Метчики.

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.