Способы нарезания конической резьбы

Дюймовая коническая резьба — особенности, технология нарезки

Нарезание резьбы — одна из наиболее распространенных операций в металлообработке. Для ее выполнения в несерийном производстве используются универсальные токарно-винторезные станки. Эти станки работают с заготовками в виде тел вращения и небольшими деталями несимметричной формы, которые можно установить на планшайбе станка. В других случаях резьбу получают фрезерованием, накатыванием и прочими способами.

Описание

Трубная коническая резьба имеет аналогичный профиль с цилиндрической, но отличается уменьшением диаметра от начала нарезки до торца детали. Конусность выполняется в пропорции 1:16.

• дюймовая коническая (профильный угол 600);
• метрическая коническая (угол профиля 550);
• трубная коническая (угол аналогичный метрической).

Создание дюймовых коническо-цилиндрических соединений невозможно. Поэтому дюймовые востребованы только для решения специфических задач.

При накручивании гайки уплотнение достигается за счёт плотного прилегания нарезанных канавок по причине увеличения диаметра от конца к середине детали. Поэтому её применяют в трубопроводах высокого давления.

Классификация

Резьбы подразделяются на два основных типа:

Соответственно резьбовые соединения могут быть:

• конические-цилиндрические;
• цилиндрические-цилиндрические;
• конические-конические.

Способы нарезки конической трубной резьбы

Для используются специальные инструменты известные как круглые плашки, которые соответствуют требованиям ГОСТа 6228. Плашки различаются по размерам диаметра резьбы, которого они способны нарезать. Плашка представляет собой закаленную гайку с центральным отверстием которое и осуществляет нарезание, а также боковые отверстия, которые позволяют освобождать трубу от образующейся металлической стружки.

На боковых поверхностях плашек расположены отверстия для вкручивания ручек, либо укрепляются клуппы, которые позволяют работать с меньшими усилиями, но с большей продуктивностью. При использовании плашки наружная резьба всегда нарезается за один проход. Использовать этот инструмент возможно как ручным, так и машинным способом который применяется при огромных объемах работ.

Оборудование для нарезки

Существуют также специальные аппараты для нарезки, например, резьбонарезные станки. Эти станки могут нарезать как конусную так и цилиндрическую резьбу на трубах. Резьбонарезные станки имеют мощный двигатель, специальный тормоз для более безопасной работы, прочные подшипники которые увеличивают качество и точность работы, а также долговечность машины. Подобный станок позволяет нарезать обычную резьбу за 16 секунд, такая работоспособность часто требуется при строительстве крупных зданий, во время укладки трубопроводов.

Для нарезания внутренней конической трубной резьбы, используют такой инструмент как метчик. Он представляет собой закаленный винт имеющий на своей поверхности продольные борозды по которым отходит наружу образовавшаяся в процессе нарезки металлическая стружка. Метчик имеет рабочую и хвостовую части. Хвостовая часть вставляется в вороток метчикодержателя являющегося ручкой на который оказывается физическое воздействие для вращения во время нарезания резьбы. Рабочая же часть метчика в свою очередь вставляется в трубу и проворачивается, осуществляя нарезку.

Для нарезания внутренней конической резьбы также существуют станки, в которой метчик вращается с помощью мотора. Такой аппарат используется, например, при прокладке больших участков трубопроводов. В домашних условиях обычно бывает достаточно ручного метчика.

Применение труб с конической резьбой

Коническая трубная резьба широко используется для соединения труб, в тех случаях, когда к ним предъявляются высокие требования к сопротивлению высокому давлению. Форма строго регламентируется требованиями ГОСТа 6211 81.

Применяется для резьбовых соединений водяных, топливных, воздушных и масляных трубопроводов станков и машин. В некоторых случаях возможно использование специальных переходников которые имеют с одной стороны коническую, а с другой цилиндрическую резьбы, таким образом значительно расширяя возможности для монтажа.

Таким образом такой метод является очень важным и распространенным инженерным решением используемым для соединения труб.

