Рубрика: Металлорежущий инструмент

К числу этих инструментов относятся: дисковые и пальцевые мо­дульные фрезы, зубодолбежные головки и протяжки. Первые два вида инструментов широко применяются в мелкосерийном и ремонтном производстве. Дисковые модульные фрезы выпускаются серийно инст­рументальными заводами. Два последних вида инструментов являются специальными и предназначены для изготовления колес определенного модуля и числа зубьев. Они используются на специальных станках в массовом производстве, очень сложны в изготовлении и имеют ограни­ченное применение.

Дисковые зуборез­ные фрезы представляют собой дисковые фрезы с фасонными режущими кромками. Применяются для нарезания прямозу­бых и реже косозубых колес (m = 0,3…26 мм) на универсально-фрезерных станках с делительным устройством.

В процессе зубонарезания фреза вращается вокруг своей оси, а дви­жение подачи задается заготовке, установленной в делительном устройстве станка, параллель­но ее оси. В начале захода фреза врезается на полную глубину впадины и далее перемещается вдоль нее. Процесс последовательной обработки впадин между зубьями нарезаемого колеса производится путем деления на один окружной шаг. Основным достоинством такого инструмента является простота переточки. Как и все инструменты с затылованными зубьями, дисковые модульные фрезы перетачиваются по передней гра­ни. Процесс зубонарезания ими прост в наладке и кинематике и не тре­бует применения специальных зуборезных станков. Однако такой спо­соб нарезания зубьев является малопроизводительным и обеспечивает низкую точность из-за погрешностей деления и установки фрезы отно­сительно заготовки. Зубья фрезы, как правило, затылованные, имеют далеко не оптимальную геометрию режущих кромок, что приводит к снижению режимов резания и стойкости инструмента.

Число зубьев у фрез с затылованным зубом из-за необходимости иметь большой припуск на переточку мало, что также отрицательно сказывается на производительности и качестве обработанной поверхно­сти. Поэтому данным инструментом нарезаются колеса самой низкой (9-й и 10-й) степени точности.

При нарезании прямозубых колес методом копирования профиль режущих кромок является копией профиля впадины между зубьями колеса, который делится на рабочую часть, выполняемую по эвольвенте, и нерабочую часть у дна впадины, находящуюся ниже основной окружно­сти радиусом r_b1.

Рассмотрим решение задачи профилирования режущих кромок дисковой модульной фрезы применительно к этим двум частям. Из сказанного выше известно, что эвольвентный профиль имеет перемен­ный радиус кривизны, зависящий от числа зубьев колеса z₁ и угла про­филя α. Модуль m определяет высоту и толщину зубьев, а в сочетании с z₁ — диаметральные размеры колеса. Все эти параметры перед профили­рованием должны быть заданы.

Расчетную схему строим так, чтобы начало координат совпало с центром колеса О, а ось Y проходила через линию симметрии впадины между зубьями (рис. 2). На схеме r₁, r_b1, r_a1, r_f1 и r_M — радиусы ок­ружностей соответственно делительной, основной, выступов, впадин и произвольной для некоторой точки М эвольвенты зуба колеса. Для по­строения профиля режущей кромки в полярной системе координат необходимо найти значение угла δ_М при заданном значении радиуса r_M.

Центральный угол δ₁ для точки 1, лежащей на делительной окруж­ности, будет равен четверти углового шага между зубьями (без учета коррекции и припуска на последующую обработку), т.е.

δ₁ = 2π / 4z₁ = π/2z₁

Для точки 2 на основной окружности, как следует из уравнения эвольвенты и рис. 2,

δ₂ = δ₁ — inv α = π/2z₁ -inv α

Для любой точки М эвольвенты, лежащей на окружности радиуса r_M, угол

δ_М = δ₂ + inv α_M = π/2z₁ — inv α — inv α_M

В этих уравнениях значения углов δ₁, δ₂ и δ_М получаются в радиа­нах. Для перевода в градусы их следует умножить на 57,29578° или вос­пользоваться справочными таблицами. В уравнении для стандартного зацепления α = 20° , а cos α_M = r_b/r_M.

Как следует из рис. 2, координаты точки М удобнее задавать в декартовой системе координат:

При расчете профиля шаблона начало координат переносят из точки О в точку О1, лежащую на окружности впадин. При этом пересчитыва­ют значения ординат Y_ш точек шаблона:

Y_ш = Y_M — r_ƒ

Значения абсцисс остаются без изменения, т.е. Х_ш = Х_M.

Обычно для построения профиля берут 5…10 точек на профиле плюс три точки выше окружности выступов. Чем больше точек, тем выше точность построения профиля.

У чистовых фрез, предназначенных для нарезания корригированных колес, с учетом величины смещения профиля х₁т и утонения зуба коле­са на делительной окружности ΔS₁ (для создания бокового зазора) вели­чину δ₁ можно определить по уравнению

где e‘₁ — ширина впадины по делительной окружности для корригиро­ванных зубьев колеса; х₁ — коэффициент смещения профиля (задается чертежом колеса); ΔS₁ — утонение зуба (берется из справочника в зави­симости от модуля).

При построении профиля вершины зуба фрезы, обрабатывающей нерабочий участок зуба колеса, исходят из следующих требований:

1. Необходимо обеспечить радиальный зазор сопрягаемых колес, который должен быть равен не менее 0,25m.
2. Нельзя допускать интерференцию (наложение) профилей сопря­гаемых колес z₁ и z₂. В этом случае наибольшую опасность представляет сопряжение колеса с рейкой.

Первое требование выполняется путем оформления впадины у ос­нования зуба колеса и, соответственно, вершины зуба фрезы по окруж­ности радиуса (рис. 3, а):

r’ = кm

где к — коэффициент, зависящий от числа зубьев колеса (к = 0,25.. .0,52, причем наибольшее значение коэффициента берется для z₁ = 12, а наи­меньшее — для z₁ = 134. Абсцисса центра окружности x₁ / 2 находится путем построения профиля, а ордината y₁ = r‘).

Второе требование обусловлено тем, что интерференция профилей сопряженных колес может привести к заклиниванию передачи, что не­допустимо. Поэтому нерабочий участок профиля впадины зуба колеса z₁ должен быть построен по касательной к траектории вершины зуба со­прягаемого колеса z₂ или рейки. Для колеса это удлиненная эпициклои­да, для рейки — удлиненная эвольвента.

Учитывая невысокую точность колес, нарезаемых дисковыми фре­зами, построение профиля нерабочего участка упрощают. При этом возможны два варианта, в зависимости от положения основной окруж­ности относительно окружности впадин:

1. Основная окружность лежит ниже окружности впадин. т.е. r_b1 < r_f1 (рис. 3, а). Для некорригированных колес это имеет место при z₁ > 34. В этом случае весь профиль до окружности впадин будет теорети­чески эвольвентным, ибо эвольвента начинается от основной окружно­сти. Для построения профиля нерабочего участка ниже точки К прово­дят касательную к окружности впадин колеса и строят сопряжение дуги окружности радиуса r‘ с этой касательной и эвольвентой.
2. Основная окружность лежит выше окружности впадин, т.е. r_b1 > r_f1 (рис. 3, б). В этом случае нерабочий участок имеет наибольшую протяженность — от основной окружности до окружности впадин. Уча­сток от точки К на основной окружности до точки В в месте сопряжения с окружностью радиуса r’ строят по прямой под углом 5^о к линии симмет­рии впадины. Для некорригированных колес это имеет место при z₁ < 34. Для z₁ = 12…16 участок СД = 0, т.е. центр окружности r’ лежит на линии симметрии впадины колеса.

Как показывает анализ, наиболее существенное изменение профиля зубьев колес имеет место в диапазоне z₁ = 12…135. Поэтому для точно­го нарезания зубьев колес одного значения модуля необходимо иметь число фрез n = 135-12 = 123 шт. Такое большое число фрез иметь не­рентабельно, учитывая, что многие из них могут быть невостребованы и, кроме того, изменения профиля у двух соседних чисел зубьев весьма незначительны, особенно при больших их значениях.

С целью снижения числа типоразмеров фрез их целесообразно изго­тавливать комплектами из ограниченного количества фрез, каждая из которых предназначается для изготовления колес с числом зубьев в оп­ределенном диапазоне.

Стандартные дисковые фрезы изготавливают комплектами из 8 штук (номеров) для модулей m < 8 мм и из 15, а иногда из 26 номеров для колес m > 8 мм.

В основу комплектования фрез положено равенство отрезков по дуге окружности выступов колес. Для этого вычерчивают в увеличен­ном масштабе профиль рейки и про­фили зубьев колес от z = 12 и более. Разницу профилей по наружному диаметру делят на 8 примерно рав­ных отрезков и определяют, какому числу зубьев соответствуют номера профилей от 1 до 8 (рис. 4). Ка­ждая фреза из комплекта, таким об­разом, предназначена для нарезания определенного диапазона чисел зубьев. В табл. 1 приведены дан­ные об этих диапазонах для номеров фрез в наборе из 8 и 15 фрез.

Из таблицы видно, что чем больше номер фрезы, тем шире диа­пазон чисел нарезаемых зубьев, а фрезой №8 можно нарезать колеса с z = 135 до ∞, т.е. включая рейку.

С увеличением модуля увеличивается высота зубьев, а разница в кривизне профилей становится большей. Поэтому предусматриваются более узкие диапазоны чисел нарезаемых зубьев и большее число фрез в комплекте. Промежуточные номера при этом обозначаются дробными числами, например 3¹/2 (для комплекта из 15 фрез) или 5¹/4 (для ком­плекта из 26 фрез). Следует иметь в виду, что фреза каждого номера профилируется по наименьшему числу зубьев диапазона. В этом случае уменьшается опасность защемления зубьев сопряженных колес, так как радиус кривизны профиля будет тем меньше, а соответственно, ширина прорезаемой впадины тем больше, чем меньше число зубьев нарезаемо­го колеса.

Особенности конструкции и геометрические параметры диско­вых зуборезных фрез.

Основные размеры фрез выбираются так же, как и для обычных дисковых фасонных фрез. Для стандартных фрез наруж­ный d_aO и посадочный d_отв диаметры определяют по эмпирическим урав­нениям:

d_aO = 43,5m^0,5;           d_отв = 1,06 d_a^0,72

Для упрощения изготовления и переточки зубья фрез затылуют по архимедовой спирали. Величина падения затылка по вершине зуба оп­ределяется по известному уравнению

где r_a0 — радиус наружной окружности фрезы; z₀ — число зубьев фрезы; α_в — задний угол на вершине зуба.

Задние углы на боковых режущих зубьях в нормальном сечении (рис. 5):

где r_i — радиус любой i-й точки режущей кромки; φ_i — угол между каса­тельной к профилю и перпендикуляром к оси фрезы (φ_i = 10…16^о).

Из уравнения и рис. 5 следует, что величина α_Ni пере­менная. Она уменьшается в точках боковых режущих кромок около вершины до 1^о30′ даже при α_в = 12…15^о.

Передний угол у стандартных фрез равен нулю, что ухудшает усло­вия резания, но упрощает изготовление, переточку и контроль профиля зубьев фрез.

