Резьбонарезные фрезы

Фрезы для нарезания резьбы используют спиральную интерполяцию для нарезания как внутренней, так и наружной резьбы. Большинство станков ЧПУ, произведенных за последние 10 -15 лет, поддерживают спиральную интерполяцию.

Для нарезания резьбы применяются цельные твердосплавные фрезы и сменные твердосплавные пластины (стальное тело фрезы с карбидными вставками). Многовитковые резьбонарезные фрезы нарезают резьбу сразу на всю глубину за один полный поворот фрезы. Одновитковые фрезы нарезают один виток резьбы за оборот. Большинство фрез для нарезания резьбы – многовитковые.

Фрезы для нарезания резьбы подходят для обработки материала прочностью до 65 HRC, что существенно расширяет область их применения. «Фреза одной и той же геометрии, но с одним или двумя слоями различных покрытий, позволяет обрабатывать множество разнообразных материалов», – объясняет Моррисон.

Одна и та же резьбонарезная фреза может применяться для отверстий, имеющих различный диаметр, но одинаковый шаг резьбы. Так как нижняя поверхность фрезы является плоской, она может быть использования для нарезания резьбы в непосредственной близости к нижней части глухого отверстия. KOMET, Америка

Отвод стружки обычно не является проблемой при нарезании резьбы фрезами. «Нарезание резьбы фрезами — это резание с остановками, поэтому, независимо от свойств материала, всегда получается стружка надлома с короткими частицами», – говорит г-н Хэтч из компании Emuge.

Резьбонарезные фрезы имеют большой диапазон применения, их диаметр начинается от 1.5 мм и заканчивается самыми большими размерами. Но по большому счету оптимальная глубина резки фрезой ограничивается 2.5 диаметрами самой фрезы. «При использовании фрезы для нарезания резьбы силы резания не сбалансированы», – отмечает Хетч. «При нарезании резьбы большой длины создается большое давление на боковую поверхность фрезы, так как на нее воздействует большая радиальная сила. Это может приводить к проблемам в виде отскакивания режущей кромки от заготовки и появлению на ней сколов, и даже к обламыванию фрез небольшого диаметра».

Однако одновитковая фреза может работать и на большой глубине. «Вы даже можете врезаться на 20 диаметров, если вам это действительно нужно», – говорит Моррисон. «У вас не будет проблемы отскакивания режущей кромки фрезы от края заготовки, так как в таком случае силы резания воздействуют только одну режущую кромку, находящуюся на самом конце фрезы. У нас много покупателей, работающих в области нефтедобывающей промышленности и электроэнергетики, закупающих одновитковые фрезы с длинным хвостовиком. Для них гораздо рентабельнее иметь в своем распоряжении фрезу, подходящую для нарезания множества различных видов резьбы, даже с учетом того, что процесс идет несколько медленнее. Иначе им бы пришлось приобретать метчики длиной 250 мм стоимостью под 1000 долларов».

Использование фрез имеет множество преимуществ. Один и тот же инструмент может применяться для отверстий разного диаметра, при этом используется один шаг резьбы. Фреза с одной режущей кромкой может быть использована для обработки отверстий различных диаметров, а также и нарезания резьбы различного шага.

К тому же одновитковая резьбонарезная фреза может быть применена для обработки глухих и сквозных отверстий, а также для нарезания правой и левой резьбы. Так как фреза имеет плоскую нижнюю поверхность, она может нарезать резьбу в непосредственной близости от днища глухого отверстия, и даже если фреза сломается, она не приведет к выбраковыванию детали. В заключение, фреза для нарезания резьбы может быть совмещена в одном корпусе с другими инструментами для сверления отверстий, тем самым образовывая комбинированный инструмент, который может одновременно сверлить, делать фаски и нарезать резьбу.

Тем не менее цикл обработки фрезой обычно дольше цикла обработки метчиками. «Так как использование фрез для нарезания резьбы требует специальной программы для станка, некоторые люди могут побояться их использовать», – говорит г-н Стюарт из компании OSG. «И всё же алгоритм достаточно прост и может быть реализован множеством управляющих программ станков ЧПУ».

Некоторые компании всё же предпочитают использовать метчики, так как хотят минимизировать вмешательство оператора в процесс работы. Использование фрез для нарезания резьбы подразумевает, что оператор должен постоянно производить необходимые регулировки. «Так как инструмент стачивается в процессе нормального износа, оператору необходимо регулировать режущий процесс, чтобы подстроится под текущий износ инструмента и сохранить правильные размеры получаемой резьбы», – говорит Хэтч. «Обязанность оператора – измерять допустимые отклонения в размерах резьбы и следить за износом инструмента, а затем, на основе полученных данных, производить регулировку оборудования».