Резьбовые соединения являются самыми надежными из разъемных соединений. Впервые были применены в античности, и с тех пор заметно усовершенствовались. До изобретения токарно-винторезного станка в 17 веке каждая пара «болт-гайка» изготавливалась индивидуально, они не были взаимозаменяемыми. В 19 веке, во время развития железных дорог в Англии, изобретатель сэр Джозефа Уитворта предложил и внедрил стандарт нарезки резьбы, носящий с тех пор его имя. Для нарезки внешней резьбы используют токарно-винторезный станок или специальные плашки, для нарезки внутренней резьбы применяют метчики – разновидность фрез.

Технические характеристики

Согласно государственному стандарту трубная коническая резьба должна непосредственно отвечать таким требованиям, как:

• Профильный угол обязательно должен отвечать 55 градусам.
• К разным диаметрам используется свой шаг нарезки.
• Обязательное соблюдение угла отклонения конусной поверхности от самой оси трубы независимо от ее диаметра. Уклон выполняется в соотношении 1:16.
• Использование сварочной аппаратуры или соединительных фланцев прилагается только при больших диаметрах труб. Максимально возможный диаметр – 6 дюймов.
• Кроме этого, требуется соблюдать соотношение общей рабочей длины с рабочей нарезкой.

Поэтому очень важно, чтобы черчение полностью соответствовало установленным государственным стандартам, поскольку такие соединительные детали применяются в точках с повышенным давлением и температурами, что, в свою очередь, дает возможность максимальной герметизации деталей трубопровода при необходимости.

Не режется резьба на токарном станке с ЧПУ — основные ошибки

1. не режет совсем (горит пуск – оси не едут – скорее всего нет ответа о скорости вращения шпинделя от датчика или не запущено вращение шпинделя)
2. не попадает в витки (наличие большого механического люфта, проскальзывание датчика энкодера или его кинематики)
3. режет резьбу с шагом, отличающимся от заданного (проверяем цикл резьбонарезания, максимальную скорость подачи при резьбонарезании, работа в мм)
Общие проверки
-проверить программу нарезания резьбы, заход и отход согласно руководству по эксплуатации (текст предоставить для анализа)
-проверить соответствие материала, резца, оборотов шпинделя, подачи, диапазона шпинделя
-(шаг резьбы, мм) * (кол-во оборотов шпинделя об/мин) не должно превышать максимальной скорости рабочей подачи по оси (P1430) => уменьшить скорость вращения шпинделя (проблема возникает при нарезании крупной резьбы с шагом больше 8-10 мм)
— проверить крепление электрических кабелей (разъемов) и самих кабелей от энкодера до ЧПУ
-проверить крепление энкодера на шпиндельной бабке, муфты энкодера, шестерни на валу энкодера в шпиндельной бабке
-Проверить параметр и установленное значение импульсов датчика шпинделя за 1 оборот. P3720=4096 импульсов
* параметры указаны для ЧПУ Fanuc 0i серии

Требования ГОСТ

Величины среднего d2 и внутреннего d1 диаметров должны быть вычислены по формулам:

где d — наружный диаметр;

• длина внутренней резьбы должна составлять 0,8(l1-Δ1l2), где Δ1l2 — величины, указанные в Таблице 2, ГОСТ 6211-81;
• расстояние ввинчивания наружной на внутреннюю резьбу должно составлять l1+Δ1l2;
• смещение базовой плоскости величина суммарная, определяется шагом, углом наклона профиля, углом конуса, средним диаметром;
• допуски по среднему диаметру указаны в Таблице 3, ГОСТ 6211-81.

Конструктивные особенности

Вначале внутреннюю резьбу нарезали нехитрыми приспособлениями в виде заточенного под конус четырехгранного стержня. На коническом конце выпиливали режущие зубы, которые при завинчивании стержня в отверстие процарапывали в нем резью. В ходе дальнейших усовершенствований у метчика появился положительный передний угол, канавки для выброса стружки и лучшее соответствие режущих кромок профилю резьбы.

