Методы изготовления резьбы
Одной из наиболее распространенных в машиностроении, авиастроении, приборостроении, при организации разнообразных ремонтных работ, отдельных технологических операций и других мероприятиях, является изготовление резьбы. Ее получают, используя следующие способы и методы:
• Нарезание при помощи плашек, метчиков, резьбонарезных головок
• Нарезание резьбовыми гребенками и резьбовыми резцами
• Фрезерование с использованием такого специализированного инструмента, как резьбовые фрезы
• Накатывание с помощью специальных роликов
• Шлифование с помощью специальных абразивных кругов
Нарезание резьбы резцами
На современных машиностроительных предприятиях такая технологическая операция, как нарезание резьбы резцами, используется очень широко. Для этого применяются токарно-винторезные станки, причем на них изготавливается резьба как наружная, так и внутренняя.
Одной из основных характеристик способа нарезания резьбы резцами является ее относительно невысокая производительность. Именно поэтому он чаще всего используется в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Кроме того, нарезание резьбы при помощи резцов весьма эффективно для изготовления таких деталей, как ходовые винты, точные винты, калибры и т.п.
Нарезание резьбы плашками
Такой распространенный режущий инструмент, как плашки, используется для того, чтобы с его помощью нарезать необходимую резьбу на болтах, винтах, шпильках, а также некоторых других деталях.
Перед тем, как нарезать резьбу, тот участок детали, на котором она будет находиться, предварительно обрабатывается. Согласно технологическим требованиям, диаметр поверхности должен быть меньше наружного диаметра самой резьбы примерно на 0,1 – 0,3 миллиметра. Для того чтобы плашка смогла «зайти» на деталь, необходимо снять фаску. Ее высота должна быть такой же, как и высота профиля самой резьбы.
Нарезание резьбы метчиками
Для нарезания внутренних метрических резьб, диаметр которых составляет 50 миллиметров и менее, чаще всего используется такой режущий инструмент, как метчик.
С точки зрения конструкции метчик – это ни что иное, как стальной стержень, на котором нарезана резьба, разделенная на отдельные участки или винтовыми, или прямыми канавками, которые образуют режущие кромки. По этим же канавкам отводится стружка, образующаяся в процессе нарезания резьбы. Что касается способа применения, то по этому показателю метчики подразделяются специалистами на две основные разновидности: ручные и машинные. Все необходимые диаметры отверстий которые необходимо просверлить под метрическую резьбу, выбираются в соответствии с теми величинами, которые наличествуют в соответствующих стандартных таблицах.
Как правило, изготовление резьбы при помощи метчиков предполагает использование их комплектов, состоящих из двух или трех отдельных инструментов (точное количество определяется в зависимости от диаметра резьбы). Согласно опыту применения инструмента, нарезание внутренней резьбы с использованием всего лишь одного метчика и за один заход нельзя. Дело в том, что это может привести к поломке режущего инструмента.
При нарезании метрических резьб на токарных станках чаще всего используются машинные метчики. Этот инструмент позволяет производить нарезку резьбы всего лишь за один проход.
Накатывание резьбы
Такая технологическая процедура, как накатывание резьбы, производится с помощью специальных роликов, цилиндрическая поверхность которых имеет профиль образуемой резьбы. В процессе накатывания резьбы тот профиль, который имеет накатной инструмент, материализуется на заготовке путем вдавливания в нее.
Одним из основных преимуществ такого технологического процесса, как накатывание резьбы, является то, что в его процессе происходит не разрезание, а пластическая деформация металла. По этой причине резьба имеет не только чистую и ровную, но еще и уплотненную поверхность. В большинстве случаев такая процедура, как накатывание резьбы, используется в массовом и крупносерийном производстве, поскольку отличается высокой производительностью, а также достаточной точностью.
Фрезерование резьбы
Эта технологическая процедура изготовления резьбы осуществляется на специализированных резьбофрезерных станках. В них режущим инструментом является гребенчатая фреза, которая с использованием радиальной подачи фрезерует резьбы на поверхности детали, врезаясь в нее.
Шлифование точной резьбы
При изготовлении точных резьб используется такой технологический процесс, как шлифование. Состоит он в том, что расположенный к детали под углом подъема резьбы шлифовальный круг быстро вращается, и подается к медленно вращающейся детали, прорезая на ее поверхности соответствующую канавку. Чаще всего это технологический метод используется для нарезания резьбы на резьбовых роликах, калибрах и т.п.
