Нарезание внутренней резьбы: технология производства работ

СОДЕРЖАНИЕ

• Общие правила нарезания внутренней резьбы
• Технология выполнения внутренней резьбы
• Нарезка резьбы в труднообрабатываемых сталях и сплавах
• Способы профилактики и устранения брака при нарезании внутренней резьбы

Нарезание внутренней резьбы производится в тех случаях, когда нужно сделать разборную конструкцию. Параметры резьбы определяются ГОСТ 1973257-73. Мелкий шаг, как правило, используют для труб с тонкой стенкой или в тех случаях, когда нужны хорошая герметичность и защита от самовыкручивания.

Инструменты для нарезания резьбы могут быть ручными, в том числе электрическими и пневматическими, а на производствах, особенно при массовом изготовлении деталей, используют станки. О том, как нарезают внутреннюю резьбу, на что при этом обращают внимание, читайте в нашем материале.

Общие правила нарезания внутренней резьбы

Принципиально важным моментом процесса нарезания внутренней резьбы является подготовка отверстия. Чтобы его диаметр точно соответствовал заданным параметрам, при выборе сверла необходимо руководствоваться указаниями ГОСТов.

Если диаметр отверстия окажется меньше указанного в ГОСТе, метчик из-за большого усилия при нарезании заклинит или сломает. Резьба в этом случае получится рваной. Отверстие, размеры которого будут больше необходимых, не позволит обеспечить достаточную высоту витков, и ее профиль окажется неполным.

Перечислим основные правила нарезания внутренней резьбы на сверлильных станках:

1. В отверстиях заготовок, полученных в результате штамповки, отливки или иных похожих способов, внутреннюю резьбу не нарезают. В качестве исключения можно рассматривать заготовки, изготовленные методом литья под давлением.
2. Рассверливание и зенкование являются обязательной процедурой, предшествующей нарезанию резьбы. Таким образом удаляется окалина, нагар и наклеп. Это повышает качество выполненной нарезки и помогает продлить срок службы метчика.
3. Метчик должен закрепляться в самоцентрирующихся, реверсивных, качающихся или плавающих патронах.
4. В процессе подготовки отверстия для нарезания внутренней резьбы метчиком со стороны его входа обязательно нужно будет снять фаски. Полученный при снятии угол должен быть равен 60°, а высота соответствовать не менее чем одному шагу резьбы.
5. Особого внимания при выполнении нарезания требует шпиндель. Его следует уравновесить с помощью противовеса. Врезание и выемка метчика должны быть плавными, а ход шпинделя легким. В противном случае может возникнуть такой дефект, как разбивание резьбы.

В процессе работы метчик подвергается серьезной нагрузке, поэтому при работе данным инструментом для нарезания внутренней резьбы должна использоваться смазчоно-охлаждающая жидкость.

Ее выбор зависит от материала, с которым предстоит работать:

На сегодняшний день список дополнен прогрессивными смазочно-охлаждающими жидкостями, обеспечивающими увеличение стойкости инструмента для нарезания внутренней резьбы примерно в полтора раза. Коэффициенты увеличения периода стойкости представлены в следующей таблице:

Технология выполнения внутренней резьбы 

Процесс нарезания внутренней резьбы может осуществляться вручную, с помощью специального инструмента – воротка. На производстве для этой цели чаще всего используют станки. Последовательность операций при нарезании внутренней резьбы можно описать следующим образом.

Прежде всего в заготовке сверлят отверстие. Для этого выбирают сверло, диаметр которого несколько превышает внутренний диаметр, указанный для нарезания резьбы.

Если возможность выяснить параметры сверла на основе данных специальной таблицы отсутствует, производят самостоятельные приблизительные расчеты. Формула для расчетов имеет следующий вид:

dсв = D - P,

где dсв — диаметр сверла, D — наружный диаметр внутренней резьбы, мм; Р — шаг резьбы, мм.

Таблица. Диаметры сверл для нарезания метрической резьбы

Сквозные отверстия являются проходными. Глубина глухих отверстий должна быть на 6хР больше, чем длина резьбы.

После этого в отверстии снимается центрирующая фаска для метчика. Эта операция осуществляется с помощью конической зенковки с углом 2ф, равным 90° или 120°.

На следующем этапе определяются с выбором комплекта метчиков и воротка.

Общая длина воротка L определяется в результате следующих расчетов:

L = 20D + 100, 

где L — общая длина воротка, D — диаметр метчика.

После этого заготовка надежно фиксируется в тисках. Рабочая часть метчика смазывается специально подобранной жидкостью, после чего его аккуратно, четко по оси, стараясь избежать перекосов, помещают заборной частью в обрабатываемое отверстие.

Для проверки соосности метчика используется угольник.

Затем на метчик надевают вороток. Левой рукой слегка нажимают на среднюю часть воротка вниз, а правой вращают его по часовой стрелке до тех пор, пока метчик не углубится в подготовленное отверстие и его положение не станет устойчивым.

