Нарезание резьбы на токарном станке

Нарезание резьбы резцами

На токарно-винторезных станках наиболее широко применяют метод нарезания наружной и внутренней резьб резцами (рис. 4.45). Резьбонарезные резцы бывают стержневые, призматические и круглые; их геометрические параметры не отличаются от геометрических параметров фасонных резцов.Резьбы треугольного профиля нарезают резцами с углом в плане при вершине ε= 60° ± 10′ для метрической резьбы и ε= 55° ± 10′ для дюймовой резьбы. Учитывая погрешности перемещения суппорта, которые могут привести к увеличению угла резьбы, иногда применяют резцы с углом ε = 59°30′. Вершина резца может быть скругленной или с фаской (в соответствии с формой впадины нарезаемой резьбы).

Резьбонарезные резцы оснащают пластинами из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Предварительно деталь обтачивают таким образом, чтобы ее наружный диаметр был меньше наружного диаметра нарезаемой резьбы. Для метрической резьбы диаметром до 30 мм эта разница ориентировочно составляет 0,14… 0,28 мм, диаметром до 48 мм — 0,17…0,34 мм, диаметром до 80 мм — 0,2…0,4 мм. Уменьшение диаметра заготовки обусловлено тем, что при нарезании резьбы материал заготовки деформируется и в результате этого наружный диаметр резьбы увеличивается.

Нарезание резьбы в отверстии производят или сразу после сверления (если к точности резьбы не предъявляют высоких требований), или после его растачивания (для точных резьб). Диаметр отверстия (мм) под резьбу

d = d-P,

где d — наружный диаметр резьбы, мм; Р — шаг резьбы, мм.

Диаметр отверстия под резьбу должен быть несколько больше внутреннего диаметра резьбы, так как в процессе нарезания резьбы металл деформируется и в результате этого диаметр отверстия уменьшается. Поэтому результат, полученный по приведенной выше формуле, увеличивают на 0,2…0,4 мм при нарезании резьбы в вязких материалах (стали, латуни и др.) и на 0,1…0,02 мм при нарезании резьбы в хрупких материалах (чугуне, бронзе и др.).

В зависимости от требований чертежа резьба может заканчиваться канавкой для выхода резца. Внутренний диаметр канавки должен быть на 0,1 …0,3 мм меньше внутреннего диаметра резьбы, а ширина канавки (мм)

b=(2…3)P.

В процессе нарезания болтов, шпилек и некоторых других деталей при отводе резца, как правило, образуется сбег резьбы.

Для более удобного и точного нарезания резьбы на торце обрабатываемой детали выполняют уступ длиной 2…3 мм, диаметр которого равен внутреннему диаметру резьбы. По этому уступу определяют последний проход резца, после окончания нарезания резьбы уступ срезают.

Точность резьбы во многом зависит от правильной установки резца относительно линии центров. Для того чтобы установить резец по биссектрисе угла профиля резьбы перпендикулярно к оси обрабатываемой детали, используют шаблон, который устанавливают на ранее обработанной поверхности детали вдоль линии центров станка. Профиль резца совмещают с профилем шаблона и проверяют правильность установки резца по просвету. Резьбонарезные резцы следует устанавливать строго по линии центров станка.

На токарно-винторезных станках резьбу нарезают резцами за несколько проходов. После каждого прохода резец отводят в исходное положение. По нониусу ходового винта поперечного движения подачи суппорта устанавливают требуемую глубину резания и повторяют проход. При нарезании резьбы с шагом до 2 мм подача составляет 0,05…0,2 мм на один проход. Если резьбу нарезать одновременно двумя режущими кромками, то образующаяся при этом стружка спутывается и ухудшает качество поверхности резьбы. Поэтому перед рабочим проходом резец следует смещать на 0,1…0,15 мм поочередно вправо или влево, используя перемещение верхнего суппорта, в результате чего обработка ведется только одной режущей кромкой. Число черновых проходов — 3…6, а чистовых — 3.

Методы получения резьб

Резьбовые соединения используются в машиностроении и строительстве. Применение метизов с резьбой позволяет соединять детали механизмов и конструктивные элементы при строительстве посредством использования болтов, гаек, винтов, шпилек. Изделия с резьбой предназначены и для передачи усилий или движения в механизмах типа домкрат, редуктор, пресс, станок.