В современном метчике присутствуют следующие обязательные конструктивные элементы:

• Головная (или заборная) часть в форме пологого конуса, служащая для начала формирования профиля резьбы.
• Некоторое число (2-6) боковых канавок, обеспечивающих отведение стружки и поступление смазки (СОЖ).
• Калибрующая часть, в форме протяженного цилиндра, завершающая точное формирование профиля.
• Хвостовик, служащий для закрепления метчика в зажимном устройстве патрона или ворота.

В поперечном разрезе форма канавки обуславливается двумя ее поверхностями: фронтальной гранью режущего зубца метчика и спинкой этого зубца.

Различают канавки для стружки следующих типов:

• Однорадиусные – поперечный разрез представляет собой дугу окружности, применяются на калибровочных инструментах.
• Прямолинейные — поперечное сечение U-образное, используются для нарезки гаечной резьбы.
• Смешанные — прямолинейная передняя и дугообразная задняя. Так делают большую часть универсального инструмента.

Разновидности канавок метчика

Кроме того, канавки делятся на:

• Прямолинейные. Используются в универсальном инструменте.
• Левые спиральные. Левозаходные применяют для нарезания резьбы на проход. Стружка выталкивается в пространство перед метчиком, предохраняя, таким образом, уже сформированный профиль от повреждения.
• Правые спиральные. Правозаходными снабжают метчики для нарезания глухих отверстий, такими канавками стружка выталкивается наружу и не забивает отверстие.

Коническая форма головной части облегчает центровку метчика в отверстии и заход на нарезку первых ниток резьбы. Угол наклона конуса варьируется между 3° и 20°, конкретное значение определяют, исходя из назначения инструмента — чернового, промежуточного или чистового прохода.

Цилиндрическая часть в действительности представляет собой обратный конус с очень маленьким углом конусности . Занижение достигает 0,1 мм, это позволяет снизить трение в ходе нарезки.

Оновные размеры метчиков:

• шаг резьбы;
• высота профиля;
• полная высота профиля;
• наружный диаметр резьбы;
• длина заборной части;
• угол заборного конуса;
• величина затылования.

Кроме всего, инструменты делятся на метчики с левой и с правой резьбой.

Виды по назначению

По своему назначению различают следующие виды метчиков:

• Слесарные. Предназначены для ручного применения, имеют хвостовик квадратной формы. Они поставляются в комплекте с воротком, которым и обеспечивается вращение инструмента и нарезание резьбы. Используются в составе комплекта из двух или трех метчиков, несколько отличающихся друг от друга по диаметру. Каждый снимает с поверхности отверстия свою часть припуска. Внутри комплекта инструменты различают по числу черточек, выгравированных или отштампованных на хвостовике, самый грубый, черновой имеет одну черточку, промежуточный — две и чистовой — три.
• Машинные или машинно-ручные. Такими метчиками нарезку проводят как вручную, так с использованием оборудования. Применяются токарные, сверлильные станки или обрабатывающие центры. Отличие от слесарных, имеют более короткую заборную часть, поскольку соосность обеспечивается конструкцией станка. Выполняются из более качественной инструментальной стали, термостойкой и устойчивой к механическим нагрузкам.
• Гаечные. Предназначены для нарезки резьбы в гайках в станках-автоматах. Конструктивно отличаются более длинным хвостовиком гладкой цилиндрической формы. После прохождения резьбы гайки одна за другой перемещается на хвостовик, и ожидаются там выполнения всей серии. По окончании групповой операции хвостовик извлекается из патрона, и все гайки стряхиваются в приемный лоток.

Отдельно также производятся и применяются метчики дюймовые и метрические.

Оборудование

Для нарезки потребуется подготовить следующий инструмент:

• тиски;
• плашку;
• самооткрывающийся или конический метчик;
• гребёнки;
• круглые резцы;
• станок с конусной линейкой;
• молоток.