«Размеры метчика всегда остаются неизменными, метчик изготовлен по размерам нарезаемой им резьбы. Оператор просто время от времени сверяет размеры при помощи измерительных инструментов и калибров, и если эти размеры вышли за пределы допустимого, метчик просто выбрасывается».

В 16. Нарезание резьбы метчиками и плашками.

Нарезание резьбы – это процесс снятия стружки на стержне или в отверстии специальным инструментом или методом пластической деформации (накаткой). Бывают резьбы однозаходные и многозаходные, правая нарезка или левая. Еще один параметр – это шаг, расстояние между двумя гребнями. Различают несколько профилей резьбы: универсальная – обычная треугольная; трапецеидальная – ее профиль выполнен в форме трапеции; упорная – для устройств, работающих под большим давлением, и трубная, которая используется для соединения труб. Существует стандартный ряд диаметров резьбовых соединений.

Для нарезания наружной резьбы на винтах, болтах, шпильках и других деталях применяются плашки. Участок детали, на котором необходимо нарезать резьбу плашкой, предварительно обрабатывают. Диаметр обработанной поверхности должен быть несколько меньше наружного диаметра резьбы. Для метрической резьбы диаметром 6-10 мм эта разница составляет 0, 1-0, 2мм; диаметром 11-18мм - 0, 12-0, 24 мм; диаметром 20-30мм - 0, 14-0, 28 мм. Для образования захода резьбы на торце детали необходимо снять фаску, соответствующую высоте профиля резьбы. Плашку устанавливают в плашкодержатель (патрон), который закрепляют в пиноли задней бабки или в гнезде револьверной головки. Скорость резания при нарезании резьбы плашками u=3-4 м/мин для стальных заготовок; u=2-3 м/мин для чугунных заготовок и u=10-15 м/мин для латунных заготовок.

На рисунке справа, резьбонарезные плашки применяемые на токарных станках:
а) - круглая,
б) - квадратная,
в) - шестигранная,
г) - трубчатая

Внутренние метрические резьбы диаметром до 50 мм часто нарезают метчиками. Обычно на токарном станке применяют машинные метчики, что позволяет нарезать резьбу за один проход. Для нарезания резьбы в деталях из твердых и вязких материалов применяют комплекты, состоящие из двух или трех метчиков. В комплекте из двух метчиков первый (черновой) выполняет 75% всей работы, а второй (чистовой) доводит резьбу до требуемого размера. В комплекте из трех метчиков первый (черновой) выполняет 60%, средний (получистовой) - 30% и третий (чистовой) - 10% всей работы. Метчики в комплекте различают по заборной части, наибольшая длина которой у чернового метчика. В отверстиях с прерывистой поверхностью (с пазом, канавкой) резьбу нарезают метчиками с числом канавок, не кратным числу пазов на обрабатываемой поверхности. Для этой же цели и для нарезания отверстий длиной более двух диаметров применяют метчики с винтовыми канавками, рисунок внизу - а). Направление винтовой канавки метчика должно быть таким же, как и у нарезаемой резьбы (правая канавка для правой резьбы, левая - для левой). Для нарезания в пластичных материалах коротких сквозных метрических резьб (диаметром 1, 5-8 мм) и длиной до двух диаметров применяют бесканавочные метчики, рисунок внизу - б), которые обладают большей прочностью, чем обычные, и обеспечивают более высокое качество резьбы. При нарезании коротких сквозных резьб в деталях из вязких материалов применяют метчики с расположением зубьев в шахматном порядке, рисунок внизу - в). Преимущество таких метчиков заключается в том, что в процессе их работы снижается трение, улучшается процесс стружкообразования и облегчается подвод смазочно-охлаждающей жидкости. При установке метчика в револьверную головку на его хвостовик надевают и закрепляют винтом кольцо, вместе с которым метчик устанавливают в патрон для плашек и закрепляют, как плашку. Скорость резания при нарезании резьбы метчиками u=5-12 м/мин для стальных заготовок; u=6-22 м/мин для чугунных, бронзовых и алюминиевых заготовок. Нарезание резьбы производят с охлаждением эмульсией или маслом.

В 17. Конструкция и геометрия метчика, классификация метчиков.

Метчики предназначаются для нарезания или калибрования резьбы в отверстиях.

Различают метчики ручные, которые применяют для нарезания резьбы вручную, машинные —для нарезания резьбы на станках, гаечные —для нарезания резьбы в гайках, плашечные —для нарезания и калибрования резьбы в плашках.