При нарезании колес крупных модулей удаление больших объемов металла из впадин занимает много времени. С целью повышения произ­водительности для предварительного (чернового) фрезерования исполь­зуют фрезы со вставными ножами, часто оснащенными напайными твердосплавными пластинами. В этом случае профиль зубьев можно брать упрощенный — прямобочный или трапециевидный.

Зубья лучше выполнять не затылованными, а остроконечными с за­точкой по передней и задней граням. Это дает возможность увеличить значения задних углов до оптимальных величин, увеличить число зубь­ев, а следовательно, повысить стойкость и производительность фрез. Передние углы берут положительными (до γ = 10…15^о), что облегчает процесс резания.

С этой же целью используют наборы из 2…4 фрез, насаживаемых на одну оправку (рис. 6).

В этом случае каждая фреза удаляет определенную часть металла из впадины между зубьями колеса. После прохода набора фрез колесо по­ворачивается на один зуб с помощью делительного устройства. Таким образом, предварительное нарезание зубьев производится методом бесцентроидного огибания с делением припуска между фрезами в наборе. Окончательно профиль впадины формируется чистовой фрезой, при­пуск на которую благодаря такой схеме резания снижается. Это способ­ствует повышению точности нарезаемых колес и стойкости фрез.

Пальцевые зуборезные фрезы.

Это концевые фрезы с фасонным профилем режущих кромок. Применяются в тяжелом машиностроении для нарезания крупномодульных колес (m = 10…100 мм) с прямыми, косыми и шевронными зубьями.

В отличие от дисковых фрез, пальцевые фрезы (рис. 7) крепятся консольно с помощью резьбы, с базированием по точно выполненному цилиндрическому пояску на посадочной части шпинделя станка.

В процессе работы ось фрезы, совпадающая с осью шпинделя, со­вмещена с линией симметрии впадины между зубьями нарезаемого ко­леса. Фреза, вращаясь, перемещается вдоль зуба колеса. При этом дви­жение подачи задается либо фрезе, либо заготовке.

По сравнению с дисковыми фрезами, пальцевые фрезы имеют зна­чительно меньшие габаритные размеры. Диаметральные размеры их рабочей части определяются размерами впадины между зубьями колеса. Обычно фрезы изготавливаются диаметром от 40 до 220 мм с четным числом зубьев от 2 до 8.

Чаще всего зубья затылуют. Причем из трех возможных способов затылования: радиального, осевого и наклонного — наилучшие результа­ты дает наклонное затылование под углом 10…15° к оси фрезы. При этом задний угол по длине режущих кромок примерно постоянный и, что наиболее важно, изменение диаметра при переточке по передней поверхности зубьев весьма незначительно, а следовательно, мало и ис­кажение профиля нарезаемых впадин колеса после переточки фрезы.

Передние углы у чистовых пальцевых фрез принимаются равными нулю для упрощения изготовления, переточки и контроля профиля.

У черновых фрез с целью снижения сил резания затачивают поло­жительный передний угол (до 8°). Профиль режущих кромок делают прямолинейным, а для деления стружки по ширине выполняют струж­коделительные канавки, расположенные на соседних зубьях в шахмат­ном порядке. С целью экономии инструментальных материалов зубья у фрез с m > 50 мм делают с приваренными сваркой режущими пластина­ми. Для получения оптимальных задних углов зубья фрез изготавлива­ются остроконечными, а не затылованными.

У чистовых пальцевых фрез для нарезания прямозубых колес мето­дом копирования профиль режущих кромок определяется по той же методике, что и для дисковых фрез, т.е. он совпадает с профилем впа­дины между зубьями колеса. При нарезании же косозубых колес такого совпадения нет ни в одной из плоскостей сечения. Точки контакта зубь­ев фрезы с заготовкой лежат на боковых винтовых поверхностях зубьев в разных плоскостях. При этом профиль нарезаемого зуба получается как огибающая различных положений профиля фрезы. Задача профили­рования режущих кромок в этом случае решается путем сложных гра­фоаналитических вычислений.

Существенными недостатками пальцевых фрез являются низкая производительность и малая точность нарезаемых колес.

Низкая производительность обусловлена самим способом нареза­ния: малым числом зубьев, нежестким консольным креплением, боль­шими усилиями резания из-за большой ширины срезаемого слоя и большого угла контакта с заготовкой, вследствие чего приходится сни­жать подачу и скорость резания.

Низкая точность нарезаемых колес определяется погрешностями профиля фрезы при переточке, погрешностями установки во впадине и погрешностями механизма деления.

Достоинством пальцевых фрез является возможность использования их на универсальных фрезерных станках при нарезании колес очень больших модулей, а в случае нарезания шевронных колес без канавки для выхода инструмента в месте изменения наклона зубьев, они явля­ются единственно возможным зуборезным инструментом.

Пальцевые фрезы являются специальным инструментом и серийно не изготавливаются.

Накатывание резьбы представляет собой процесс холодного пласти­ческого деформирования поверхностных слоев заготовки. При этом де­формируемый при большом давлении металл заполняет впадины между витками резьбы инструмента и таким образом на заготовке создается резьба без снятия стружки. Этот метод нашел широкое применение, особенно в массовом и крупносерийном производствах.

К числу его достоинств относятся: 1) высокая производительность (в несколько раз большая, чем при обработке резанием); 2) низкая ше­роховатость поверхности резьбы; 3) повышенные твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя накатанной резьбы благодаря наклепу; 4) повышенная усталостная прочность детали.

К числу недостатков относятся: 1) высокая стоимость инструмен­тов; 2) пониженная точность резьбы по сравнению со шлифованием; 3) необходимость точного подбора размеров заготовки и инструмента, правильного выбора режима накатки, так как возможно появление перенаклепа, чешуйчатости и отслаивания материала по резьбе.

В литературе приводится описание большого числа спо­собов накатки, конструкций станков и инструментов для ее осуществ­ления.

Ниже дан анализ только четырех видов инструментов, получивших наибольшее распространение на практике.

Резьбонакатные плоские плашки.

Резьбонакатные плоские плашки применяются для накатки на­ружных резьб различного профиля: метрических, упорных, трапецеи­дальных и др., а также различных видов шурупных резьб, червяков, рифлений, кольцевых и винтовых канавок на заготовках из пластичных материалов.

Плоские плашки (рис. 1, а) применяются в виде комплекта из двух плашек. Одна плашка крепится неподвижно на столе станка, а вто­рая связана с ползуном станка и в процессе работы совершает возврат­но-поступательное движение. При ходе влево подвижная плашка захва­тывает заготовку, подаваемую специальным механизмом станка, и про­катывает ее по неподвижной плашке.

На поверхностях плашек, обращенных друг к другу, нанесены (фре­зерованием и шлифованием) развернутые витки резьбы с углом наклона к направлению движения, равным углу подъема накатываемой резьбы τ. При настройке операции витки подвижной и неподвижной плашек сме­щают вдоль оси заготовки относительно друг друга на половину шага резьбы (0,5Р) так, чтобы выступы витков подвижной плашки точно попадали во впадины витков неподвижной плашки.

Неподвижная плашка для лучшего захвата заготовки и постепенно­го формирования резьбы имеет заборную часть длиной ℓ₁, выполнен­ную под углом φ, калибрующую часть ℓ₂ и выходную — сбрасывающую часть, подобную по конструкции заборной части. Они, таким образом, являются взаимозаменяемыми и по мере износа меняются местами.

Для того чтобы подвижная плашка при обратном ходе не захватила накатанную заготовку и не испортила ее резьбу, длина подвижной плашки делается больше длины неподвижной плашки на 15…25 мм.

Заборную часть на подвижной плашке, как правило, не делают, но при накатке резьбы с шагом P > 1,25 мм сошлифовывают вершины вит­ков в начале плашки под очень малым углом φ₁ = 7…22′ с целью повы­шения стойкости плашки.

Заборная часть неподвижной плашки играет важную роль, так как на ней фактически формируется профиль накатываемой резьбы. Ее дли­на ℓ₁ должна быть такой, чтобы обеспечить поворот заготовки не менее чем на 1…2 оборота. При накатке резьб с шагом P > 1 мм ℓ₁ = (1…2) πd₂, где d₂ — средний диаметр резьбы. Для резьбы повышенной точности ℓ₁ = (3…4)πd₂ .

Существуют разные способы оформления заборной части плашек. Наиболее простой из них заключается в сошлифовывании вершин вит­ков под углом φ=1…3°. Сами же витки предварительно имеют полный профиль по всей длине плашки. Недостатком такого способа является плохой захват заготовки в начальный момент проката и неравномерная нагрузка витков неподвижной и подвижной плашек. Из-за перегрузки последней она имеет меньшую стойкость, чем неподвижная плашка.

Для улучшения захвата заготовки, особенно при увеличенной длине заборной части (ℓ₁ = 3πd₂), на ней иногда вышлифовывают мелкие по­перечные канавки глубиной 0,2…0,7 мм с углом профиля 90°.

На практике у витков на заборной части неподвижной плашки часто делают полный профиль, используя для этого фрезерование и шлифова­ние (после термообработки) витков по контуру. При этом захват заго­товки и распределение нагрузки на витки становятся значительно луч­ше, чем при использовании первого способа, который в основном при­меняется для накатки резьб с неглубоким профилем и шагом P < 1 мм.

Иногда для повышения качества резьб с шагом P > 1,25 мм приме­няют двойную заборную часть. Для этого на витках с полным профилем в конце заборной части делают притупление по вершинам под углом φ₁ < φ. При этом стойкость плашек также повышается благодаря сниже­нию нагрузки на витки, расположенные в начале калибрующей части.

Глубина захвата плашек выбирается такой, чтобы расстояние между плашками в начальной части было больше диаметра заготовки:

α = (d_з -d₁)/2 + (0,07…0,2) мм,

где d_з — диаметр заготовки (определяется экспериментально); d₁ — внутренний диаметр резьбы.

Калибрующая часть плашки служит для окончательного формиро­вания резьбы, поэтому витки на ней имеют полный профиль.

Высота головки витков плашки берется больше высоты ножки резь­бы детали на величину запаса на износ, равную 0,015Р, а высота ножки должна быть больше высоты головки и резьбы на величину зазора Δ = 0,025Р, чтобы не допустить касания между вершинами витков накаты­ваемой резьбы и впадинами витков плашки. Металл, выдавливаемый витками плашки, должен свободно размещаться во впадинах между витками. В противном случае это приведет к резкому повышению уси­лий прокатки, снижению стойкости плашек из-за выкрашивания витков и даже к разрыву заготовки.

Длина калибрующей части плашки должна быть достаточной для обеспечения нескольких оборотов заготовки. Обычно она равна ℓ₂ = (2..3)πd₂. Таким образом, общая длина неподвижной плашки ко­леблется в пределах (5…8)πd₂. Ширина плашки должна быть на 2…3 шага больше длины накатываемой резьбы. Высота плашек равна25…50 мм. Для надежного закрепления торцы плашек срезают под уг­лом 85°.