Дальнейшее вращение воротка происходит с использованием обеих рук. Направление его поворотов меняется через каждые 1-2 оборота вправо. Вороток возвращают на пол-оборота влево, и образовавшаяся в отверстии стружка ломается. Это облегчает процесс нарезания внутренней резьбы и повышает качество результата.

После того как работа выполнена, метчик нужно будет извлечь, вывернув из глухого отверстия или полностью пропустив через сквозное.

На последнем этапе нарезания резьбу обрабатывают средним и чистовым метчиками.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Оценить качество резьбы можно в процессе визуального осмотра. К ее дефектам относят сорванные нити и задиры. Анализ точности резьбы проводится с помощью резьбовых калибр-пробок или эталонных винтов. Их проходная часть должна свободно ввинчиваться в резьбовое отверстие.

В процессе нарезании резьбы метчиками нужно внимательно относиться к следующим деталям:

• использовать в ходе процесса полный набор метчиков и следить за тем, чтобы чистовой метчик не был перегружен; 
• нельзя допускать перекоса среднего и чистового метчиков, которые вводятся в отверстие без воротка;
• при обработке глухих отверстий необходимо периодически выкручивать метчик и удалять образовавшуюся в канавках стружку;
• с целью сохранности метчиков нужно использовать воротки, характеристики которых соответствуют диаметру резьбы;
• для обеспечения качественного результата и облегчения процесса работы следует применять соответствующие СОТС.

Трудоемкий процесс нарезания внутренней резьбы вручную может обеспечить невысокую производительность. Гораздо эффективнее будет привлекать для этой цели специальные средства механизации.

Использование сверлильного станка существенно повышает скорость обработки отверстий и обеспечивает соответствие резьбы заданным параметрам. В данном случае метчик закрепляется в предохранительном патроне, размещенном в шпинделе станка. Его вставляют в цангу патрона на допустимое усилие и фиксируют с помощью накидной гайки.

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

Затем станок включают и проверяют степень биения метчика. При необходимости регулируют его усилие с помощью круглой гайки, которая стопорится винтом. Обрабатывают метчик смазочно-охлаждающей жидкостью и приступают к выполнению работ.

Нарезание резьбы в глухом отверстии продолжается до тех пор, пока инструмент не коснется дна и его вращение не остановится. Скорость нарезания внутренней резьбы на сверлильном станке соответствует значению 5—8 м/мин.

Механизировать процесс нарезания резьбы можно с помощью применения резьбонарезателей с пневматическими и электрическими приводами, которые оборудованы механизмом автоматического изменения направления вращения шпинделя. Это обеспечивает возможность движения метчика в прямом и обратном направлении.

Метчик помещают в предохранительный патрон и смазывают. Резьбонарезатель с помощью рук стараются разместить так, чтобы не было перекоса относительно оси отверстия. Затем метчик направляют в отверстие, и он начинает вращаться после легкого нажатия на корпус механизма резьбонарезателя. Повторное нажатие запускает реверсивное движение, и метчик на скорости, вдвое превышающей скорость погружения, выходит наружу.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Использование резьбонарезателей обеспечивает производительность в 5–10 раз превышающую эффективность показателей ручного труда. В условиях масштабного производства операции по нарезанию внутренней резьбы производятся на резьбонарезных станках.

Нарезка резьбы в труднообрабатываемых сталях и сплавах

Сложности при нарезании резьбы возникают при обработке отверстий заготовок, выполненных из пластичных легированных сталей. Также трудно работать с титановыми, легкими и жаропрочными сплавами. Особенности этих материалов вызывают необходимость соблюдения следующих условий:

• Заготовки из жаропрочных сплавов следует устанавливать на станину станка строго перпендикулярно к оси резьбы базовой поверхности и хорошо закреплять. Это позволит производить нарезание резьбы без использования кондуктора. Если возможность обеспечить прочное крепление детали к станку отсутствует и жесткость детали недостаточна, то добиться качественного результата можно будет, только применяя такое приспособление, как кондуктор.