Схема нарезание резьбы метчиком на токарном станке

Домкраты и ходовые винты изготавливают с трапецеидальной резьбой.

Существуют следующие способы изготовления резьб:

• вручную (метчиком или плашкой);
• на станках:
  • токарно-винторезном (мод. 16К20);
  • резьбонакатных с применением роликов и плоских плашек;
  • фрезерных (мод. РТС 161Ф4) для получения резьб с большой величиной шага;
  • шлифовальных с использованием кругов с заданным профилем для изготовления мелких и точных резьб;
  • винторезных (мод. 1622);
  • для нарезки резьб на гайках (мод. 2064);
  • обеспечивающих вихревое нарезание резьб с использованием многорезцовых головок.

Вихревое резание обеспечивается 4 резцами, расположенными во вращающейся головке, от своего двигателя. Это приспособление закрепляют на суппорте токарного станка. За счёт поочередного врезания резцов обеспечивается высокая скорость обработки, так как резцы нагреваются незначительно. Этим же обеспечивается меньшая шероховатость получаемой резьбовой поверхности и повышенная точность профиля.

Видео нарезании резьбы на токарно-винторезном станке 1К62

Правила работы метчиками:

При нарезании резьбы в глубоких отверстиях, в мягких и вязких металлах (медь, алюминий, бронза и др.) метчик необходимо периодически вывертывать из отверстия и очищать канавки от стружки; нарезать резьбу нужно полным набором метчиков — черновым, средним и чистовым. Средний и чистовой метчики вводят в отверстие без воротка и только после того, как метчик пойдет правильно по резьбе, на головку надевают вороток и продолжают нарезание резьбы; в процессе нарезания нужно с помощью угольника тщательно следить за тем, чтобы не было перекоса метчика; место нарезания резьбы следует смазывать маслом.

Инструменты

Для осуществления работ нужно приготовить все необходимые инструменты и приспособления для нарезки. В каждом конкретном случае трубный резьбовой набор будет различаться по составу, но для ручного использования он состоит из плашек, клуппа и держателя с трещоткой. Состав набора также дополнительно комплектуется труборезом, газовым ключом, напильником, ножовкой, болгаркой, смазочными материалами и прочими инструментами. Для тех, кто не хочет работать по старинке классическим методом, существует альтернатива – электроинструмент.

Сама нарезка осуществляется с помощью плашек. Одни нарезаны только с одной стороны, другие – с обеих.

Для осуществления внутренней резьбы в состав комплекта также могут входить несколько метчиков с разными показателями глубины прорези. Одни предназначены для черновой обработки внутренней поверхности трубы, другие – для чистовой. Это оборудование представлено в виде винта со стружечными канавками. Крепится оно в воротках при помощи хвостовой части.

С помощью метчика производится внутренняя нарезка в несколько подходов. Их количество зависит от материала, с которым работают. Например, для осуществления резьбы в титановых сплавах предназначены специальные наборы из нескольких метчиков.

Плашка, прогонка или лерка используется для осуществления резьбы различных форм на трубах. Она представляет собой стальную гайку с режущей основой внутри, в которой находятся специальные отверстия – канавки для отходов. Плашки бывают трубчатые, шестигранные, круглые и квадратные. Модификация их корпуса бывает цельной, разрезной и раздвижной.

Раздвижные (призматические) модели еще называют полуплашками, они крепятся в клупп при помощи винтов и специальной прокладки – сухаря. Это необходимо для равномерного распределения давления на винт. С помощью плашек осуществляют нарезку цилиндрической, конической, круглой или метрической резьбы. Комплектующие детали плашки – специальные воротки и патроны, с помощью которых она крепится с корпусом рамки.

Клупп состоит из рамки, в которой закрепляются режущие элементы – плашки. Каждая оправка снабжена четырьмя стальными плашками. Клупп также оснащен специальной ручкой с трещоткой. В плашкодержатель можно вставить лишь одну плашку, в клупп – несколько. Режущий механизм прогонок способен осуществлять нарезку двух видов резьбы: 0,5 – 1 ¼, 1 ½ – 2 дюйма.