Плашки изготавливают из сталей марок Х12М, Х6ВФ и других с термообработкой до твердости HRC_Э 59…61. Резьбы диаметром d=1,5…25,0 мм накатываются на станках-автоматах с производительно­стью до 450…1600 шт./мин. Чем меньше диаметр резьбы, тем выше производительность процесса накатывания. Из-за того, что формирова­ние резьбы происходит на очень короткой длине заборной части и сте­пень деформации очень большая, а также из-за погрешностей изготов­ления и установки плашек на станке точность накатываемой резьбы не­высокая, не выше h6.

Резьбонакатные ролики.

Резьбонакатные ролики (рис. 2) используют для накатывания наружных резьб. Этот процесс является более совершенным по сравне­нию с накатываниями плоскими плашками, хотя и значительно уступает ему по производительности (60…80 шт./мин).

Ролики обеспечивают более точную резьбу, так как работают с ма­лыми давлениями и, кроме того, резьба на роликах вышлифовывается с
высокой точностью и малой шероховатостью поверхности. Установка и регулирование роликов на размер проще и точнее, чем плашек. Благо­даря постепенной радиальной подаче роликов нагрузка на витки рас­пределяется более равномерно, поэтому можно производить накатку резьбы даже на полых заготовках, а также на заготовках из малопла­стичных материалов. Ролики позволяют производить накатку резьб на заготовках диаметром от 2 до 60 мм, что значительно выше, чем плаш­ками.

Как видно из схемы на­катывания резьбы роликами (рис. 2, а), заготовка помещается между двумя ро­ликами 1 и 2, которые в про­цессе накатки вращаются в одном направлении, а заго­товка — в противоположном. Один из роликов (ведущий) получает вращение от при­вода станка и радиальную подачу по направлению к заготовке и другому ролику. В результате этого каждый ролик участвует витками своей резьбы в формирова­нии резьбы заготовки.

Заготовка 3 устанавлива­ется на опорную линейку 4 с напаянной твердосплавной пластиной, обеспечивающей линейке высокую износо­стойкость. Для того чтобы заготовку не выталкивало из контакта с роликами, ее ось располагают ниже линии центров роликов на величину 0,1…0,6 мм.

По окончании формирования резьбы подача прекращается, и при дальнейшем вращении роликов происходит калибрование резьбы.

Направление резьбы на роликах обратное накатываемой. По оси ро­лики смещены на полшага относительно друг друга так, что выступы витков одного ролика входят во впадины витков другого ролика. При вращении роликов осевое перемещение заготовки отсутствует. Поэтому можно накатывать резьбу на заготовках с буртиками и на конических поверхностях. Наличие осевого перемещения свидетельствует о по­грешностях шага резьбы роликов, а попытки установить для заготовки упоры приводят к порче резьбы.

Основным условием получения правильной резьбы является равен­ство углов подъема резьбы роликов τ_и и заготовки τ. Кроме того, с уве­личением диаметра роликов из-за снижения удельного давления на за­готовку улучшается качество накатываемой резьбы и повышается их жесткость и прочность. Из этого следует, что на роликах должна быть нанесена многозаходная резьба (рис. 2, б). При этом угол подъема резьбы на инструменте и заготовке можно найти из выражений:

tg τ_и=Р_и / πD_2и; tg τ = Р / πd₂

Приравняв τ_и = τ , получим

где i — число заходов; Р_и — шаг витков резьбы инструмента; d₂ — средний диаметр резьбы детали; D_2и — средний диаметр резьбы ролика.

Многозаходную резьбу на роликах можно получить автоматически без использования делительных устройств при вышлифовывании ее на термически обработанных заготовках с помощью широких многониточ­ных шлифовальных кругов с подачей Р_и = iP (рис. 3, а). Витки на этих кругах кольцевые, полученные с помощью специальных накаток. Ось круга при шлифовании устанавливается под некоторым углом к оси ролика, равным углу подъема резьбы τ.

Износ роликов часто сопровождается выкрашиванием отдельных витков резьбы. Для восстановления их можно перешлифовывать на дру­гой диаметр с пересчетом диаметра D_2и по уравнению, но с дру­гим числом заходов i. Наружный диаметр роликов (рис. 3, а, б) равен

D_и = D_2и +2 h_1max

где h_1max — наибольшая высота головки резьбы ролика (для метриче­ской резьбы h_1max = 0,325Р).

При этом наименьшая ширина площадки по вершинам витков роли­ка должна быть не меньше 0,75 ширины площадки теоретического про­филя.

Высота ножки резьбы ролика h_2min должна быть больше высоты го­ловки накатываемой резьбы (рис. 3, б), чтобы можно было гаранти­ровать зазор Δ=0,1…0,2 мм между впадиной резьбы ролика и наруж­ной поверхностью заготовки. Отсутствие такого зазора приводит к бочкообразности и овальности накатанной резьбы.

На практике ролики изготавливают диаметром D_и = 90…250 мм, шириной В=45…250 мм. Их используют на станках-автоматах с меж­центровыми расстояниями между роликами L = 90…435 мм. Изготавли­ваются ролики из тех же сталей, что и плашки.

Кроме рассмотренной схемы накатки резьбы и конструкции роли­ков существует также много других схем, например накатка тремя ро­ликами, планетарная накатка роликом и сегментной плашкой, накатка роликами с тангенциальной и осевой подачами и др.

Накатники.

Накатники (раскатники) применяются для получения внутренних резьб (рис. 4). Они представляют собой стержни с нарезанной резь­бой, соответствующей профилю накатываемой резьбы, с заборной и калибрующей частями и хвостовиком. Внешне они подобны метчикам, но, в отличие от них, не имеют стружечных канавок и, соответственно, режущих зубьев.

Формирование резьбы осуществляется также методом холодного пластического деформирования, но, в отличие от роликов и плашек, при этом имеет место не трение качения, а трение скольжения, вызывающее повышенный износ инструмента. По сравнению с метчиками накатники обладают большей прочностью, обеспечивают получение точных резьб с низкой шероховатостью поверхности, повышение прочности резьбы (до 20%). Наибольшее применение они нашли в приборостроении при накатке резьбы в пластичных материалах, в листовых заготовках из цветных металлов с длиной резьбы меньше диаметра, а также при на­катке резьбы в глухих отверстиях в вязких и мягких сталях.

Накатники из быстрорежущих сталей обеспечивают повышение стойкости до 10 раз по сравнению с метчиками только на малых диа­метрах (d = 3…5 мм), но с увеличением диаметра резьбы стойкость их резко уменьшается. На d = 10…12 мм их преимущества полностью те­ряются. Объясняется это сложными условиями работы накатников и высокой трудоемкостью их изготовления. При d > 10 мм эти накатники применяют только для повышения прочности и точности резьбы.

Твердосплавные накатники (монолитные, с напайными пластинами или механически закрепляемыми вставками для больших диаметров) дают значительное (от 8 до 100 раз) повышение стойкости, но очень дороги и сложны в изготовлении. При небольших диаметрах (d < 20 мм) они уступают по прочности стальным и не нашли применения в произ­водстве.

Заборная часть накатников представляет усеченный конус с резьбой полного профиля. Угол конуса φ = 45° для глухих отверстий и φ =10…15° для сквозных. Диаметр отверстия под накатку можно ориен­тировочно подсчитать по формуле

с последующей экспериментальной проверкой.

При определении диаметров резьбы накатника нужно учитывать тип ее контура: открытый или закрытый. Соответственно у накатников для получения открытого контура внутренний диаметр резьбы на за­борном конусе не ограничен и в процессе формирования резьбы не уча­ствует (рис. 4, б), т.е. по внутреннему диаметру между накатником и заготовкой имеется зазор.

При закрытом контуре (рис. 4, в) на внутренний диаметр d₁ уста­навливается жесткий допуск, так как он формирует вершины витков накатываемой резьбы. Зазор между заготовкой и раскатником отсутст­вует. Такой контур обычно используется при накатывании точных резьб с тугой посадкой.

При открытом контуре вследствие недостаточного заполнения ме­таллом впадин резьбы накатника на вершинах витков накатанной резь­бы образуются складки (кольцевые канавки). Поэтому накатники испы­тывают меньшие напряжения в резьбе и крутящий момент. Их стой­кость выше, чем у накатников для резьб с закрытым контуром.

С целью обеспечения более равномерной нагрузки на отдельные витки резьбы на практике применяют различные формы заборной части: с криволинейной образующей (по параболе, гиперболе, окружности), с переменной высотой витков и др. Но это возможно только при большой длине заборной части, равной ℓ₁>(3…4)P. За счет этого при накатке резьбы в сквозных отверстиях можно получить существенное повыше­ние стойкости инструмента.

Калибрующая часть накатника предназначена для окончательного формирования и калибровки резьбы. Она имеет цилиндрическую резьбу полного профиля. Ее длина равна ℓ₂ > (5…10)P. Средний диаметр резь­бы инструмента d_2и принимается больше среднего диаметра накатывае­мой резьбы на 2/3 допуска на d₂, а наружный диаметр d_и больше диаметра резьбы d_и = d+0,15P с учетом упругих деформаций восстановле­ния резьбы, имеющих место после вывода накатника из отверстия.

Внутренний диаметр при накатке резьбы с закрытым контуром мо­жет быть рассчитан по формуле

d_1и = d₁ + 0,6δ₁

где δ₁ — допуск на внутренний диаметр резьбы.

В целях уменьшения момента трения и облегчения формирования резьбы накатники в сечении, перпендикулярном к оси, изготавливаются с многогранным или криволинейным профилем, имеющим переменную величину площади контакта накатника и заготовки, и наличием зазора между ними (рис. 4, г). Для получения фасонных профилей исполь­зуют затыловочные станки. От правильного выбора формы и размеров поперечного сечения зависят прочность и стойкость накатников, сила трения при накатке, точность и шероховатость поверхности резьбы. При этом число граней обусловлено размерами резьбы. Так, для резьбы до М6 рекомендуется трех- или четырехгранные, для М6…М20 — шести­гранные, а для М20…М36 — шести- или восьмигранные накатники. Для повышения точности резьб необходимо стремиться к увеличению числа граней, хотя при этом увеличивается момент трения из-за худшего про­никновения СОЖ и увеличения степени наклепа резьбы.

Для снижения крутящего момента на нерабочей части граней накат­ника выполняют, например, смазочные канавки размером В_к ≥ 0,5…0,7 мм, h_к = 0,5Р (рис. 4, г).

Во избежание защемления накатника в отверстии и для снижения крутящего момента на калибрующей части предусматривается неболь­шой обратный конус по наружному диаметру в пределах 0,05…0,10 мм на 100 мм длины.

Резьбонакатные головки.

Резьбонакатные головки используют для накатки наружных резьб на специальном или универсальном оборудовании и даже вручную. Они представляют собой сборный инструмент, использующий в качестве рабочих элементов ролики небольших диаметров, подобно резьбонарез­ным головкам. Имеется большое число вариантов конструктивного ис­полнения резьбонакатных головок. На рис. 5 приведены два варианта таких головок: с аксиальной (осевой) подачей заготовок и тангенциаль­ной подачей головки.