Источник
Способы изготовления резьбы выдавливание
БЕССТРУЖЕЧНЫЕ МЕТЧИКИ (РАСКАТНИКИ)
Выдавливание внутренних резьб представляет значительно большие трудности по сравнению с накатыванием наружных резьб. В связи с необходимостью применения значительных крутящих моментов выдавливание внутренних резьб ограничено областью материалов, обладающих повышенной пластичностью: легких металлов и сплавов, медных и латунных сплавов, цинка и цинковых сплавов, бронзы, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, титана и его сплавов, а также конструкционных, легированных и инструментальных сталей с пределом прочности до 500 МПа. При этом предъявляются особые требования к инструменту (в части его формы и прочности), диаметру отверстия под выдавливание, режимам выдавливания и смазке.
В настоящее время известны три способа получения внутренних резьб пластическим деформированием: применением самонакатывающих винтов и шпилек, раскатыванием роликовыми головками и выдавливанием резьбы с помощью специального инструмента — бесстружечных метчиков, называемых иногда так же накатниками или раскатниками.
Самонакатывающие (резьбовыдавливающие) винты, болты (рис. 1) и шпильки изготавливаются из закаленной стали и имеют в поперечном сечении форму округленного многогранника для более легкого ввинчивания в отверстие. По сути самонакатывающий винт представляет собой одноразовый бесстружечный метчик. Такой способ получения резьб рекомендуется для ввинчивания стальных шпилек в корпусные детали из цветных металлов. Он обеспечивает плотное неразъемное соединение. Однако этот способ имеет следующие недостатки: более высокая стоимость винтов или шпилек по сравнению с обычными; большее потребное усилие ввинчивания; необходимость точного центрирования шпилек для избежания перекосов при сборке.
Рис. 1. Самонакатывающие (резьбовыдавливающие) винты и болты.
Все более широкое применение самонакатывающие винты находят в машиностроении и строительстве для соединения листовых материалов, поскольку их применение существенно повышает производительность труда и обеспечивает большую надежность резьбового соединения, по сравнению с самонарезающими винтами.
Роликовые головки нашли применение при получении внутренних резьб диаметром от 30 мм и выше. По конструкции они близки к аксиальным головкам для накатывания наружных резьб.
Для образования наиболее распространенных в промышленности внутренних резьб диаметром до 20 мм, шагом до 2 мм и длиной до 2d применяется метод выдавливания резьбы с помощью бесстружечных метчиков.Выдавливание внутренней резьбы бесстружечными метчиками — это процесс пластического деформирования металла, при котором в подготовленное отверстие заготовки ввинчивается специальный инструмент — бесстружечный метчик (рис. 2) с профилем резьбы, соответствующим заданному профилю. Этот процесс не является процессом накатывания, так как при формообразовании профиля резьбы отсутствует взаимное обкатывание заготовки и инструмента, присущее процессу накатывания. Так как 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. Следовательно, в зоне деформации нагрузки воздействуют на металл циклически, с частотой, зависящей от числа граней инструмента и частоты его вращения.
Рис. 2. Бесстружечный метчик.
Существенное влияние на протекание процесса резьбовыдавливания оказывает геометрия участков вершин контура поперечного сечения инструмента — бесстружечного метчика. Различные варианты сечений представлены на рис. 3. Рассмотрение приведенных форм сечений позволяет классифицировать их по симметрии контура (симметричный или не симметричный) и по наличию на контуре сечений резьбы полного профиля (по всему периметру или же на отдельных участках). Наибольшее распространение получил симметричный контур с полным профилем резьбы по всему периметру.
Рис. 3. Формы поперечного сечения бесстружечных метчиков.
Бесстружечный метчик состоит из заборной части, служащей для выдавливания резьбы; калибрующей, предназначенной для направления инструмента и калибрования выдавленного профиля, и хвостовой части, с помощью которой метчик закрепляется в патроне. Основную работу по выдавливанию резьбы в отверстии выполняет заборная часть метчика. В отличие от режущих метчиков бесстружечные метчики не имеют на рабочей части продольных канавок, образующих режущие кромки. Силы деформирования и стойкость метчика в значительной степени зависит от формы заборной части. Наиболее рациональной является предлагаемая конструкция заборной части, обеспечивающая ее равнонагруженность.
Бесстружечные метчики по принципу работы делятся на две группы: внутренний диаметр первой группы не участвует в формировании вершин выдавливаемой резьбы и не ограничивается точными размерами (незаполненный контур); внутренний диаметр второй группы формирует вершины обрабатываемой резьбы (заполненный контур). При выдавливании резьбы метчиком с незаполненным контуром на вершине резьбы образуется складка металла — «кратер».
Метчик с заполненным контуром образует вершину выдавленной резьбы, соответствующую контуру впадины метчика. В зависимости от материала детали и требований, предъявляемых к резьбе, метчики могут быть изготовлены с незаполненным и заполненным контурами. Экспериментальные исследования показали, что обработка резьбы метчиками с заполненным контуром в заготовках из черных металлов сопряжена с трудностями, так как при небольшом переполнении профиля резьбы металлом гайки происходит резкое возрастание крутящего момента и заклинивание метчика, приводящее к его поломке. Поэтому при обработке заготовок из черных металлов метчики с заполненным контуром применять не рекомендуется, в связи с необходимостью очень точной обработки отверстия под резьбу. При изготовлении гаек из цветных металлов и их сплавов выбор заполненного или незаполненного контура определяется в основном требованиями к качеству вершин выдавленной резьбы. Менее точные и неответственные резьбы следует обрабатывать метчиками с незаполненным контуром, а точные, к которым предъявляются повышенные требования, —с заполненным. Метчики с незаполненным контуром более просты в изготовлении и крутящий момент при выдавливании меньше, чем у метчиков с заполненным контуром. Однако качество вершин и точность размеров резьбы выше при использользовании метчиков с заполненным контуром. Повышенные требования, предъявляемые к внутренней резьбе во многих отраслях машиностроения (особенно в приборостроении), приводят к необходимости рекомендовать бесстружечные метчики с заполненным контуром, несмотря на связанное с этим повышение крутящего момента при резьбовыдавливании и повышении стоимости метчиков.
Для изготовления рабочей части бесстружечных метчиков рекомендуются быстрорежущие стали Р18, Р9К5, Р9Ф5, а также высокохромистые стали Х12М и Х12Ф1, твердость после термической обработки 63 — 66 HRCэ. Хвостовики изготовляют из сталей 40Х и 45Х с твердостью 37 — 51HRСэ.
Обработку бесстружечными метчиками осуществляют на том же оборудовании, что и обычными: на токарных, сверлильных, гайконарезных станках и т.д.
К технологическим факторам, влияющим на точность и качество выдавленной резьбы, следует отнести выбор диаметра отверстия под выдавливание, скорость резьбовыдавливания и смазочно-охлаждающую жидкость СОЖ.
Одним из основных условий, обеспечивающих точность и качество выдавленной резьбы, является правильный выбор диаметра отверстия под выдавливание резьбы. Диаметр отверстия под накатывание резьбы определяется исходя из принципа равенства объемов металла до и после пластической деформации. Для наиболее простых форм профиля резьбы (треугольной и трапецеидальной) получены аналитические формуля для расчета диаметра отверстия под накатывание резьбы. В более сложных случаях можно определить диаметр отверстия под накатывание путем 3D моделирования.
Смазывающе-охлаждающие жидкости способствуют снижению сил, затрачиваемых на работу, связанную с деформацией металла, с преодолением сил трения и др. Экспериментальными исследованиями установлено, что стойкость бесстружечных метчиков, крутящий момент, точность и качество резьбовых отверстий зависят от физических свойств материала заготовки (вязкости, теплопроводности, теплоемкости), количества и способа подвода СОЖ в зону деформации. Поломки метчика являются обычно следствием неправильного подбора СОЖ или недостаточной смазки в зоне обработки. Лучшие результаты (наименьшие крутящие моменты) обеспечивают кашалотовый жир, олеиновая кислота и 40 %-ный хлорированный парафин. Сульфофрезол вызывает по сравнению с приведенными смазками увеличение крутящего момента в полтора раза, поэтому применение сульфофрезола при обработке резьбы в стальных деталях нежелательно. Измерение крутящих моментов при выдавливании резьбы в цветных металлах показало, что существенного влияния на Мкр вид смазки не оказывает. Наибольшая стойкость метчиков при выдавливании резьбы в алюминиевых сплавах получена при использовании олеиновой кислоты. Имеются также рекомендации по применению при выдавливании резьбы в алюминии сульфофрезола в распыленном состоянии или с 5 %-ным СОЖ 5911, а при выдавливании стали — смазывание с присадкой дисульфида молибдена.
Рекомендуемые скорости выдавливания внутренних резьб бесстружечными метчиками приведены в таблице 1.
Рекомендуемые скорости выдавливания внутренних резьб бесстружечными метчиками
Для получения резьб с крупным шагом и резьб в заготовках из малопластичных материалов могут использоваться комбинированные режуще-деформирующие метчики, имеющие режущие зубья, срезающие большую часть припуска, и калибрующие, обеспечивающие упрочнение формируемой резьбы пластическим деформированием. Припуск под накатывание у подобных инструментов не превышает, как правило, 0,1 мм.
Источник