Плашки для нарезки резьбы (Фото: Instagram / remsprofitools)

Виды по конструкции

Метчики сильно различаются по своей конструкции:

• Бесканавочные имеют очень короткие канавки, используются для работы с вязкими материалами: сплавами легких металлов и некоторыми низкоуглеродистыми высоколегированными сталями.
• Винтовые — канавки расположены по восходящей спирали, такими нарезают резьбу в глухих отверстиях на высокопроизводительных станках.
• Ступенчатые. Рабочая часть разделена на две зоны, первая режет, а вторая выглаживает.
• Комбинированные — перед заходной частью находится сверло, за один проход делается отверстие и нарезается в нем резьба.
• Протяжки. Служат для нарезки резьбы в проходных отверстиях с помощью токарного станка.
• С внутренней полостью для подачи СОЖ.
• Колокольного типа. Применяются при нарезке большого диаметра (до полуметра), состоят из нескольких режущих систем, закрепленных в общей оправке.

Существуют и другие конструкции метчиков для редких и специальных применений.

Принципы нарезки

При нарезке нужно учитывать ряд особенностей:

• точность нарезания определяется параметрами отверстий: диаметр, перпендикулярность осевой линии к поверхности заготовки, длина;
• дюймовая нарезается с углом профиля 60 градусов, а метрическая — 55;
• вершины и впадины дюймовой резьбы, в отличие от метрической, имеют больше притуплений и обладают лучшей герметичностью;
• для упрощения процесса требуется сверление отверстия цилиндрическим сверлом, его подбирают по наименьшему диаметру;
• обязательно требуется снятие фаски;
• при работе инструмент нужно смазывать, чтобы не допустить перегрева;
• при нарезке производится 2 оборота вперёд, а потом 1 назад;
• усилие на режущий инструмент можно ослабить после проходки до середины расчётной длины;
• по достижении нужной длины снять плашку можно путём вращения в обратном направлении;
• перед чистовой нарезкой, нужно сделать черновую.

Конические метчики отличаются удлинённой формой заборной части и неполной резьбой, которая дополнительно выполняет калибрующую роль. В верхней части они имеют квадратное сечение, на режущей части сделаны продольные канавки для удаления стружки.

1. Заготовка вертикально закрепляется в тисках.
2. На инструмент наносится смазка.
3. Инструмент прикладывается перпендикулярно осевой линии для резки резьбы, то есть строго в горизонтальной плоскости.
4. Выполняется нарезка нескольких витков.
5. Проверяется правильность работ. В случае перекоса нужно убрать режущий инструмент, обстучать деталь и повторить этапы 3–4.
6. Дальнейшая нарезка проводится при условии правильного расположения первых витков. Проверить можно обычным уровнем.
7. Формируется резьба на необходимую длину.
8. По окончании работ удаляют стружку и очищают инструмент от смазки.

Для нарезки на токарных станках применяют головки с резьбонарезными плашками. Особенностью конструкции инструмента является автоматическое раздвигание плашек в процессе работы. Благодаря этому достигается высокая точность обработки и обеспечивается оптимальная производительность.

В некоторых случаях применяют накатные ролики. Точность нарезки ниже, чем в случае применения головок, а сложность работ выше.

Для настройки токарного станка достаточно выставить низкие обороты вращения шпинделя и связать с ними смещение суппорта. Правило настройки: один оборот шпинделя должен соответствовать перемещению суппорта на расстояние шага резьбы.

На токарно-винторезных станках выполнить настройку просто, поскольку доступно много комбинаций сцепления на коробке передач. При необходимости возможна нарезка резьбовых канавок нестандартных размеров.

Нарезаю коническую резьбу двумя способами.

Типы нарезаемой резьбы

Для нарезания каждого типа и размера резьбы существуют свои наборы метчиков. Они не взаимозаменяемы, как и резьбовые элементы разных типов. Различают следующие основные типы:

• Метрическая. Профиль в виде равнобедренного треугольника углом у вершины 60°, все размеры профиля выражены в миллиметрах. Маркируется литерой М.
• Дюймовая. Профиль имеет более острый угол – 55°. Диаметр выражается в дюймах и их долях в виде простых дробей, а шаг – числом витков на дюйм. Некоторые маркируются литерой W(в честь Дж. Уитворта).
• Трубная. Отличается разным наклоном передней и задней части профиля для обеспечения надежности соединения и предотвращения его самопроизвольного раскручивания. Существуют как цилиндрические, так и конические трубные резьбы.