У головок с аксиальной подачей ролики имеют кольцевые витки, смещенные по оси на величину P/n , где n — число роликов (n = 3…4). Ролики устанавливаются под некоторым углом к оси заготовки, близ­ким к углу τ подъема резьбы. На роликах для лучшего захода имеется заборная часть длиной ℓ_1min = 1,5P с двух сторон как с полным, так и с неполным профилем резьбы. Головки применяют для накатки резьбы на длинных и полых заготовках с толщиной стенки 2…4 мм. Резьбонакатная головка, показанная на рис. 5, а, реверсивная, приводимая во вращение воротком. Имеются более сложные конструкции: самооткры- вающиеся в конце хода, с осевой и радиальной подачами роликов и др. Самооткрывающиеся головки не требуют свинчивания, поэтому более производительны. Они могут быть вращающимися и невращающимися. Последние применяют на револьверных станках с вращением заготовки.

При накатке резьбы на длине (2…3)Р в начале захода используют принудительную подачу, равную шагу резьбы. Затем подачу отключа­ют, и процесс идет с самоподачей. Принудительная подача обычно при­водит к снижению стойкости роликов.

Резьбонакатные головки используют для накатки метрических, трубных и трапециевидных резьб диаметром d = 12…90 мм с шагом до Р = 10 мм. Число роликов у крупных головок может доходить до 10.

На рис. 5, в показана схема накатки резьбы с тангенциальной по­дачей головки, закрепленной на суппорте станка. Наибольшее примене­ние нашли головки с двумя роликами. Они бывают как с синхронным (через зубчатую передачу), так и с несинхронным вращением роликов. Витки роликов винтовые, с направлением резьбы, обратным направле­нию резьбы заготовки, и с числом заходов, обеспечивающим равенство углов подъема резьбы на роликах и заготовке. Число заходов зависит от шага резьбы и находится в пределах i = 2…6. Оси роликов параллельны оси заготовки. Ширина роликов больше длины накатываемой резьбы на величину не менее одного шага. Профиль витков одного ролика смещен на P/2 относительно профиля другого ролика.

В начальный момент ролики касаются наружной поверхности заго­товки. Затем головке задается тангенциальная подача. Конец процесса накатывания резьбы наступает тогда, когда оси роликов окажутся в од­ной вертикальной плоскости с осью заготовки.

Резьбонакатные головки используются для накатки резьб диаметром d = 3…52 мм.

Они имеют достаточно широкое применение при нарезании чаще наружных и реже внутренних резьб на винтах, болтах, трубах и других деталях. Эти головки представляют собой достаточно сложные сборные конструкции с режущими элементами в виде круглых гребенок или плоских плашек, устанавливаемых в корпусе головки (рис. 1).

Резьбонарезные головки делятся на две основные группы: самооткрывающие и регулируемые. У первых производится отвод гребе­нок от заготовки в конце операции нарезания резьбы и тем самым отпадает необходимость в обратном свинчивании, а следовательно, сокращается вспомогательное время и резко возрастает производи­тельность. Поэтому эти головки получили большее распространение, чем регулируемые, хотя последние проще по конструкции.

Резьбонарезные головки бывают вращающимися (модели 1КА…5КА), применяемыми на токарных автоматических и полуавтома­тических станках, а также невращающимися, применяемыми на токарных и револьверных станках. Раскрытие головки осуществляется при помо­щи упоров на станке и вилки, устанавливаемой в кольцевой проточке вращающейся головки или с помощью рукоятки у невращающихся го­ловок (рис. 2, а, б). В первом случае обычно заготовка не вращается, но может и вращаться. При этом раскрытие и закрытие головки проис­ходит автоматически. Во втором случае вращается только заготовка и подача головки происходит самозатягиванием или принудительно.

У невращающихся головок (модели 1К…5К) раскрытие головки производится автоматически в конце хода, а закрытие — вручную, с по­мощью рукоятки.

Из гребенок, применяемых в головках, наибольшее распростране­ние получили круглые гребенки, которые более технологичны, имеют точную шлифованную резьбу и допускают большое количество перето­чек.

Головки с тангенциальными плашками (рис. 1, б) хотя и допус­кают большое количество переточек, но из-за меньшей технологичности вытесняются головками с круглыми гребенками. Еще реже применяются головки с призматическими радиальными плашками (рис. 1, в), имею­щими минимальный запас на переточку, хотя конструкции головок с такими плашками более компактны.

Так как резьбонарезные головки представляют собой достаточно сложную конструкцию, то ниже, на примере круглых гребенок, рас­смотрим только режущий элемент головки, его геометрические пара­метры и установку относительно заготовки.

Круглые гребенки (рис. 3) подобны приведенным выше многони­точным круглым фасонным резцам с кольцевыми резьбовыми витками. Они имеют большой передний угол γ_з = 10…25° и угол заборного ко­нуса φ = 20°. Передняя поверхность гребенки затачивается под осевым углом λ.

При установке комплекта гребенок в резьбонарезной головке необ­ходимо, чтобы витки каждой из гребенок совпадали с впадинами наре­заемой резьбы. Поэтому они должны иметь смещение вдоль оси, равное шагу, деленному на число гребенок.

Так как витки у гребенок кольцевые, то оси гребенок должны быть наклонены к оси заготовки под углом τ подъема нарезаемой резьбы, где τ = P / πd.

Задний угол заточки

sin α_з = h_г / r.

На практике это требование выполняется за счет того, что гребенки крепятся на кулачках, управляющих самооткрыванием головки в конце хода, торец которых наклонен под углом τ (рис. 4, б). При этом фак­тический осевой угол на режущей части λ₁ = τ + λ (λ₁ = 6…7°). Наруж­ный диаметр гребенок d выбирается таким, чтобы при полном раскры­тии головки гребенки не выходили за габариты сводящего кольца, а в рабочем положении не касались бы друг друга.

Длина гребенки ℓ выбирается с таким расчетом, чтобы длина за­борной ℓ₁ и калибрующей ℓ₂ частей составляла бы не менее 7…8 ша­гов резьбы.

В рабочем положении центр гребенки располагается выше центра заготовки на величину h (рис. 4, а).

Из-за наличия углов λ₁ и φ при заданном превышении h вершины зубьев вдоль оси гребенки располагаются на разных расстояниях С от оси заготовки (рис. 4). Расстояние С — очень важный параметр, ока­зывающий влияние на работоспособность головки, так как от него зави­сит самоподача инструмента и качество нарезаемой резьбы. Значение С переменно вдоль оси гребенки, вследствие чего изменяются углы реза­ния α_р (угол между касательными, проведенными перпендикулярно к радиусам из центров заготовки и детали) и γ_р (угол между радиусом, проведенным из центра заготовки, и передней гранью), отличающиеся от углов заточки α_з и γ_з (см. рис. 3).

На рис. 4, в показаны три положения вершин зубьев в различных сечениях по длине гребенки: 1) С > 0 — вершина зуба лежит выше цен­тра заготовки О_з; 2) С = 0 — вершина зуба лежит на одной высоте с цен­тром заготовки О_з; 3) С < 0 — вершина зуба лежит ниже центра О_з.

Углы резания α_р и γ_р совпадают с углами заточки α_р = α_з, γ_р = γ_з только в случае, когда превышение вершины зуба C = 0 и h = h_г (рис. 3). При этом sin α = h / r . В случае, когда C > 0, передний угол увеличивается (γ_р > γ_з), а задний угол уменьшается (α_р < α_з). При этом

sin α_р = (h — С) / r

Если С < 0, то картина обратная: γ_р < γ_з , α_р > α_з . Этот вариант имеет место в начале контакта гребенки с заготовкой.

Только в одном случае при С > 0, когда вершина зуба лежит на ли­нии О_зО_г, соединяющей центры заготовки и гребенки, α_р = 0, так как нормали к радиусам, проведенным из центров заготовки и гребенки, совпадают (рис. 4, а).

На долю режущей части гребенки приходится удаление припуска из впадин нарезаемой резьбы. Поэтому здесь α_р должно иметь положи­тельное значение. При угле α_р = 0 процесс резания прекращается, т.е. наступает окончательное оформление профиля резьбы, и после этого в работу вступают витки калибрующей части. Сечение N—N на этой гра­нице называется профилирующим и по нему производится настройка головки. Вершины витков калибрующей части за этим сечением еще выше приподнимаются над центром заготовки, и угол α_р получает от­рицательные значения. Сама же гребенка превращается как бы в зака­ленную ведущую гайку, в которую ввинчивается заготовка с нарезанной резьбой. Тем самым обеспечивается процесс самоподачи головки. Экс­периментально установлено, что оптимальные значения превышения вершины витка гребенки в этом сечении очень небольшие по величине и равны С = 0,2 мм для резьб с шагом Р = 1 мм и С = 0,1 мм для резьб с шагом Р = 2 мм. С увеличением превышения С при заданном значении λ₁ шероховатость поверхности резьбы увеличивается.

Величина превышения С в сечении N—N строго контролируется на специальном приборе, оснащенном двумя микрометрами. У гребенок одного комплекта превышение должно отличаться не более чем на 0,01…0,02 мм. Отклонение резьбы по среднему диаметру у гребенок комплекта допускается не более 0,02 мм и не более 0,2 мм между ком­плектами.

Как следует из рис. 4, а межцентровое расстояние между заго­товкой и гребенкой в профилирующем сечении

Резьбонарезная плашка — это гайка, превращенная в режущий инст­румент путем сверления стружечных отверстий и формирования на зубьях режущих перьев передних и задних углов.

Плашки применяют для нарезания наружных резьб на болтах, вин­тах, шпильках и других крепежных деталях. По форме наружной по­верхности плашки бывают: круглые, квадратные, шестигранные, труб­ные. Для слесарных работ они делаются разрезными и зажимаются в воротках.

Самое широкое применение нашли плашки круглые, как наиболее технологичные и простые в эксплуатации. Они изготавливаются из ка­либрованных прутков быстрорежущей стали на токарных прутковых станках-автоматах.

На рис. 1 показана конструкция круглой плашки и ее основные конструктивные и геометрические параметры. К ним относятся: наруж­ный диаметр плашки D, толщина B, диаметры стружечных отверстий d_c и окружности их центров d_ц, ширина просвета с, ширина пера b, мини­мальная толщина стенки е. Геометрические параметры плашки: перед­ний угол γ, задний угол α и угол заборного конуса φ. На наружной по­верхности плашки имеются 3 или 4 конических углубления с углом при вершине 90° для крепления в воротке или кольце. На этой же поверхно­сти плашек выполнен трапециевидный паз с углом 60°, образующий перемычку толщиной m = 0,4…1,5 мм, которую после двух-трех пере­точек плашки разрезают.

Плашки устанавливаются в воротке при работе вручную или в кольце при работе на станках (рис. 2, а, б) с подвижной посадкой по наружному диаметру. Во избежание перекоса плашки оси крепежных винтов смещены относительно осей конических углублений так, чтобы надежно прижимать торец плашки к торцу посадочного гнезда. Винтом 1, входящим в паз после разрезания перемычки, и крепежными винтами 2, входящими в углубления, можно регулировать диаметры резьбы плашки после износа.

В основном плашками нарезают остроугольную крепежную резьбу диаметром от 2 до 36 мм, реже от 42 до 48 мм. Для калибровки резьб, нарезанных другими инструментами (резцами, фрезами), применяют плашки с резьбовым диаметром d=56…135 мм и выше.