• В процессе обработки заготовок из жаропрочных сплавов следует использовать метчик, у которого зубья располагаются в шахматном порядке. Для нарезания резьбы в сквозных отверстиях он потребуется в единственном экземпляре, а для глухих отверстий нужно будет два или три метчика.
• При работе с жаропрочными сплавами необходимо проводить процедуру охлаждения метчика. Состав для охлаждения подается с помощью специального насоса и представляет собой следующую смесь: 60 % сульфофрезола, 25 % керосина и 15 % олеиновой кислоты. Если станок не оборудован помпой, метчик погружается в смесь 85 % сульфофрезола и 15 % олеиновой кислоты либо смазывается вручную с помощью кисти.
• При работе с мягкими заготовками из алюминиевых сплавов или цинка скорость подачи шпинделя по шагу резьбы должна регулироваться. Если механизм регулировки не предусмотрен, его свободное движение можно обеспечить за счет уменьшения нагрузок уравновешивания – грузов и пружин. При существенной массе движущихся частей и очевидном осевым усилии при движении шпинделя внутренняя резьба разрушится по среднему сечению.
• Высокая скорость нарезания внутренней резьбы должна быть обеспечена при работе с заготовками из силуминовых сплавов. Она в 1,2–1,5 раза больше, чем при обработке стали. Во столько же раз интенсивнее охлаждается метчик.
• Лучшей охлаждающей жидкостью при нарезании внутренней резьбы в отверстиях деталей из легкосплавных материалов считается керосин. Также может применяться 8–10 % эмульсия. Масло в данной ситуации использовать не нужно, так как оно не обеспечит защиту от налипания стружки и не даст качественно очистить резьбу.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Резьба в изделиях из труднообрабатываемых сталей аустенитного класса и титановых сплавов, начиная с М4 и заканчивая М30, обрабатывается с применением бесканавочных метчиков. Они должны быть изготовлены из быстрорежущей стали и обладать повышенным уровнем стойкости.

Способы профилактики и устранения брака при нарезании внутренней резьбы

К основным видам брака, возникшего в результате нарезания внутренней резьбы на сверлильном оборудовании, относятся:

• Рваная резьба. Она образуется при недостаточном охлаждении, перекосе метчика относительно оси отверстия или его затуплении, а также из-за малых углов передних и задних зубьев. Исключить такой брак можно, обеспечив необходимые условия для охлаждения метчика и его правильную установку. Инструмент, с помощью которого нарезается резьба, должен быть хорошо заточен.
• Тупая резьба. Причиной данного вида брака чаще всего является слишком большой диаметр отверстия для резьбы. Также недопустимо использование затупившегося метчика с недостаточной твердостью и малыми углами зубьев. Препятствовать возникновению такого дефекта будет качественная подготовка отверстия. Оно должно быть выполнено с учетом необходимых припусков. Геометрия и конструкция хорошо заточенного метчика должна соответствовать особенностям обрабатываемого материала.
• Шероховатость поверхности резьбы. Данный дефект может возникнуть в результате множественных причин. Самыми распространенными среди них являются неправильная заточка метчика или высокая степень его износа, недостаточная длина его заборного конуса и малая величина передних зубьев, выбора слишком высоких режимов нарезания внутренней резьбы, низкое качество жидкостей для смазки и охлаждения.

Предупредить излишние шероховатости можно, используя хорошо заточенные метчики соответствующей геометрии и конструкции, правильно подбирая режимы работы нарезного оборудования и применяя качественные охлаждающие составы.

• Провал резьбы по калибрам-пробкам. Эта проблема является следствием неправильной установки метчика. Провалы резьбы появляются из-за его сильного биения. Их причиной также может стать неисправность патрона, снятие метчиком стружки при вывертывании, слишком высокая скорость нарезания и низкая эффективность смазочно-охлаждающей жидкости.

Предупредить провалы можно, тщательно подходя к вопросам установки метчика, отслеживая отклонения в его биении от допустимых параметров и состояние стружковыводящих канавок. Устанавливать его следует только в исправный плавающий патрон. Скорость нарезания и смазочно-охлаждающая жидкость должны подбираться с учетом особенностей обрабатываемого материала.

• Тугая резьба. Образуется из-за неправильно подобранных размеров метчика и плохо очищенной поверхности резьбы. Чтобы предупредить дефект, следует не только качественно устранять шероховатости, но и выбирать метчик соответствующего размера с острыми зубьями.
• Конусность резьбы. Верхняя часть отверстия может разбиваться из-за биения метчика. Также причина иногда кроется в том, что используется метчик без обратного конуса, в результате чего зубья калибрующей части начинают срезать металл. Для того чтобы исключить данный дефект, следует правильно устанавливать метчик соответствующей геометрии и конструкции, а также проверять его биение перед началом нарезания внутренней резьбы.
• Несоответствие резьбы проходному калибру. Дефект возникает из-за неправильного выбора профиля и размера метчика. Также причиной брака может стать нарушение условий эксплуатации инструмента или возникший в процессе установки перекос. Иногда проблема возникает в результате срезания резьбы при выворачивании метчика. Добиться соответствия можно, правильно установив подобранный метчик и обеспечив необходимые условия для его эксплуатации.
• Срыв ниток резьбы. Если диаметр отверстия заужен, в процессе нарезания внутренней резьбы используется затупившийся метчик, а в канавках присутствует стружка, некоторые нити могут оказаться сорванными. Для предупреждения таких срывов следует внимательно относиться к диаметру отверстия, которое подлежит обработке, использовать хорошо заточенный метчик и отводить стружку из канавок.

Читайте также: «Зенкование»

Получить качественный результат и уберечь метчики от поломки можно, применяя инструменты для нарезания внутренней резьбы, изготовленные из прочной стали. Внимательно относитесь к тонкостям технологического процесса и помните о том, что любую проблему гораздо проще предупредить, чем исправить.