Существуют и другие типы резьбы для специальных применений

Материалы для производства метчиков

Элементы метчика испытывают большие механические и термические нагрузки, он должен быть способен за время своей эксплуатации нарезать несколько сотен, а машинный — много тысяч отверстий. Поэтому для их изготовления применяют высококачественные инструментальные стали:

• Для ручных моделей — высокоуглеродистые У10А или У 12А.
• Для машинных – быстрорежущие РМ5 и др.
• Для автоматического оборудования высокой производительности — твердосплавные с повышенной термостойкостью.

Нарезание резьбы метчиком

Кроме преимуществ в виде высокой производительности и долговечности, такие материалы имеют и один недостаток — в случае поломки метчик для нарезки резьбы невозможно высверлить.

Как правильно и без потерь инструмента нарезать резьбу вручную

Технологический процесс нарезки резьбы разбивается на несколько операций.

• Подготовка. По таблице соответствий подобрать сверло нужного диаметра и точно просверлить отверстие, не допуская увода сверла. Сверло должно быть правильно заточено, иначе материал перегреется, и прочность резьбы снизится. Отверстие зазенковать. В случае глухого отверстия дать припуск по глубине.
• Для нарезания резьбы использовать метчики только стандартных типоразмеров.
• Нарезка. Движения должны быть аккуратные и размеренные. Не пропускать номера, следует использовать последовательно все три — от грубого до финишного.
• После каждого полного оборота воротка следует давать пол-оборота в обратном направлении для скола стружки и ее выталкивания из канавок.
• Очистка. Проходные отверстия очищаются проволочным ершиком, глухие — промышленным пылесосом или потоком сжатого воздуха.
• Проверка. Закрутить в отверстие винт. Он должен заходить без перекоса и идти по резьбе плавно и без усилий.

Последовательность нарезания резьбы метчиком

В народном фольклоре существуют и другие секреты ручной нарезки, однако для получения качественной резьбы достаточно четко соблюдать вышеперечисленные

Если что-то пошло не так или что делать со сломанным метчиком

Метчик, как и любой другой инструмент, не вечен и подвержен естественному износу и старению. Чтобы это не случилось раньше времени, следует соблюдать вышеизложенные рекомендации. Самые распространенные причины, приводящие к поломке:

• Перекос.
• Слишком маленькое отверстие.
• Излишние усилия, прикладываемые к воротку.
• Несоблюдение правила обратного пол-оборота после каждого полного оборота воротка.

Не надо торопиться, стараться прогнать резьбу побыстрее или пытаться пропустить метчик из набора. Все это обернется большим потерями времени при извлечении сломанного инструмента и при повторном прохождении резьбы.

Как выкрутить сломанный метчик

Если вы все же нарушили рекомендации и сломали метчик — не отчаивайтесь. Несмотря на то, что высверлить обломанный метчик практически невозможно — его прочность выше прочности обычного сверла, существуют способы спасения ситуации.

• Экстрактор. Для метчиков применяется специальный экстрактор с закаленными изогнутыми тонкими шпильками, которые одним концом вводятся в канавки, а другим зажимаются в специальной цилиндрической оправке. Осторожно вращая оправку воротком, можно выкрутить пострадавший инструмент.
• Точечная сварка. К обломку приваривается L-образный стержень, за который конструкция и выкручивается пассатижами.
• Вытравливание кислотами. Выбирается кислота, сильнее действующая на материал метчика, чем на материал детали. Способ опасный и не рекомендован для применения в домашних мастерских.
• Электроискровой способ. На деталь подают минус, а плюсовым электродом контактной сварки аккуратно прикасаются к обломку. В ходе электроискрового разряда он теряет мельчайшие частицы металла в виде раскаленных брызг. Через несколько разрядов, как правило, заклинивание пропадает, и обломок можно выкрутить.