Наружный диаметр плашки

D = d_ц + d_с + 2е

Диаметры d_c и d_ц рассчитываются исходя из условий свободного размещения стружки и минимальной толщины стенки е, которая задает­ся. Для плашек диаметром D = 2…52 мм рекомендуется принимать

С целью сокращения номенклатуры диаметров прутков, из которых плашки изготавливаются, и воротков (колец) для их крепления габарит­ные размеры плашек (D и В) нормализованы в виде рядов предпочти­тельных размеров.

Рабочая часть плашки состоит из двух взаимозаменяемых при изно­се заборных конусов с углом 2φ, расположенных с обоих торцов, и ка­либрующей части между ними (рис. 1).

Длина режущей части (рис. 3) вычисляется по формуле

где d₀ — диаметр входного отверстия плашки; d -внутренний диаметр резьбы; а — фаска, снимаемая с торца для лучшего захода заготовки в отверстие плашки (а=0,2…0,4 мм); h — высота профиля резьбы.

Число режущих зубьев плашки на одном заборном конусе равно

где z_с — число стружечных отверстий (перьев); Р — шаг резьбы.

По аналогии с метчиками толщина среза на одном зубе плашки

Угол заборного конуса рекомендуется брать следующим: при наре­зании резьбы в заготовках из высокопрочных материалов 2φ = 20…30°, легких цветных металлов и сплавов — 2φ = 50…70°. У стандартных плашек общего применения угол 2φ = 50°.

Число стружечных отверстий рекомендуется принимать в зависимо­сти от диапазона наружных диаметров нарезаемой резьбы d (табл. 1).

d, мм	2…5	6…18	20…30	33…48
zc	3	4	5	6

Длина режущей части из-за необходимости сокращения длины сбе­га резьбы на заготовках невелика и равна ℓ₁ = (1,5…3,0)Р. При этом у стандартных плашек толщина среза на один зуб в зависимости от шага и диаметра резьбы a_z=0,063…0,375 мм/зуб. В сравнении с метчиками это означает, что зубья плашки снимают стружки значительно большей толщины и, следовательно, работают с большими усилиями резания.

Калибрующая часть плашки предназначена для калибрования резьбы. Она влияет на направление и самоподачу инструмента в про­цессе резания. Шлифовать резьбу на ней и тем более проводить затыло­вание невозможно. Поэтому задние углы на зубьях равны нулю. Точ­ность нарезаемой резьбы из-за погрешностей, вызванных термообра­боткой, невысока — не более 6h, 8h.

Чтобы уменьшить трение на калибрующей части плашки и величи­ну искажений профиля резьбы, ее длину берут минимально возможной — обычно ℓ₂ = (3…6)P.

Геометрические пара­метры плашки.

Передний угол γ измеряется между ра­диусом, проведенным в точку режущей кромки зуба (через него проходит основная плос­кость), и касательной к перед­ней поверхности (рис. 4). Так как последняя является частью поверхности стружеч­ного отверстия, то передний угол получается очень большим. Его можно уменьшить путем срезания по передней поверхности зенкером (до термообработки) или путем подточки шли­фовальными кругами малых диаметров (после термообработки) на спе­циальных станках при удалении части перемычки, остающейся после сверления стружечных отверстий (рис. 4, а). При этом прямолиней­ный участок передней поверхности делается несколько больше, чем высота профиля резьбы, т.е. x > h. Угол заточки γ_з < γ выбирается в зави­симости от обрабатываемого материала: для твердых материалов γ_з = 10…15°, для легкообрабатываемых γ_з=20…25°, у стандартных плашек γ_з = 15…20°.

При обработке вязких материалов с целью увеличения стружечного отверстия и направления стружки в сторону подачи аналогично метчи­кам иногда после термообработки абразивными головками делают под­точку по передней поверхности режущих зубьев под углом к оси плаш­ки λ = 15° (рис. 5, а). Задний угол α_в на вершинных кромках зубьев заборного конуса получают методом затылования по архимедовой спи­рали. У стандартных плашек α_в = 6…9°. Обычно применяют осевое за­тылование, поэтому в плоскости, перпендикулярной к оси плашки, ве­личина падения затылка

а вдоль оси

k_{z ос} = k_z tgφ

Причем k_z отсчитывается на радиусе, проведенном в вершину со­седнего пера.

Одним из способов улучшения конструкции плашек является вынос режущей части на торец и оформление ее в виде конуса с прорезанными стружечными пазами (рис. 9.32, б). Преимущества такой конструкции состоят в следующем: отпадает необходимость в сверлении стружечных отверстий, создается возможность простой заточки и переточки под различными углами у и X на универсально-заточном станке, уменьшает­ся трудоемкость изготовления и создаются лучшие условия для отвода стружки. Такие плашки выпускаются некоторыми зарубежными фир­мами.

Расчет плашек.

Расчет плашек заключается в определении диаметров стружечных отверстий d_c=2r_c, диаметра окружности их центров d_ц = 2r_ц и наружно­го диаметра D плашки при заданном внутреннем диаметре нарезаемой резьбы d₁ = 2r₁. Расчетная схема представлена на рис. 6.

При расчете плашки большое значение имеет правильный выбор со­отношения ширины пера и просвета b / c . Ширина пера b должна быть достаточной для обеспечения прочности и жесткости. Именно по причине поломки перьев плашки часто выходят из строя. В то же время с увели­чением ширины перьев возрастает крутящий момент трения, сокраща­ется ширина просвета, ухудшаются условия отвода стружки. При этом возможны пакетирование и защем­ление стружки, а также поломка перьев. Поэтому рекомендуют брать отношение b / c = =0,65…0,85. При расчете также задаются значе­ниями таких параметров, как внут­ренний диаметр (радиус) резьбы d₁ (r₁), наружный диаметр плашки (предварительно) D, число перьев n = z_c (табл. 1), угол заточки γ_з, величина подточки по передней поверхности x = (1,2…1,5)h.

Для облегчения сверления стружечных отверстий и оформле­ния передней поверхности при подточке предусматривается вели­чина перекрытия окружностей с радиусами r₁ и r_с в пределах ƒ=(0,1…0,2) r_с.

На расчетной схеме (рис. 6) показана передняя поверхность плашки до заточки как часть стружеч­ного отверстия с передним углом у и прямолинейным участком x после заточки угла γ_з. При этом углы между линией центров ОО_с и радиусами, проведенными в точки A и B, обозначены соответственно ω и ω_з:

Радиус стружечного отверстия найдем из соотношения c /2 = r₁ sin ω = r_c cos(ω + γ)

Радиус окружности центров стружечных отверстий (рис. 6) вы­числим по формуле

r_c = r₁ cos ω + r_c sin(ω + γ)

После подстановки r_c из уравнения получим

r_ц = r₁[cos ω + sin ω tg(ω + γ)]

Найдем угол ω с учетом отношения b/c = sinθ_в/sin2ω≈θ_в/2ω. Так как 2ω+θ_в = 2π /n, то после подстановки и некоторых преобразова­ний найдем, что

ω=π/n(1 + b/c)

Передний угол предварительно назначает­ся в пределах γ = γ_з + (10…15)°.

В конце расчета производится проверка на допустимую толщину стенки плашки

e = 0,5(D — d_ц — d_c)

и величину перекрытия окружностей радиусов r₁ и r_с

f = 0,5(d₁ — d_ц + r_с).

Если полученные значения e и f не удовлетворяют указанным выше ограничениям, то, задаваясь их новыми значениями и отношением b/c в пределах допустимых диапазонов, по уравнениям находят новые значения r_с и r_ц с возможной корректировкой диаметра плашки D, числа стружечных отверстий z_c и угла заточки γ_з.

Окончательно эти и другие параметры плашки уточняют прочерчи­ванием ее в большом масштабе.

Измерение элементов резьбы плашки представляет большие затруд­нения. Проверка качества плашек осуществляется обычно косвенным путем: нарезанием резьбы на пробной заготовке и измерением ее пара­метров. Поэтому допуски на элементы резьбы плашек не устанавлива­ют, задаваясь ими только для плашечных и маточных метчиков, приме­няемых при изготовлении плашек.

Конструктивные особенности плашек других типов.

При нареза­нии резьбы вручную применяются плашки слесарные (рис. 7, а). Они делаются квадратными разрезными для того, чтобы в процессе ре­зания можно было регулировать диаметр в зависимости от нагрузки и производить нарезание резьбы в несколько проходов. Плашки имеют две стружечные канавки А и устанавливаются в специальных воротках — клуппах, снабженных винтами для крепления и регулировки зазора ме­жду двумя половинками плашки.

К слесарным плашкам также можно отнести и винторезную дощеч­ку (рис. 7, б), в которой находится несколько плашек с небольшим диаметром резьбы и двумя стружечными отверстиями.

Плашки трубча­тые (прогонки) (рис. 8) представляют со­бой трубу из инструментальной стали с на­резанной резьбой. Для размещения сходящей стружки со стороны переднего торца в плашке прорезаны пазы, длина которых в 2 раза больше длины нарезаемой резьбы. Стружка снимается зубьями, расположенными на заборном конусе, с углом 2φ = 50…60^о. Длина резьбы плашки ℓ = (7…8)Р и на заборной части ℓ₁ = (2,0…2,5)Р. Передний угол обеспечивается путем простой в исполнении заточки по передней грани в зависимости от свойств обрабатываемого материала и берется в диапазоне γ = 0…25^о, задний угол α создается затылованием по вер­шинным режущим кромкам, как у круглых плашек. Регулирование резьбы по диаметру производится с помощью разрезного кольца, наде­ваемого на плашку и сжимающего ее. Применяют такие плашки на револьверных станках и станках-автоматах. По сравнению с круглыми плашками они имеют следующие преимущества: 1) лучшие условия отвода стружки; 2) меньшее коробление при термообработке;

• высокая технологичность из-за простой переточки по передней грани;
• возможность регулирования диаметра резьбы при износе.
  

Недостатком трубчатых плашек является низкая точность нарезае­мой резьбы.

Плашки для конических резьб (рис. 9) применяются при нареза­нии наружных резьб в трубопроводах высокого давления. Особенности конструкций таких плашек: 1) плашки работают не напроход, а только с одной стороны, имеющей заборный конус с углом 2φ = 30…55⁰; 2) перья делают как можно меньшей ширины для снижения сил резания и трения; 3) число стружечных отверстий равно z_c = 4…7, для d=1/6.. .2″; 4) углы режущих зубьев γ = 20⁰, α = 6⁰.

Наибольшая нагрузка на плашку возникает в конце нарезания резь­бы. Во избежание поломок таких плашек необходимо применять патро­ны с предохранительным устройством от перегрузки.

Метчики широко используются в машиностроении для нарезания резьбы в отверстиях заготовок и весьма разнообразны по конструкциям и геометрическим параметрам.

Метчик — это винт, превращенный в инструмент путем прорезания стружечных канавок и создания на режущих зубьях передних, задних и других углов. Для крепления на станке или в воротке он снабжен хво­стовиком. Режущая часть метчика изготавливается чаще всего из быст­рорежущей стали, реже из твердого сплава.

Условия резания при снятии стружки метчиком очень тяжелые из-за несвободного резания, больших сил резания и трения, а также затруд­ненных условий удаления стружки. Кроме того, метчики имеют пони­женную прочность из-за ослабленного поперечного сечения. Особенно отрицательно это сказывается при нарезании резьбы в вязких материа­лах метчиками малых диаметров, которые часто выходят из строя из-за поломок, вызванных пакетированием стружки.