Ручной клупп, как правило, осуществляет нарезку труб небольшого диаметра. Они комплектуются специальной ручкой – держателем. Их также можно использовать с помощью подходящего трубного ключа. Он небольшого размера, прост и удобен в использовании.

Клупп с держателем и трещоткой – это модификация конструкции с зубчатым механизмом, предназначенным для осуществления резьбы диаметром более одного дюйма. Трещотка – незаменимый механизм. С помощью лево- и правосторонних трещоток удобно работать в труднодоступных местах, например, возле стен. При помощи рычага трещотки клупп быстро снимается с резьбы прокручиванием в обратную сторону, обеспечивая возвратно-поступательный способ нарезки резьбы.

Косым клупп называется потому, что в нем регулируется расстояние между раздвижными плашками. Это сообщает диаметр нарезки. Конструкции такого вида являются самыми простыми в использовании.

Клуппы Маевского более сложной конструкции, используются для осуществления трубной резьбы. Они содержат три комплекта сменных плашек, специализируются на диаметрах резьбы до 2 дюймов. Конструкции этого вида используются для резьбы на трубах с небольшим диаметром.

Нарезку на трубах большого диаметра осуществляют в промышленных масштабах. Например, чтобы нарезать бесшовную трубу диаметром 219 мм, необходим специальный автостанок. Обсадные трубы (колонны) нарезают только на специальных станках в особых условиях при соблюдении всех мер безопасности.

Разбираемся в плашках

Как выбрать плашку для своего резьбонарезного инструмента

Плашка – инструмент для нарезания резьбы на трубах, прутках и других цилиндрических заготовках. Применяется для выполнения наружной (внешней) резьбы способом накатки.

Использование плашек в инструменте

Нарезка резьбы плашками производится с помощью плашкодержателя, ручного или электрического клуппа, резьбонарезного станка.

К ручному инструменту относятся плашкодержатели и ручные механические клуппы, где процесс нарезания резьбы происходит путем поворота длинной рукояти инструмента с определенным усилием.

Электрический клупп относится к профессиональному инструменту, где нарезание резьбы осуществляется с помощью мотора на достаточно быстрых скоростях.

Резьбонарезные станки предназначены для нарезки резьбы в промышленных масштабах, на больших диаметрах труб, при помощи автоматизированных элементов при высоких нагрузках и скоростях.

В зависимости от типа используемого оборудования, резьбонарезные плашки изготавливаются из различных сплавов стали, подходящих для ручного либо автоматизированного способа.

Так как плашка является режущим инструментом, подвергающимся высоким нагрузкам, качественный инструмент должен обладать следующими свойствами:

• твердость
• износостойкость
• прочность

Инструментальная сталь для резьбонарезного инструмента

Выполняются плашки из инструментальной стали, которые обладают необходимым набором качеств. Согласно ГОСТ 5950-2000, плашки относятся к группе режущих инструментов, не подвергаемых большим ударным и деформационным нагрузкам. Это отражается на включаемых в состав примесях и присадках.

В сплав добавляется более высокая доля углерода в зависимости от требуемых свойств:

• содержание углерода – 0,4-0,7 % — сплав высокой вязкости при пониженной твердости
• содержание углерода – 0,7-1,5 % — износостойкий и твердый сплав

То есть содержание углерода в используемых сталях для изготовления плашек должно содержать более 0,65 % углерода, достигая твердости сплава больше, чем твердость обрабатываемых заготовок.

При маркировке углеродистой инструментальной стали, применяемой для изготовления инструмента для нарезных работ добавляется буква У, например марки У10, У11.

Сейчас на рынке резьбонарезного инструмента представлено много зарубежных изготовителей. И маркировки сталей Alloy и HSS встречаются повсеместно.

Легированная сталь

Alloy – легированная инструментальная сталь. Ее твердость составляет 60-65 HRc и является высокой. Для производства плашек используются такие основные легирующие элементы, как кремний, ванадий, хром, медь, никель, азот в процентном отношении.

Легированные стали содержат общий процент добавок около 3-4%. Они не обладают высокой теплостойкостью, однако не подвержены сильному короблению. При нагревании подвергаются деформированию, предназначены для режущих элементов с небольшой скоростью нарезки.

Для режущего инструмента наиболее часто используются стали марок 9ХС, ХСВГ, 9Х5С и др.