Рис. 16. Конструкция метчика:

l — рабочая, l₁ — заборная, l₂— калибрующая, l₃— хвостовая части метчика, l₄ — конец хвостовика

Ручные метчики поставляются комплектом. Комплект может состоять из 2 или 3 метчиков. Черновые метчики имеют заниженные размеры, а чистовой — полный профиль резьбы.

Гаечные метчики выполняют с коротким, длинным и изогнутым хвостовиками.

Рабочая часть метчика l (рис. 16) состоит из заборной l₁и калибрующей l₂частей. Заборная (режущая) часть у ручных черновых метчиков составляет 4 витка, у чистового метчика—1, 5— 2 витка.

У машинных метчиков длина заборной части при нарезании сквозных отверстий составляет 5—6 витков, при нарезании глухих отверстий —2 витка. У гаечных метчиков длина заборной части составляет 11—12 витков.

Калибрующая часть l₂служит для зачистки и калибрования резьбы и обеспечения правильного направления. Для уменьшения трения калибрующая часть имеет незначительный обратный конус.

Хвостовая часть метчика l₃ представляет собой стержень; конец хвостовика l₄у ручных, а иногда и машинных метчиков имеет форму квадрата.

Профиль канавки метчика оказывает влияние на процесс нарезания резьбы и должен способствовать отводу стружки. Широкое распространение получили 3 и 5-канавочные метчики.

Передний угол метчика γ = 5—10° для обработки стали, 0—5° для обработки чугуна и 10—25° для обработки цветных металлов и сплавов.

Задний угол α = 4—12° получают затыловкой режущей (заборной) части по наружному диаметру.

Обычно метчики изготовляются с прямыми канавками, но для лучшего отвода стружки канавки изготовляют с углом наклона ε = 8—15°.

Ручные (слесарные) метчики предназначены для нарезания метрических, дюймовых и трубных резьб вручную с помощью воротка. Их конструкция(рис.1) под­робно описана ниже. Так как эти метчики работают при малых скоро­стях резания, их целесообразно изготовлять из дешевых и недефи­цитных углеродистых сталей, например У9А, У10А, У11А и т. п.

Рис.1. Метчик ручной

Машинные метчики (рис.2) предназначены для нарезания цилиндрических и конических резьб на станках (токарных, сверлильных, специальных и др.). Закрепление их производится в специальных патронах. Отличаются от ручных формой хвостовой части. Машинные метчики чаще всего делаются одинарными, но при больших величинах шага (например Р > 3мм) и диаметрах резьбы (бо­лее 24мм) рекомендуется применение комплекта из двух штук. Машин­ные метчики изготовляются из легированных (9ХС, ХВГ) или быстроре­жущих (Р6М5) инструментальных сталей.

Метчики, предназначенные для нарезания резьб как вручную, так и на станке, получили название машинно-ручных. Отличаются от ручных и машинных формой хвостовой части.

Рис.2. Метчик машинный

Метчики с винтовыми канавками (рис.3) обеспечивают сход стружки в заданном направлении. Канавки могут иметь правое (для резьб в сквозных отверстиях) и левое (для глухих) направление. Угол наклона винтовых канавокw=15...30°. Применение таких метчиков весьма эффективно при нарезании резьб в материалах, об­разующих сливную стружку (легкие сплавы, нержавеющие стали, жаро­прочные сплавы и др.).

Рис.3. Метчик с винтовфми канавками

Гаечные метчики (рис.4) предназначены для нарезания резьб в гайках. Длина резьбы в гайках сравнительно невелика и, следовательно, крутящие моменты, возникающие в процессе резания, имеют небольшую величину. Это позволяет делать такие метчики одинарными, что обусловливает сравнительно большую длину их ре­жущей части и короткую калибрующую.

Метчики могут быть с коротким или длинным прямым хвостовиком, который служит накопи­телем гаек. Это дает возможность сократить время на обработку за счет исключения вывинчивания метчика из гайки. В массовом произ­водстве

применяются метчики с изогнутым хвостовиком (рис.4, б), что позволяет сделать процесс обработки непрерывным.

Рис.4. Метчики гаечные с хвостовиком: а – прямые; б – изогнутые

Калибровочные метчики (рис.5) предназначены для калибрования и зачистки резьбы, предварительно нарезанной другими инструмента­ми (резьбовыми резцами, резьбовыми фрезами и др.). Снимают небольшой припуск. В сравнении с обычными метчиками, ручными или машинными, калибровочные мет­чики имеют более короткую режущую часть и значительно большее количество перьев.