Достоинствами метчиков являются: простота и технологичность конструкции, возможность нарезания резьбы за счет самоподачи, высо­кая точность резьбы, определяемая точностью изготовления метчиков.

По конструкции и применению метчики делят на следующие типы:

1. ручные (слесарные) — с ручным приводом, изготавливаются ком­плектами из двух или трех номеров;
2. машинно-ручные одинарные или в комплекте из двух номеров — с ручным или станочным приводом;
3. машинные одинарные — со станочным приводом;
4. гаечные — для нарезания резьбы в гайках на специальных станках;
5. плашечные и маточные — для нарезания и, соответственно, ка­либрования резьбы в резьбонарезных плашках;
6. специальные — для нарезания резьб различных профилей: трапе­цеидальных, круглых, упорных и т.д., а также сборные регулируемые, метчики-протяжки, конические метчики и др.

Конструктивные элементы метчиков и геометрические пара­метры режущей части.

Несмотря на большое разнообразие типов мет­чиков, они имеют общие основные части, конструктивные элементы и геометрию режущей части, которые рассмотрим ниже на примере мет­чиков для нарезания остроугольной крепежной резьбы, получивших наибольшее распространение на практике.

Основными частями метчика (рис. 1) являются: режущая (забор­ная) и калибрующая части, стружечные канавки, число перьев и зубьев, хвостовик с элементами крепления. К геометрическим параметрам отно­сятся: φ — угол заборного конуса, играющий роль угла в плане; γ и α — передний и задний углы на режущих кромках; ω — угол наклона винтовых стружечных канавок; λ — осевой угол подточки передней поверхности.

Режущая часть метчика выполняет основную работу по срезанию припуска, формированию профиля нарезаемой резьбы и удалению стружки из зоны резания. Она определяет точность резьбы и стойкость метчиков.

Для распределения припуска между зубьями режущая часть выпол­няется на поверхности усеченного конуса, называемого заборным, с углом φ наклона его образующей к оси. Если режущая часть получается путем срезания на конус резьбы исходного винта, то высота зубьев на нем переменная.

При этом зубья на длине режущей части ℓ₁ срезают припуск во впадине резьбы детали по генераторной схеме, т.е. каждый режущий зуб участвует в формировании профиля резьбы (рис. 2). Использова­ние такой схемы значительно упрощает технологии изготовления и за­точки метчиков.

Известны и другие предложения по оформлению режущей части метчика, например по использованию профильной схемы резания, когда на заборном конусе нарезаются зубья с полным профилем резьбы или в качестве образующей заборной части берется не прямая, а дуга окруж­ности, и др. Хотя эти варианты и позволяют повысить стойкость метчи­ков и точность нарезаемой резьбы, но они существенно увеличивают трудоемкость изготовления метчиков и поэтому не нашли широкого практического применения. При генераторной схеме резания главными режущими кромками являются вершинные кромки переменной ширины, а боковые кромки зубьев — вспомогательными.

Число режущих зубьев метчика

z = z_кn

где z_к — число стружечных канавок; n — число режущих зубьев на од­ном пере (п=ℓ₁/P).

На рис. 2 показано, что каждый зуб метчика срезает слой посто­янной толщины α_z и переменной ширины b. Строго говоря, толщина среза должна измеряться по нормали к режущей кромке — α’_z. Тогда

α_z = α’_z/cos φ

Учитывая малую величину φ = 3…6°, можно принять α_z ≈ α’_z.

При глубине впадины резьбы h = ℓ₁tg φ, вырезаемой всеми зубьями метчика, толщина среза, приходящаяся на один зуб, равна

Число канавок z_к , а следовательно, и перьев зависит от диаметра метчика, прочности перьев и условий размещения стружки. На практике для машинных метчиков рекомендуются значения z_к в зависимости от диаметра резьбы (табл. 1).

d, мм	2…20	22…36	32…52
zк	2…3	3…4	4…6

Из уравнения следует, что чем меньше число канавок при про­чих равных условиях, тем больше толщина среза α_z , а следовательно, меньше удельная сила резания. За счет сокращения суммарного объема стружечных канавок метчик имеет больший запас прочности. Однако при этом ухудшается качество обработанной поверхности и снижается точность нарезаемой резьбы. Поэтому малые значения z_к используют только у метчиков малых диаметров, где основными являются требова­ния к прочности метчиков.

На выбор α_z при проектировании метчиков большое влияние ока­зывают физико-механические свойства обрабатываемого материала: прочность, твердость, вязкость и др. (табл. 2).

Обрабатываемый материал	αz, мм
Сталь	0,02…0,05
Чугун	0,04…0,07
Цветные металлы и сплавы	0,06…0,15
Труднообрабатываемые стали и сплавы	0,015…0,020

Предельными являются значения α_z , равные 0,015 и 0,15 мм. При α_z < 0,015 мм резание становится затрудненным и даже невозможным, так как в этом случае толщина среза приближается по величине к ра­диусу скругления режущей кромки и наблюдаются смятие и скобление поверхности резьбы. При α_z > 0,15 мм резко повышается шероховатость поверхности резьбы и из-за увеличения силы резания снижается ее точ­ность. Таким образом, при выборе α_z исходят из того, что при умень­шении α_z до определенного предела улучшается качество резьбы, сни­жаются силы резания, но уменьшается производительность процесса резьбонарезания. Поэтому при нарезании качественных резьб берут меньшие значения α_z . Так же поступают и при обработке более проч­ных и вязких материалов, например жаропрочных и нержавеющих ста­лей, титановых сплавов и др.

Как видно из уравнения и рис. 2, изменить величину α_z можно путем изменения угла заборного конуса φ а следовательно, и длины режущей части метчика, так как

ℓ₁ = h /tg φ

Для стандартных машинных метчиков рекомендуется φ = 6°30′, а для гаечных метчиков φ = 3°30′. Такое небольшое значение φ берется также с целью обеспечения лучших условий захода метчика в отвер­стие. При изменении условий резания величину угла φ, а следовательно, и α_z можно менять путем переточки метчика по заборному конусу.

На окончательный выбор значений параметров φ и α_z оказывают влияние тип отверстия и комплектность метчиков, применяемых для нарезания резьбы.

На рис. 3 показаны наиболее часто встречающиеся на практике четыре типа отверстий: сквозные неглубокие и глубокие, глухие с ма­лым и большим пространствами для выхода метчика. Если выразить длину режущей части в шагах Р, то при нарезании резьбы в сквозных отверстиях принимают ℓ₁ = 6Р, у гаечных метчиков ℓ₁ = (6…12)Р, в глухих отверстиях ℓ₁ = 2Р и в труднообрабатываемых материалах ℓ₁ =(12…20)Р.

При нарезании резьбы в сквозных отверстиях, в том числе в гайках, когда длина режущей части равна длине нарезаемой резьбы, возникает наибольшая сила резания, так как при этом суммарная площадь срезае­мого припуска будет максимальной. Если же режущая часть короче длины резьбы, то сила резания будет меньше.

При сокращении размера ℓ₁ сила резания уменьшается за счет уве­личения a_z и снижения удельной силы резания, сокращается также ма­шинное время, но ухудшаются условия захода метчика в отверстие. С целью исправления этого недостатка диаметр на переднем торце метчи­ка d_T принимают меньше диаметра отверстия, просверленного под резь­бу (рис. 2), т.е.

d_т = d_c — 2ƒℓ_зкtgφ

где d_c — диаметр сверла; ƒ — коэффициент уменьшения диаметра (для метчиков d=2…30 мм, ƒ = 0,3…0,18, причем большее значение ƒ берет­ся для метчиков меньших диаметров).

Как следует из рис. 2, длина режущей части ℓ₁ меньше длины заборного конуса ℓ_зк:

Длина заборного конуса с учетом диаметра метчика с торца d_т равна

Найдем длину заборного конуса для заданного диаметра отверстия под резьбу d_c. Так как ℓ_зк = ℓ₁ — fℓ₁ = ℓ₁(1 — f), то из уравнения

При нарезании резьбы в глухих отверстиях за один проход, как ука­зывалось выше, ℓ₁ = 2P. В случае применения комплекта из двух мет­чиков принимают ℓ₁ = 6P для чернового метчика и ℓ₁ = 2P для чисто­вого метчика. С целью облегчения работы машинных метчиков там, где это допустимо с точки зрения конструкции детали, сверлят отверстие под резьбу на большую глубину по сравнению с требуемой (рис. 3, в). Такое отверстие можно нарезать метчиком, предназначенным для сквозных отверстий.

При нарезании резьбы вручную, как правило, трудно удалить весь припуск за один проход. Поэтому приходится его распределять между несколькими метчиками комплекта, который может состоять из двух или трех номеров. Соответственно ℓ₁, φ, наружный d и средний d₂ диа­метры резьбы будут у них переменными (рис. 4).

В табл. 3 приведены рекомендации по распределению объема снимаемого припуска между метчиками комплекта, углы φ, длины ре­жущей части ℓ₁ и нагрузки в процентах на каждый метчик.

Номера метчиков в комплекте	Комплект из двух номеров	Комплект из трех номеров
№1 (черновой метчик)	70%; φ = 7°; ℓ1 = 6Р	50%; φ = 4°; ℓ1 = 5Р
№2 (средний метчик)	—	30%; φ = 10°; ℓ1 = 2,5Р
№3 (чистовой метчик)	30%, φ = 20°; ℓ1 = 2Р	20%; φ = 20°; ℓ1 = 1,5Р

У всех метчиков комплекта внутренний диаметр резьбы d₁ одина­ков, а наружный d и средний d₂ диаметры отличаются. Так, например, для комплекта из трех метчиков они равны соответственно

d_(№1) = d_(№3)-0,5P; d_(№2) = d_(№3) -0,15P

где d_(№1..3) — наружный диаметр соответственно метчиков №1…3.

d_2(№1) = d_2(№3) -0,15P; d_2(№2) = d_2(№3) -0,07P,

где d_2(№1…3) — средний диаметр соответственно метчиков №1…3.

Геометрические параметры зубьев режущей части метчика пока­заны на рис. 5.

Передний угол γ у зубьев метчика — это угол между касательной к передней поверхности и радиусом, проведенным в точку режущей кромки, через который проходит основная плоскость. Строго говоря, этот угол изменяется по высоте зуба, так как точки режущих кромок лежат на разных диаметрах, однако для крепежных резьб с небольшой высотой резьбы перепад этих диаметров небольшой и изменение угла невелико.

Учитывая тяжелые условия работы метчика, передний угол γ, как правило, берут положительным. Для обработки сталей средней твердо­сти рекомендуется брать угол γ = 12…15°, для хрупких материалов (чу­гун, бронза, латунь), а также для твердой стали γ = 0…5°, для цветных металлов и сплавов γ = 16…25°.

Задний угол α_в на главных вершинных кромках — это угол между вектором скорости резания, через который проходит плоскость резания, и касательной к задней поверхности. Он создается путем затылования вершинных режущих кромок зубьев по архимедовой спирали. Рекомен­дуется брать α_в = 6…12° (меньшее значение берется для ручных мет­чиков).