Быстрорежущая сталь

HSS (High Speed Steel) – быстрорежущие стали. Стали класса HSS являются высоколегированными, закаленными сплавами. Для набора повышенной твердости легируются основными элементами углерод, вольфрам, молибден, кобальт, что позволяет выполнять работы при сильном нагревании и больших скоростях. Добавка в составе сплава кобальта повышает красностойкость сталей, которая обеспечивает их нормальное функционирование с максимальными нагрузками. Быстрорежущие стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и устойчивы к деформациям при температурных колебаниях до 500-650 градусов.

Популярные быстрорежущие стали для рассматриваемого инструмента Р6М5, Р6М5К5, Р18 и др., М2, М35, М42.

Какую плашку выбрать

Таким образом, состав стали для ручного инструмента и резьбонарезных станков имеет различия. Используя ручной клупп, скорость нарезки невелика, инструмент и заготовка не подвергаются нагреванию. При использовании резьбонарезного станка, тем более высокой мощности, происходит сильное разогревание режущих элементов и увеличение нагрузки.

Плашки, изготовленные из легированной стали, подойдут при использовании ручного инструмента (Alloy).

При выполнении работ на резьбонарезном станке необходимо применять плашки из марок быстрорежущей стали (HSS).

Виды метчиков

В зависимости от материала, типа резьбы, конфигурации изделия, применяемого инструмента выбирают модель устройства. Ассортимент продукции позволяет для каждой операции использовать изделие, с помощью которого оптимальным методом решается поставленная задача. Продукция классифицируется по нескольким критериям.

Видео: Про метчики, плашки и резьбу

По назначению

Перечень продукции отличается большим разнообразием. Выпускаются изделия для всех способов нарезания профиля. Нормами ГОСТ устанавливаются размеры, характеристики метчиков, предельные допуски, класс точности и степень шероховатости поверхности. Устройства бывают:

Ручные и машинно-ручные применяются в слесарном деле. Высокая прочность, износостойкость изделий позволяют выполнять работу высокой точности даже в домашних условиях. Но они не предназначены для эксплуатации на высоких скоростях вращения.

Для этого используются машинные аналоги. Они сделаны из быстрорежущих сталей, способных выдерживать высокие температуры, возникающие вследствие трения и резки металла.

Машинные и гаечные метчики могут быть очень похожи. У них длинный хвостовик, позволяющий за один цикл обрабатывать до десяти и более деталей. Собираются они на корпусе устройства и по мере заполнения снимаются за один раз. В этом случае удобно использовать специальное приспособление для установки инструмента. Дома можно эту операцию делать дрелью быстрозажимным патроном.

По конструктивному исполнению

Выполнен инструмент может быть в нескольких исполнениях. Конструктивные особенности позволяет обрабатывать материалы с различными характеристиками по твердости, вязкости. Каждый метчик для нарезки резьбы имеет все базовые элементы, но сделаны они могут быть следующим образом:

с укороченными канавками для вязкого материала (алюминия, легированных сталей);

с винтовыми канавками, которые делаются по спирали для увеличения объема стружки, что необходимо при использовании для нарезания глухой резьбы и работы на обрабатывающих центрах;

со ступенчатыми канавками, где каждый участок выполняет свою функцию;

метчики-протяжки для машинной обработки больших партий изделий;

комбинированные устройства, которые совмещают в одном изделии и сверло и метчик;

колокольные, состоящие из отдельных частей, необходимые для нарезания крупной резьбы машинным методом.

Не всегда возможно за один проход сделать необходимый профиль, особенно если деталь выполнена из высокопрочного материала. В этом случае используется комплект инструмента из двух, трех метчиков.

На корпусе изделия имеется маркировка. Сначала отверстие проходят устройством №1, которое делает первичную, грубую обработку. Затем выполняется чистовая нарезка метчиком №2, после чего профиль соответствует нормам ГОСТ.

По виду нарезаемой резьбы

В промышленности применяется несколько основных стандартов, отличающихся системой измерения. Маркировка, которой обозначен метчик для нарезки резьбы указывает к какому виду относится изделие. Не учитывая специальных профилей, которые выполняются на станках, обычным устройством можно сделать три вида резьбы:

Метрическая. Обозначается буквой «М». На изделии указывается диаметр и шаг резьбы.