Рис.5. Метчик калибровочный

Плашечные метчики (рис.6) предназначены для предвари­тельного нарезания резьбы в плашках. Для повышения точности и снижения шероховатости нарезаемой резьбы рабочая часть их дела­ется удлиненной: режущая часть (36 шагов) нарезается 16 шагов по конусу с углом 1°20¢, остальная 20шагов -по цилиндру. Такая конст­рукция обеспечивает работу первых зубьев по всему профилю резьбы и работу остальных зубьев по вершинам профиля, что способствует достижению низкой шероховатости.

Рис.6. Метчик плашечный

Маточные метчики (рис.7) предназначены для окончатель­ной обработки резьбы в плашке. Они используются после сверления стружечных отверстий, а также для удаления заусенцев по краям отверстия. Нагрузка на маточные метчики невелика, поэтому режу­щая часть у них короче, чем у плашечных. Режущая часть 12шагов выполняется по конусу с углом 0°12¢ и затылуется по всему профилю.

Калибрующая часть имеет 10шагов. Во избежание поломок во время работы стружечные канавки у маточных метчиков делаются винтовыми с угломw=3...6°. Их число не должно быть равным или кратным числу стружечных отверстий в плашке.

Рис.7. Метчик маточный

Метчики с укороченными канавками (бесканавочные) предназначены главным образом для нарезания сквозных от­верстий (рис.8). Их основное преимущество - высокая по сравнению с обычными метчиками прочность. Эта прочность достигается за счет того, что стружечные канавки делаются не на всей рабочей длине метчиков, а лишь на длине, равной двум длинам режущей части. Для направления стружки в нарезанное отверстие угол наклона винтовой канавки w =9...12° выполняется обратным направлению вращения метчика. Во избежание заклинивания калибрующая часть бесканавочных метчиков имеет увеличенную обратную конусность до 0, 2 мм на 100 мм длины.

Рис.8. Метчик бесканавочный

Метчики бесстружечные (рис.9)предназначены для образова­ния резьб методом пластического деформирования без образования стружки. Их иногда называют раскатниками. При этом увели­чивается статическая и циклическая прочность,

повышается точность и снижается шероховатость обрабатываемых деталей. Вместо стружечных канавок рабочая часть в сечении имеет многогранник. На заборной части резьба шлифована на конус, затылование отсутствует. Длина заборной части 2…6 витков. Область применения их ограничена главным образом нарезанием резьб в мяг­ких вязких материалах.

Рис.9. Метчик бесстружечный

Метчики конические (рис.10) применяют для нарезания конических резьб, как правило, в хрупких материалах типа серых чугунов. Метчики имеют невысокую стойкость. Коническая резьба в детали нарезается одновременно всей рабочей частью метчика. Метчики имеют короткую заборную часть с углом 12…15° и режущую часть с зубьями полного профиля резьбы.

Рис.10. Метчик конический

Метчики с прерывной резьбой (рис.11) используют для нарезания резьбы в вязких и труднообрабатываемых материалах, а также в тонкостенных деталях. Зубья этих метчиков срезаются через зуб в шахматном порядке на калибрующей части.

Рис.11. Метчик с прерывной резьбой

Метчики-протяжки (рис.12) предназначены для нарезания многозаходных трапецеидальных и метрических резьб. Метчик предварительно вставляют в нарезаемую заготовку, как при протягивании. Нарезание резьбы производится без реверсирования. Основной осо­бенностью их является расположение хвостовика впереди режущей части. Профиль резьбы затылуется, задний уголa= 8...12°. Длина калибрующей части 4-6 витков. Имеются конструкции метчиков без калибрующей части. Угол наклона канавок =2 , где- угол подъема резьбы. Для правой резьбы применяются левые винто­вые канавки, для левой резьбы – правые.

Рис.12. Метчик - протяжка

Сборные метчики подразделяются на три вида. Нерегулируе­мые, метчики выполняются со вставными гребенками, которые закреп­ляются в корпусе метчика. Основное назначение такой конструкции - экономия инструментальных сталей. Регулируемые метчики (рис.13) имеют вставные гребенки, которые могут уста­навливаться на заданный размер резьбы. Такие конструкции значи­тельно увеличивают долговечность метчика. Самовыключающиеся мет­чики, кроме регулировки на заданный размер резьбы, позволяют в конце рабочего хода сближать гребенки так, что обратный ход про­изводится без вывинчивания метчиков из нарезанного отверстия. Это предохраняет метчики от повреждения и сокращает времяна вывод их из отверстия. Конструкция таких метчиков достаточно сложна и осуществима при диаметрах резьбы М36 и более.

Рис.13. Метчик сборный

Метчики комбинированные (рис.14) используют для последовательного выполнения нескольких переходов обработки: сверления и нарезания резьбы, развертывания и нарезания резьбы и т.п.

Рис.14. Метчик комбинированный