Величина падения затылка, измеряемая на радиусе, проведенном в вершину соседнего зуба, равна (по аналогии с затылованными фрезами).

На боковых режущих кромках при генераторной схеме резания зад­ние углы отсутствуют, так как толщины срезаемых слоев небольшие.

Только у метчиков с профильной схемой резания, применяемых для нарезания резьб высокой точности и качества поверхности, использует­ся затылование по всему профилю зубьев.

После затупления метчиков переточка режущих зубьев может про­изводиться как по передней, так и по задней поверхности по схемам, приведенным на рис. 6. В случае затылования поворот метчика про­изводится в пределах ширины пера с использованием, например, при­способления, показанного на рис. 6, б.

Калибрующая часть метчика, имеющая полный профиль резьбы, предназначена для окончательного формирования нарезаемой резьбы. Она также обеспечивает направление метчика в отверстии, его самопо­дачу по резьбе, нарезанной заборной частью, а также служит запасом на переточку метчика. Наибольший износ ее зубьев приходится на первый виток после заборной части. В процессе переточки метчика из-за малого значения угла φ длина калибрующей части ℓ₂ заметно уменьшается. При назначении размера исходят из следующих соображений: чем больше размер ℓ₂, тем лучше направление метчика в отверстии, тем точнее нарезаемая резьба и больше запас на переточку, но при этом воз­растает крутящий момент трения. Поэтому считается достаточным, если ℓ₂ = 0,5d для средних и крупных и ℓ₂ = (1,2…1,5)d для мелких диамет­ров. При нарезании резьб с мелким шагом длина ℓ₂ может быть увели­чена до (20…40)P.

Для уменьшения трения и во избежание защемления метчика в от­верстии калибрующая часть снабжается обратным конусом по наруж­ному диаметру с уменьшением его на 0,04…0,08 мм на 100 мм длины. У метчиков со шлифованной резьбой также производится затылование по боковым сторонам витков в пределах 2/3 ширины пера от его конца на величину падения затылка k_z = 0,02…0,04 мм. При этом задний угол на боковых режущих кромках равен α_б = 15…20′. Кроме снижения трения, это способствует устранению налипания мелкой стружки на витки резь­бы метчика. У ручных метчиков затылование на калибрующей части не предусматривается.

При нарезании резьб в вязких и особо труднообрабатываемых мате­риалах применяется также срезание зубьев через один в шахматном по­рядке (см.ниже метчики с шахматным расположением зубьев) с целью снижения сил трения на калибрующей части.

Форма стружечных канавок и перьев метчика.

Форма стружечных канавок и перьев метчика оказывает боль­шое влияние на его работоспособность. Объем канавок должен быть достаточным для размещения стружки, особенно при нарезании резьбы в глухих отверстиях. Форма канавки должна способствовать лучшему формированию и отводу стружки из зоны резания.

Часть поверхности канавки является передней гранью зуба, по ко­торой сходит стружка. Она прямолинейна (рис. 7, а) и обеспечивает постоянство угла вдоль всей длины рабочей части метчика. Другая часть канавки определяет форму спинки зуба. При вывертывании мет­чика задняя сторона пера может срезать стружку и испортить резьбу. Это наиболее вероятно в том случае, когда форма канавки полукруглая (рис. 7, б). При прямолинейной спинке угол η между касательной к наружной окружности и спинкой зуба должен быть не менее 75°. Для лучшего скручивания стружки в плотные жгуты чаще всего спинку зуба делают по радиусу (рис. 7, б), что особенно важно при обработке вязких материалов.

С целью упрощения технологии изготовления основная масса мет­чиков выпускается с прямыми стружечными канавками, параллельными оси, но в последние годы изготавливаются метчики и с винтовыми ка­навками, имеющими угол наклона к оси метчика ω = 10…45° (рис. 7, в, г). Для нарезания резьбы в сквозных и глухих отверстиях такие ка­навки имеют соответственно правое и левое направления. При этом стружка выталкивается канавкой вперед при нарезании резьбы в сквоз­ных отверстиях или назад к хвостовику — в глухих отверстиях.

Для сквозных отверстий используется также более простой способ направления стружки путем подточки пера по передней поверхности под углом λ (рис. 7, д). При этом также увеличивается объем канавки на режущих зубьях заборной части и предотвращается ее защемление в отверстии.

Глубина стружечных канавок обычно постоянна по всей длине ра­бочей части метчика или может несколько уменьшаться по направле­нию к хвостовику с целью повышения прочности. Она определяется диаметром метчика d и числом канавок z_к. Ориентировочно высота ка­навки h_к = (0,35…0,4)d при z_к = 3; h_к=(0,4…0,45)d        при z_к = 4; h_к = (0,5…0,55)d при z_к = 6.

Прочность метчика зависит от диаметра сердцевины d_c и ширины пера C (рис. 7,б). От последнего параметра также зависит запас на переточку по передней грани. В то же время с увеличением ширины пера увеличивается момент трения на метчике. Ориентировочно значе­ние ширины пера принимается равным C = 0,3d при z_к = 3; C = 0,2d при z_к = 4; C = 0,16d при z_к = 6.

Рабочую часть ручных метчиков изготавливают из инструменталь­ных сталей, машинно-ручные и машинные — из быстрорежущих сталей, а также из твердых сплавов группы ВК, имеющих повышенную проч­ность. Рабочую часть метчиков диаметром d > 8 мм сваривают с хвосто­виком из конструкционной стали.

Твердосплавные метчики диаметром до 8 мм делают цельными, диаметром 8…12 мм — с цельной рабочей частью и стальным хвостови­ком (рис. 8, а), а диаметром более 12 мм — с напайкой твердосплав­ных пластин на корпусы инструментов, изготавливаемых из сталей 9ХС и ХВСГ (рис. 8, б).

Хвостовики метчика изготавливают цилиндрическими с квадратом на конце для зажима и передачи крутящего момента. Диаметр хвосто­вика обычно меньше внутреннего диаметра резьбы на 0,25…1,0 мм. У метчиков для резьб d = 2…10 мм, чтобы повысить прочность, делают усиленные хвостовики диаметром, большим диаметра рабочей части. Длина хвостовика зависит от глубины нарезаемого отверстия. У гаеч­ных метчиков она наибольшая, что необходимо для размещения гаек. При этом хвостовик может быть изогнутой формы (см.ниже).

Допуски на размеры профиля метчиков.

Допуски на элементы резьбы d, d₁, d₂, P и α/2 назначаются в соответствии с ГОСТ 3266-81.

Их величина зависит от степени точности нарезаемой резьбы и класса точности метчика (табл. 4).

Степень точности нарезаемой резьбы	4Н, 5Н, 4Н5Н	5Н6Н, 6Н	6Н	6Н, 7Н	6G	6G, 7G
Класс точности метчика	1	2	3	4	1	2

Примечания: 1. При двойном обозначении степени точности резьбы, например 4Н5Н, на первом месте ставится степень точности по d₂ гайки, на втором — болта. 2.Метчики классов 1, 2, 3 изготавливаются со шлифованной резьбой.

На рис. 9, а показано расположение полей допусков на диаметры резьб гайки и метчика для метрической крепежной резьбы.

При посадке с зазором поле допуска резьбы гайки находится выше номинального профиля (в «теле» гайки). Поле допуска на резьбу метчи­ка лежит внутри поля допуска на гайку, оно значительно уже и распо­ложено ближе к номинальному профилю, но не совпадает с ним, а имеет допуск на износ по наружному d и среднему d₂ диаметрам (рис. 9, б). Верхняя граница поля допуска гайки по наружному диаметру не огра­ничивается, поэтому поле допуска метчика по этому параметру нахо­дится полностью в поле допуска гайки, в том числе с допуском на из­нос.

Средний диаметр резьбы d₂ является основным параметром, харак­теризующим класс точности метчика. Поле допуска на него состоит из допусков на износ, изготовление и разбивку, которые в сумме равны допуску на средний диаметр гайки D₂.

Внутренним диаметром d₁ метчик не должен снимать стружку. По­этому верхнее отклонение поля допуска метчика на d₁ должно быть ни­же наименьшего диаметра резьбы гайки. Нижнее отклонение по d₁ мет­чика не регламентируется. Дно впадины резьбы метчика может быть произвольной формы, в том числе с закруглением, но не должно захо­дить за нижнюю границу поля допуска на диаметр D₁ гайки, т.е. метчик впадиной резьбы не должен касаться внутренней поверхности резьбы гайки.

Допуск на шаг резьбы метчика зависит от погрешностей механизма подачи резьбошлифовального станка и погрешностей, вызванных тер­мообработкой. У метчиков 1, 2, 3-го классов точности в зависимости от диаметра и класса точности предельные отклонения по шагу на длине 25 витков составляют 0,006…0,012 мм.

Отклонение по углу профиля α назначается с учетом обеспечения симметричности профиля. Поэтому оно задается на половину этого уг­ла. С учетом возможных погрешностей инструментов, нарезающих резьбу метчика, после термообработки метчиков классов точности 1, 2, 3 этот допуск в зависимости от диаметра и класса точности равен

δ(α/2) = ±40…15′.

Выбор диаметра отверстия под резьбу.

Выбор диаметра отверстия под резьбу зависит от вида материала, его способности к вспучиванию резьбы после прохода метчика. При обработке материалов повышенной вязкости, а также с большим упру­гим восстановлением (цветные металлы, титановые сплавы) наблюдает­ся уменьшение внутреннего диаметра нарезанной резьбы, вызывающее увеличение момента трения и иногда поломку метчика.

Во избежание этого диаметр отверстия под метчик d_св выбирают больше внутреннего и меньше наружного диаметра резьбы метчика, т.е. диаметр сверла d₁<d_св<d. Ориентировочно при нарезании метрических резьб в стальных заготовках диаметр сверла можно определить по фор­муле

d_св = d — P

Особенности конструкций некоторых основных типов метчи­ков.

Несмотря на простоту конструкций метчиков, в практике нашли применение различные варианты их исполнения применительно к ре­шению конкретных задач производства. Насчитывается более 12 вари­антов исполнения машинных метчиков, часть из которых представлена на рис. 10, а-и. Ниже даны краткие характеристики конструкций мет­чиков, нашедших наибольшее практическое применение.

Слесарные (ручные) метчики предназначены для нарезания резьб вручную. Они изготавливаются из инструментальных сталей комплек­тами из двух или трех метчиков, у которых резьба получена накаткой роликами. Класс точности метчика невысокий (4-й класс). В последнее время стали изготавливать слесарные метчики также из быстрорежущей стали со шлифованным профилем, в том числе с унифицированной резьбой по американским стандартам диаметром d = 1/4.. .1″. Для наре­зания резьбы в сквозных отверстиях у ручных метчиков, так же как у машинных, делают подточку передней грани под углом λ (рис. 10, а).