Но самый лучший способ — это вовсе не ломать метчик.

Подготовка к нарезанию внутренней резьбы

Чтобы резьба нарезалась без проблем, необходимо тщательно подготовить отверстие.

Скачать таблицу диаметров отверстий под резьбу

Сверло должно соответствовать материалу детали, быть правильно и хорошо заточено. Угол заточки должен быть не более 140°. Это позволяет избежать перегрева и невольной термообработки материала детали, приводящей к ухудшению качества резьбы.

Сверло должно быть тщательно закреплено, нужно исключить биение как сверла в патроне, так и самого патрона.

При высверливании глухих отверстий нужно тщательно контролировать глубину и обязательно дать припуск по глубине относительно заданной глубины нарезки — даже самый лучший метчик не нарежет резьбу до конца.

Потребуются следующие инструменты и принадлежности:

• Низкооборотный сверлильный станок. Использование ручных дрелей не рекомендуется.
• Подобранное по таблице сверло.
• Сверло большего диаметра (примерно в два раза) для зенковки.
• Набор метчиков с воротком.
• Тиски для закрепления детали.
• Керн и молоток.
• Минеральное масло для смазки метчика и отверстия во время работы.
• Протирочный материал.

Правила нарезания трубной резьбы в целом совпадают с вышеизложенными, лишь для нарезания больших диаметров используется специальная оснастка для более точной центровки

Особенности технологии

Последовательность действий при прохождении внутренней резьбы при помощи метчика следующая:

• Разметить отверстие.
• Накернить его молотком и керном.
• Смазать деталь и сверло.
• Закрепить деталь в тисках или прижать ее к рабочему столу струбциной.
• Закрепить сверло в патроне станка, выставить самые малые обороты и начать сверление, после того, как головка сверла погрузится в металл, обороты можно добавлять.
• По окончании сверления убрать стружку и раззенковать отверстие.
• Смазать метчик №1 и деталь, выставить метчик строго по оси отверстия.
• Аккуратно начать первые витки нарезки резьбы метчиком. После каждого полного оборота делать пол-оборота в обратном направлении. Добавлять смазку каждые несколько оборотов.
• Если усилие на воротке резко возрастает, необходимо сдать назад, чтобы сбросить стружку.
• После прохождения №1, пройти отверстие №2 и №3 тем же способом.

Самая главная особенность при нарезании резьбы — это тщательность, аккуратность, отсутствие спешки и излишних прикладываемых усилий. Лучше потратить несколько секунд на лишние пол-оборота назад, чем часами возиться со сломанным и заклинившим метчиком, извлекать его с риском повредить деталь и потом заново оказаться перед тем же отверстием.

Маркировка

Маркировка метчиков начинается с буквы, обозначающей тип резьбы. М для метрической; G для трубной; Tr для трапецеидальной. Метчики для дюймовой резьбы маркируются без буквы.

Особенности маркировки метчика для нарезки резьбы

Далее идет диаметр в миллиметрах для метрической и в дюймах с целыми долями для дюймовой

Если резьба имеет нестандартный шаг — следующим идет обозначение шага в миллиметрах или в витках на дюйм.

Если метчик выполнен из закаленной нержавеющей стали — к маркировке добавляют HSS (Hardened Stainless Steel)

Для метчиков левой резьбы в конце маркировки добавляют LH (Left Hand).

Действующие стандарты

Конструкция и параметры метчиков для нарезания резьбы описаны в ГОСТ 3266-81,: «Метчики машинные и ручные. Конструкция и размеры».

• Машинные метчики для метрической резьбы – ГОСТ 8859-74.
• Гаечные метчики для метрической резьбы – ГОСТ 1604-71
• Гаечные метчики с изогнутым хвостовиком для метрической резьбы – ГОСТ 6951-71.

Зарубежные стандарты DIN 352, ISO 529 и другие не противоречат ГОСТ за исключением меньшей на 1 см длины хвостовой части

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник