Резьбонакатной станок

Резьбонакатной станок — это металлорежущее (металлообрабатывающее) оборудование, предназначенное для формирования резьбы на заготовках методом пластического деформирования (накатывания) без снятия стружки. В отличие от резьбонарезных станков, которые используют режущий инструмент (метчики, плашки, резцы), резьбонакатные станки обрабатывают поверхность заготовки путем выдавливания канавок профиля резьбы с помощью специальных накатных роликов или плашек. Основным преимуществом данного метода является высокая производительность, повышенная прочность и износостойкость получаемой резьбы, а также экономия материала.

История развития

Ранние технологии

Идея формирования резьбы давлением известна с конца XIX века. Первые устройства для накатки резьбы представляли собой простые приспособления, устанавливаемые на токарные или револьверные станки. Однако широкое промышленное применение метод получил только в первой половине XX века с развитием массового производства крепежа.

Промышленная революция

В 1930–1950-х годах в США и Германии были разработаны специализированные резьбонакатные станки, которые позволили автоматизировать процесс. Ключевым этапом стало внедрение двух- и трехроликовых головок, обеспечивающих высокую точность и стабильность профиля. В СССР серийное производство таких станков началось в 1950-х годах на заводах тяжелого станкостроения (например, на Коломенском заводе тяжелого станкостроения).

Современный этап

С конца XX века резьбонакатные станки активно оснащаются системами ЧПУ (числового программного управления), что позволяет обрабатывать сложные профили, включая конические и многозаходные резьбы. Современные модели способны работать с заготовками из различных материалов — от мягких цветных металлов до высокопрочных легированных сталей.

Принцип работы и физические основы

Процесс накатки основан на пластической деформации металла. Заготовка (обычно цилиндрическая) помещается между двумя или тремя вращающимися накатными инструментами (роликами или плашками), которые имеют на своей поверхности профиль, обратный заданной резьбе. При сближении инструментов под действием радиального усилия материал заготовки выдавливается, заполняя впадины профиля, формируя выступы (нитки) резьбы.

Основные этапы процесса:

1. Подача заготовки — автоматическая или ручная установка детали в зону обработки.
2. Сближение инструментов — накатные ролики или плашки смыкаются с заданным усилием.
3. Пластическое течение металла — под давлением происходит перераспределение материала без нарушения его сплошности.
4. Калибровка — завершающий этап, при котором инструменты совершают несколько оборотов для окончательного формирования точного профиля.
5. Разжим и удаление детали.

Преимущества метода:

• Повышенная прочность — волокна материала не перерезаются, а обтекают профиль, что увеличивает сопротивление усталости и срезу на 20–30% по сравнению с нарезанной резьбой.
• Экономия материала — отсутствие стружки (коэффициент использования материала близок к 100%).
• Высокая производительность — время обработки одной детали может составлять 1–5 секунд.
• Чистота поверхности — достигается шероховатость Ra 0,4–0,8 мкм без дополнительной обработки.

Недостатки:

• Ограничения по твердости — накатка эффективна для материалов с твердостью до HRC 35–40; для более твердых требуется предварительный отпуск.
• Сложность обработки хрупких материалов — чугуны, бронзы и некоторые сплавы плохо поддаются пластическому деформированию.
• Высокая стоимость инструмента — изготовление прецизионных накатных роликов требует дорогостоящего оборудования.

Классификация резьбонакатных станков

По типу инструмента

1. Плашковые станки — используют плоские плашки с нанесенным профилем. Обычно применяются для накатки наружных резьб на болтах, винтах, шпильках. Отличаются высокой производительностью (до 100–200 деталей в минуту).
2. Роликовые станки — оснащены двумя или тремя цилиндрическими роликами. Обеспечивают более высокую точность и возможность обработки резьб большого диаметра (до 100 мм и более). Подразделяются на:

• Двухроликовые — для наружных резьб.
• Трехроликовые — для внутренних резьб (накатка в отверстиях) и специальных профилей.

По степени автоматизации

• Ручные и полуавтоматические — загрузка и съем деталей выполняются оператором. Используются в мелкосерийном и ремонтном производстве.
• Автоматические — оснащены механизмами подачи заготовок (бункерные загрузчики, лотки, вибробункеры) и системой автоматического контроля. Применяются в массовом производстве крепежа.
• Станки с ЧПУ — позволяют программировать параметры накатки (усилие, скорость, количество оборотов) для обработки деталей сложной формы (например, резьба на ступенчатых валах).

По типу выполняемых работ

• Для наружной резьбы — наиболее распространенный тип (более 80% рынка).
• Для внутренней резьбы — специализированные станки с трехроликовыми головками для накатки резьбы в глухих и сквозных отверстиях.
• Универсальные — могут перестраиваться на разные типы резьб и диаметры.

Устройство и основные узлы

Типовой резьбонакатной станок (на примере двухроликового) состоит из следующих основных частей:

1. Станина — массивная чугунная или сварная конструкция, обеспечивающая жесткость и виброустойчивость.
2. Шпиндельный узел — два (или три) шпинделя, на которых закрепляются накатные ролики. Шпиндели приводятся во вращение от электродвигателя через ременную или зубчатую передачу.
3. Механизм сближения — гидравлический, пневматический или механический (кулачковый) привод, обеспечивающий радиальное перемещение одного или обоих шпинделей для создания усилия накатки.
4. Система подачи заготовок — для автоматических станков: бункер, транспортер, ориентирующее устройство.
5. Система смазки и охлаждения — подача СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) в зону контакта для снижения трения и отвода тепла.
6. Система управления — от простых релейных схем до современных контроллеров с сенсорным интерфейсом.

Применение

Резьбонакатные станки широко используются в различных отраслях промышленности:

• Машиностроение — производство крепежных изделий (болты, винты, шпильки, гайки) для автомобильной, авиационной и железнодорожной техники.
• Строительство — изготовление анкерных болтов, шпилек для металлоконструкций, резьбовых стержней.
• Нефтегазовая промышленность — накатка резьбы на буровых трубах, насосных штангах, соединительных элементах.
• Медицинская техника — производство имплантатов (винтов для остеосинтеза) из титановых сплавов.
• Приборостроение — изготовление микрометрических винтов, регулировочных элементов.

Интересные факты

• Первый патент на способ накатки резьбы был выдан в США в 1896 году изобретателю Уильяму У. Кларку.
• Накатанная резьба на болтах классов прочности 8.8 и выше по стандарту ISO 898-1 демонстрирует предел выносливости на 40–50% выше, чем нарезанная.
• В СССР в 1970-х годах был разработан станок модели 5Б63, способный накатывать резьбу диаметром до 200 мм на деталях длиной до 1 метра — один из крупнейших в мире на тот момент.
• Современные станки с ЧПУ могут формировать резьбу с шагом 0,2 мм на заготовках диаметром менее 1 мм (например, для часовых механизмов).

Источники

1. Справочник технолога-машиностроителя. Том 2 / Под ред. А. М. Дальского, А. Г. Косиловой. — М.: Машиностроение, 2001.
2. Обработка металлов давлением: учебник / А. Ф. Головин, В. А. Головин. — М.: Высшая школа, 2005.
3. Технология машиностроения: учебное пособие / В. М. Бурцев, А. С. Васильев. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010.
4. Резьбонакатные станки: каталог и руководство по эксплуатации / ОАО «Станкостроительный завод им. С. Орджоникидзе», 1985.
5. ISO 898-1:2013. Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel — Part 1: Bolts, screws and studs.