской на державке. Затяните осевой винт.

3. Отрегулируйте накатку по оси вращения изделия, используя в качестве ориентира одну из специальных баз- риску или верхнюю плоскость державки.

4. Закрепите инструмент в резцедержателе.

5. С небольшим усилием прижмите накатной ролик к вращающейся детали.

6. Проверьте правильность настройки заднего угла накатки по отпечатку ролика на вращающейся детали.

7. В случае необходимости, отрегулируйте задний угол специальными регулировочными винтами в державке.

8. Задайте режимы резания, ориентируясь на табличные значения

9. Подведите инструмент к вращающейся заготовке.  И включите СОЖ.

10. На рекомендованной подаче подайте инструмент на глубину резания ар и сделайте рабочий ход.

11. Если профиль получившейся накатки не параллелен оси детали, отрегулируйте угол наклона головки.

Также рекомендуем посмотреть наше видео, в котором наглядно показываем, как отрегулировать винты державок для накатки от CNCM:

• Двухроликовая накатка

Требования к заготовке:

Конструкция державки

На фото ниже показаны основные узлы двухроликовой державки:

1. Установите в накатку ролики, подходящие под ваши требования и выбранные с учетом данных рекомендаций.

2. Настройте ролики на нужный диаметр обработки. Для этого ослабьте винты фиксации направляющих и поверните их до совпадения указателя и соответствующей, нужному диаметру, риски шкалы настройки диаметра. Затяните винты фиксации направляющих.

3. Зажмите накатку в гнездо резцедержателя и выставьте ее головку по оси центров изделия. Для этого необходимо ослабить винт-фиксатор. Используя установочные винты и шкалу установки соосности, добейтесь как можно более точного совпадения оси головки накатки и оси центров изделия. Затяните винт-фиксатор.

4. Проверьте точность установки головки накатки относительно оси изделия. Для этого, коснитесь роликами вращающейся заготовки. Если ролики не касаются заготовки одновременно, произведите корректировку настройки соосности инструмента и изделия.

5. Проверьте правильность настройки заднего угла накатки по отпечатку ролика на вращающейся детали.

В случае необходимости, отрегулируйте задний угол специальными регулировочными винтами в державке.

6. Задайте режимы резания, ориентируясь на табличные значения.

7. Подведите инструмент к вращающейся заготовке. И включите СОЖ.   

8. На рекомендованной подаче подведите инструмент на глубину резания ар и сделайте рабочий ход.

Техническая информация:

Полезные советы

Накатка резанием позволяет получить точное рифление без изменения диаметра детали и без наклепа металла. Этот метод оптимален для конструкционных сталей, цветных металлов и пластиков на токарных станках, включая оборудование с ЧПУ.

Чтобы инструмент служил долго, а профиль получался чистым, мы собрали главные практические правила в одну памятку:

• Считайте, а не подбирайте. Перед заказом ролика проверьте соотношение шага и диаметра заготовки. Если число зубьев не целое — немного измените диаметр детали.
• Готовьте заготовку. Фаска на торце и канавка перед уступом обязательны. Без них ролик будет скалываться.
• Соблюдайте режимы. Глубина резания должна строго равняться шагу накатки. Скорость снижайте в 2–3 раза по сравнению с чистовым точением.
• Подавайте СОЖ. Стружка мелкая и вязкая, она должна постоянно вымываться из зоны резания.
• Проверяйте настройку. Прижмите ролик к детали на 1-2 оборота и посмотрите на отпечаток. Он должен быть симметричным.
• Берегите тонкие стенки. Для тонкостенных деталей и трубок используйте только двухроликовую державку, чтобы компенсировать радиальные усилия.
• Учитывайте материал. Для нержавеющих и жаропрочных сталей этот метод не подходит — вязкая стружка налипнет на кромки и быстро разрушит ролик.

Следование этим простым шагам гарантирует стабильное качество обработки и максимальный ресурс инструмента.

Остались вопросы по технологии накатки резанием или подбору роликовых накаток?

Технические специалисты CNCMagazine готовы проконсультировать по режимам обработки, настройке инструмента и его совместимости с вашими задачами.

Телефон: 8 (800) 555-41-16 (бесплатные звонки по России)

Email: sales@cncmagazine.ru

Материал подготовлен: Вячеслав Мертенс, инженер-технолог CNCMagazine, Вера Романенко, маркетолог CNCMagazine.