Дюймовая. Маркируется устройство соответствующим значком «. Диаметр указывается в дробных частях дюйма, а шаг количеством ниток на единицу измерения.

Трубная. Традиционно указывается как дюймовая, но в процессе эволюции система обозначений утратила идентичность, поэтому инструмент для трубной резьбы определяют по таблицам.

Кроме того есть конические резьбы, для выполнения которых выпускается соответствующий инструмент

Используются детали, выполненной по этой технологии для заглушек, специальных элементов, где принципиально важно глубина проникновения

На практике этот вид метчиков встречается крайне редко. Чаще приходится иметь дело с деталями, которые работают в обратном направлении. Чтобы сделать их применяется метчик для нарезки левой резьбы, который маркируется латинскими буквами «LH».

Создание резьбы с помощью резца

Для нарезки на токарном станке применяются специальные резцы. Они бывают следующих видов:

• призматические;

• дисковые;

• стержневые.

Их характеристики должны соответствовать ГОСТу 18876-73. Верхняя часть резца, которая непосредственно соприкасается с обрабатываемым металлом, должна в точности по своей форме соответствовать создаваемой канавке.

С помощью призматических и стержневых прорезают внешнюю резьбу. Существуют дисковые, предназначенные как для внешней, так и для внутренней резьбы. На токарном станке применяются многопрофильные резцы, которые сразу прорезают несколько канавок.

На стержневых устанавливаются резцы из твёрдых сплавов. Они долго сохраняют остроту и практически не нуждаются в проведении заточки. Если они теряют остроту, обычно производят замену режущей части. Призматические отличаются от стержневых тем, что они контактируют с металлом на значительной поверхности. При работе они быстро теряют остроту и нуждаются в периодической заточке.

Резцы могут иметь конструктивные отличия. Они могут относиться к следующим типам:

• прямые;

• изогнутые;

• отогнутые;

• оттянутые.

Прямая форма на токарном станке используется редко. Чаще всего для нарезания резьбы применяют изогнутые резцы.

1. Сделанные из легированной быстрорежущей стали.

2. Использующие напаянные твёрдосплавные пластины.

3. Возможно использование сменных многогранных пластин. После того, как режущая часть стачивается, может быть использована другая рабочая грань резца.

4. Существуют резцы, для изготовления которых применяется металлокерамика.

В первом случае обычно обрабатывают детали из стали, пластикатаке или цветных металлов. Резцы характеризуются особенно высокой прочностью и большой теплопроводностью. Однако они имеют такие недостатки: слабую износостойкость, недостаточно высокую твёрдость. Эти качества ограничивают скорость обработки деталей при создании резьбы на станке.

Резцы с твёрдосплавными режущими пластинами применяются наиболее часто. Они известны высокой твёрдости и длительным сроком работы без необходимости выполнения заточки. По сравнению с резцами из быстрорежущей стали максимальная скорость работы у них выше в 2-3 раза. Такие резцы выпускаются в широкой номенклатуре, позволяя легко выбрать подходящий для конкретной работы.

Резцы из керамометалла являются более дешёвыми. Основным их недостатком является хрупкость. Их основное применение состоит в создании мелкой резьбы на заготовках из стали и чугуна.

Резцы с режущей частью из поликристаллических алмазов или кубического нитрида бора являются высокопрочными. Их применяют для точной нарезки резьбы на заготовках из высокопрочных деталей. Основным недостатком таких инструментов является высокая стоимость. В первом случае такой инструмент применяют для обработки деталей из алюминия, меди или карбида вольфрама. Во втором — работают таким резцом на заготовках из упрочнённого чугуна или закалённой стали.

При работе резцом необходимо принимать во внимание следующие особенности:

Важное значение имеет выбор переднего угла. Его величина зависит от твёрдости обрабатываемого материала

Величина находится в пределах от 0 до 25 градусов от перпендикуляра к обрабатываемой поверхности. Для обычной стали выбирают нулевой угол, а для высоколегированной обычно требуется 5-10 градусов. Его величина зависит не только от твёрдости, но и от вязкости обрабатываемого материала.

При выборе подходящего резца важно учитывать, что форма режущей кромки должна точно соответствовать профилю резьбы.

Задние боковые углы должны быть достаточно узкими для того, чтобы не воздействовать на сделанную резцом канавку. При этом с обеих сторон они должны быть одинаковыми.

Для того, чтобы сделать нарезание внутренней резьбы, деталь предварительно сверлят и растачивают.

Выполнение нарезки происходит с высокой скоростью. Работу можно также производить на станке с ЧПУ.

Дюймовая и метрическая нарезка

Дюймовые нарезки применяются для металлических труб. Обычно такую резьбу получают фитинги, которые в дальнейшем используются для сбора металлического или пластикового трубопровода. Нормативы создания такой нарезки определены ГОСТом 6357-81. Исходя из технического документа, можно сделать вывод, что главными параметрами дюймовой нарезки являются шаг и диаметр. Причем вторая характеристика оценивается как расстояние между крайними точками гребней резьбы.

Типовое нарезание дюймовой резьбы на токарном станке осуществляется резчиками и метчиками с модификациями технологии применительно к внутренней обработке. Метрическая нарезка выполняется с учетом тех же параметров, но к ним добавляется и форма профиля гребня резьбы. В случае с дюймовой нарезкой он чаще всего острый – в форме треугольника. Кроме того, как следует из названия, классическая трубная нарезка рассчитывается в дюймах, а метрическая – в миллиметрах.

Как вручную нарезать резьбу. Метчиком, плашкой. Видео

В процессе постройки радиоуправляемых моделей, особенно кораблей, практически всегда приходится нарезать резьбу, так как используется довольно большое количество разъемных соединений.

Сегодня хочу рассказать и показать, на примерах, как это делается. Для начала надо сказать, что резьба бывает правая и левая, имеет диаметр и шаг, у правой винтовая линия поднимается против часовой стрелки, а у левой по часовой стрелке. Из этого следует, что название соответствует направлению закручивания изделия. Метрическая резьба обозначается буквой «М», затем идет цифра, указывающая ee диаметр, а значение после знака «x» указывает шаг, если он не указан, то подразумевается основной шаг, который является предпочтительным для каждого диаметра.

Если необходимо нарезать резьбу в отверстии, то для выполнения этих работ используется метчики.

Они бывают универсальными или комплектными, которые представляют комплект из двух или трех инструментов, которыми работают поочередно: сначала — черновым, а затем — чистовым.

Универсальным метчиком вся работа выполняется за один проход. Предварительно, в месте, где необходимо выполнить внутреннюю нарезку сверлится отверстие. Его диаметр выбирается согласно таблице.

Если отверстие просверлить больше, то соединение не будет иметь полного профиля и получится не качественным. Если диаметр взять меньше, то ход метчика будет затруднен и это может привести к его заклиниванию и поломке, особенно в твердых материалах. После сверления квадратный хвостовик надежно закрепляется в воротке и хорошо смазав, например, солидолом вставляется в отверстие. Затем, плавно вращая вороток, делая два оборота вперед и пол-оборота назад, производится нарезка. Через каждые 4-5 оборотов метчик вынимается, с него удаляется стружка, и после смазки действия повторяются.

Иногда требуется восстановить или нарезать резьбу на стержне, шпильке, болте или валу. Для этого используется плашка. В отличие от нарезки в отверстии, на стержне вся работа делается в один проход.

Один конец стержня хорошо фиксируется, например, в тисках. На второй в виде конуса и хорошо смазанный, можно солидолом, устанавливается плашка, зажатая в вороток. Затем плавными движениями вращается вороток, причем, после каждых пол-оборота желательно немного повернуть инструмент назад, для удаления стружки. Хорошая смазка обеспечивает легкость хода и предотвращение преждевременного затупления рабочих поверхностей инструмента.

Для нарезки резьбы на валах используется вот такая «приспособа».

Она работает как направляющая, так как точно установить плашку, даже на конус, и нарезать резьбу строго по центру довольно сложно. В тонкой части «приспособы» просверлено отверстие диаметром вала, в нашем случае 2 мм. В толстой части закрепляется инструмент под М2. При работе, тонкая часть надевается на вал и далее производится нарезка. Эта направляющая позволяет двигаться плашке строго по центру вала. Делается такая деталь, на токарном станке, индивидуально под каждое сечение вала.