Машинные и машинно-ручные метчики (см. рис. 1) использу­ются на сверлильных, токарных и агрегатных станках для нарезания метрической резьбы М2…М24 в заготовках из стали прочностью σ_в до 800 Н/мм², латуни, чугуна, в сквозных и глухих отверстиях. Размеры таких метчиков стандартизованы. Материал режущей части метчиков — сталь Р6М5, резьба шлифованная и затылованная. Машинно-ручные метчики выпускаются комплектами из двух или трех номеров и могут использоваться также при нарезании резьбы вручную. Стандартные машинные метчики одинарные, имеют относительно короткую забор­ную часть и прямые стружечные канавки, передний угол γ = 10°. Если они не отвечают требованиям производства, то могут быть переделаны на специальные метчики самим потребителем или по заказу инструмен­тальными заводами. Переделка чаще всего состоит в изменении углов γ, φ, λ, а также в удалении части ниток в шахматном порядке. В этом слу­чае исходят из того, что при обработке вязких материалов следует уве­личить угол γ до 20°, а хрупких материалов (чугуна, бронзы), наоборот, уменьшить угол γ до 4…6°. С помощью угла φ можно регулировать толщину среза на один зуб α_z и, соответственно, силы резания и шеро­ховатость поверхности с учетом изложенного выше.

Метчики с шахматным расположением зубьев (рис. 10, б) ре­комендуется использовать для нарезания резьбы в вязких материалах, так как они исключают заклинивание витков инструмента в процессе резания вследствие уменьшения сил трения. При этом срезание зубьев метчика осуществляется обычно только на его калибрующей части. При обработке малопрочных вязких материалов зубья срезаются как на 1/3 длины заборной части, так и по всей ее длине. Практика показывает, что эффект уменьшения сил трения тем выше, чем больше шаг резьбы.

Метчики с укороченной стружечной канавкой (рис. 10, в) или, как их часто называют, бесканавочные имеют короткие канавки пере­менной глубины с углом наклона дна канавки к оси ψ = 5…10° и осевым углом λ = 9…12°. По сравнению с обычными метчиками эти метчики из-за большого поперечного сечения более прочные. Длина канавок примерно равна удвоенной длине заборного конуса. Во избежание по­вышенного момента трения из-за отсутствия канавок на большей длине незатылованной калибрующей части делают большую обратную конус­ность по наружному диаметру (до 0,2 мм на 100 мм длины).

Такие метчики рекомендуется применять для нарезания резьб диа­метром до 10 мм в сквозных отверстиях заготовок из труднообрабаты­ваемых легированных сталей, вязких низкоуглеродистых сталей, цвет­ных металлов и сплавов. Они обеспечивают также высокую точность и низкую шероховатость поверхности резьбы.

Метчики с винтовыми канавками (рис. 10, г), как было показано выше, рекомендуются для надежного удаления стружки в основном из глухих отверстий. При нарезании резьбы в сквозных отверстиях удале­ние стружки в направлении подачи метчика проще обеспечить путем подточки передней поверхности под осевым углом λ.

Ступенчатые метчики (рис. 10, д) имеют двойную режущую часть и позволяют реализовать в одном метчике любую комбинацию схем резания. Например, первая часть, имеющая занижение по профи­лю, может обрабатывать резьбу по генераторной схеме, а вторая — по профильной. При этом можно нарезать высокоточные резьбы. Эта кон­струкция удобна и для таких комбинированных схем, в которых одна часть выполняет резание, а вторая — выглаживание резьбы.

Метчики с режуще-выглаживающими зубьями (рис. 10, е) име­ют перья с режущими и ведущими участками. Если перепад по диамет­ру Δ < 0, то имеет место сочетание резания и выглаживания резьбы. При Δ > 0 опорные ведущие участки перьев позволяют повысить точность нарезаемой резьбы. Небольшое занижение Δ существенно снижает ве­роятность разбивки резьбы, особенно в случае несовпадения осей мет­чика и отверстия. Канавки, разделяющие режущие и ведущие части метчика, служат для подвода СОЖ и выхода абразивного круга при шлифовании профиля резьбы.

Метчики с направляющими частями (рис. 10, ж) применяются для обработки деталей с точным взаимным расположением поверхно­стей нескольких отверстий. У метчиков для сквозных отверстий на­правляющая часть располагается впереди режущей части, а для глухих — после калибрующей части. Направляющая часть, расположенная после калибрующей части, имеет увеличенный диаметр и требует применения кондукторной втулки.

Метчики с внутренним подводом СОЖ (рис. 10, з) имеют стой­кость в 3…4 раза выше из-за лучших условий охлаждения, смазки и отвода стружки, но требуют специальных устройств для подвода СОЖ.

Метчики колокольного типа (рис. 10, и) применяют при нареза­нии резьб в сквозных отверстиях крупных диаметров d = 50…400 мм в тяжелом машиностроении. Они выполняются цельными или составны­ми. В последнем случае рабочая часть метчика насадная, состоящая из режущей и калибрующей частей. Внутренняя полость метчика обеспе­чивает подвод СОЖ и имеет большое пространство для размещения стружки. Число перьев у таких метчиков доходит до 16.

Гаечные метчики (рис. 11) служат для нарезания сквозных резьб без свинчивания гаек путем их нанизывания на хвостовую часть. Для лучшего захода метчика в отверстие они имеют длинную заборную и короткую калибрующую части. В начале заборной части снимают фаску под углом 45° на длине (1.. .1,5)Р, а иногда делают гладкую переднюю направляющую диаметром d_н = d_1min -(0,1…0,3) мм.

Из-за большой длины гаечных метчиков, затрудняющей их изготов­ление, особенно при шлифовании резьбы, их часто делают составными: отдельно изготавливают режущую и хвостовую части, а затем их соеди­няют сваркой трением, пайкой или с помощью резьбы.

Хвостовики гаечных метчиков изготавливают длинными прямыми или изогнутой формы (рис. 11, а, б). Метчики с изогнутыми хвостови­ками применяют для нарезания резьбы в гайках на станках-автоматах с непрерывным циклом. Здесь заготовки гаек подаются из бункера в зону резания и после нарезания резьбы сходят по изогнутому хвостовику в лоток (рис. 11, в).

Плашечные и маточные метчики (рис. 12). Плашечные метчики служат для предварительного нарезания резьбы в круглых плашках до сверления стружечных отверстий, а маточные — для калибрования резь­бы после сверления. Иногда их объединяют в один комбинированный плашечно-маточный метчик и используют для нарезания резьбы в плашках за один проход.

Так как обрабатываемый материал часто имеет большую твердость, а к резьбе предъявляются высокие требование по точности, то для луч­шего направления метчика в отверстии угол заборного конуса у пла­шечных метчиков берут малым φ=1°20′, а длину заборного конуса большой — ℓ_зк = (46…48)P. При этом на длине заборной части, равной ℓ₁ = 16P, зубья имеют полный профиль с углом φ = 1°20′ и затылова­нием на величину k_z = 0,03…0,06 мм по d₂ и d₁, на остальной части, выполненной по цилиндру с затылованием по вершинам зубьев, — на вели­чину k_z=0,45…1,1 мм. Таким образом, плашечный метчик имеет только режущие зубья, которые на первом участке работают по профильной схеме резания, а на втором — по генераторной. Число перьев метчика принимается на 1…2 больше числа отверстий в плашке.

У маточных метчиков имеются заборная часть длиной ℓ₁ = 12P с углом φ = 0°12′ и калибрующая часть длиной ℓ₂ = 10P. Во избежание ударов стружечные канавки делают винтовыми с углом ω = 8…10° и направлением, противоположным направлению резьбы. Число канавок маточного метчика z_к = 6…10, а у метчиков d<6 мм делается одна ка­навка.

Метчики для ко­нической резьбы (рис. 13) применяют там, где требуется получить герметичное резьбовое соединение без приме­нения уплотнительных средств. Это достига­ется за счет деформа­ции витков резьбы при осевом перемещении, например труб, муфт, ра­ботающих при высоких давлениях передаваемой среды (масло, вода, воздух) и высоких температурах.

Особенность работы конических метчиков заключается в том, что нарезание резьбы происходит по всей длине метчика, равной длине резьбы. Калибрующая часть у конических метчиков отсутствует, что способствует появлению больших усилий резания. Нарезание резьбы, как правило, производится на станках с предохранительным устройст­вом, срабатывающим в конце резания. Основные параметры метчиков подобны параметрам метчиков для цилиндрических резьб. Режущие зубья затылуются по наружному диаметру (α_в = 6…8°, γ = 5…10°).

Метчики сборные, регулируемые (рис. 14) применяются с целью экономии инструментальных материалов при нарезании резьб больших диаметров, чтобы компенсировать износ, они часто изготавливаются сборными, регулируемыми по диаметру.

Как видно из рис. 14, в корпусе 1 крепится стержень 2 с наклон­ными пазами. Гребенки 3 входят в пазы стержня и прижимаются крыш­кой 4. При перемещении стержня 2 с помощью винтов 5 происходит регулировка диаметра метчика. На заборной части метчика угол φ=10…15° — для сквозных отверстий и φ = 20…30° для глухих отверстий. Передний угол γ = 5…25°, а задний угол на режущей части (α=8…10°) получают затылованием. Резьба на гребенках винтовая, совпа­дающая по направлению с нарезаемой.

Недостатком этой конструкции является необходимость вывинчи­вания метчика из отверстия. Есть более сложные конструкции сборных метчиков, у которых вывинчивание исключается за счет утопления гре­бенок в конце нарезания резьбы.

Метчик-протяжка (рис. 15) позволяет нарезать в сквозных от­верстиях резьбу любых профилей и длины, с любым числом заходов. Метчик-протяжка по сравнению с обычными метчиками и резьбовыми резцами обеспечивает повышение производительности в несколько раз при высокой точности и низкой шероховатости резьбы.

Особенности конструкции метчика-протяжки: 1) хвостовик распо­лагается впереди режущей части и метчик работает на растяжение; 2) рабочая часть метчика представляет собой коническую поверхность большой протяженности с зубьями, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы. Угол заборного конуса очень мал — φ = 1°40′; 3) зубья по среднему диаметру не затылуются, а затачиваются только по задним поверхностям с двойной заточкой: α₁ = 12…15°, α₂=30…60°; 4) из-за угла φ ширина режущих кромок по наружному диа­метру переменная. Она уменьшается от первых зубьев к последним, т.е. используется генераторная схема резания; 5) стружечные канавки вы­полняют винтовыми: для правой резьбы — левые, для левой резьбы — правые, с углом наклона к оси метчика ω = 4…15°, угол раскрытия ка­навки φ = 80…90°; 6) в конце рабочей части метчика иногда предусмат­ривают короткую калибрующую часть и задний хвостовик; 7) число канавок z_к = 3 для d < 20 мм и z_к = 4 для d > 20 мм.

Нарезание резьбы обычно производится на токарном станке с n = 18…40 об/мин и V = 2…3 м/мин. Хвостовик метчика с помощью клина крепят на суппорте станка. Перед протягиванием заготовку надевают на метчик и зажимают в самоцентрирующем патроне станка (рис. 15, б) и приводят во вращение. При этом шпиндель станка включают на обрат­ный ход и суппорт перемещается вправо с подачей на один оборот, рав­ной шагу нарезаемой резьбы.

При нарезании резьбы в высокопрочных материалах рабочую часть метчика-протяжки делят на ступени. При этом каждая ступень имеет режущую и калибрующую части, а проточки между ступенями служат для выхода стружки.