2. Обработка резьбовых поверхностей

2.1. Общие положения и указания

К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СТУДЕНТОВ

Методические указания разработаны для тринадцати лабораторных работ, связанных с изучением металлорежущего инструмента, особенностями его практического применения.

Цель работ: закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков в подборе оптимальных конструкций и геометрических параметров режущих инструментов для заданных условий обработки и измерении этих параметров в реальных условиях. В работах предусмотрены элементы исследований, что значительно повышает познавательный эффект.

Все лабораторные работы рассчитаны на выполнение каждым студентом индивидуальных заданий, выдаваемых преподавателем.

Время выполнения одной работы - 4 часа

Не позднее чем за две недели до проведения лабораторной работы, студент должен знать номер той работы, которую он должен выполнять на следующем занятии. За это время студент знакомится с описанием лабораторной работы, изучает теоретические вопросы, продумывает возможные варианты выполнения работы.

В отчетах по лабораторным работам должны быть представлены:

1. Индивидуальное задание

2. Линейные и геометрические параметры инструмента, определенные применительно к данному индивидуальному заданию

3. Полный расчет режимов резания

4. Линейно-геометрические параметры аналога режущего инструмента

5. Исследовательская часть

Примечание. Варианты задания выбираются по номеру паспорта: вариант соответствующий пункту 1 выбирается по последней цифре номера паспорта; вариант пункта 2 – по предпоследней цифре и т.д. Вариант разработки выбирается по четвертой от конца цифре номера паспорта.

2.2. Теоретическая часть

Резьбонарезание

Резьбу получают тремя основными методами: нарезанием режущим инструментом, изготовленным из инструментальных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов; к этим инструментам отно­сятся резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбонарезные плашки, резьбонарезные самооткрывающиеся головки, резьбовые фрезы и обкаточные резцы; шлифованием мелкозернистыми резьбошлифовальными кругами—однониточными и многониточными; накатыванием (метод пластических деформаций) накатными рол плоскими накатными, плашками, а также головками с узкими накатными роликами (с продольным перемещением головки или заготовки).

Резьбу образуют путем: многопроходного нарезания однони­точным инструментом (резец стержневой, призматический или круглый, однониточный шлифовальный круг); однопроходного нарезания многониточным инструментом (гребенка, круглая плашка, метчик, резьбонарезная головка, многониточный шлифовальный круг); однопроходного фрезерования вращающимся инструментом (резьбовая однониточная фреза, вихревая головка с твердосплавными резцами); фрезерования вращающейся многониточной фрезой, накатывания резьбы широкими роликами или плашками; однопроходного накатывания узкими роликами с осевой подачей; однопроходного обкатывания обкаточным резцом.

Процесс получения резьб часто разделяется на черновые и чистовыe переходы или операции. При черновом нарезании с большими сечениями среза происходит интенсивный нагрев заготовки. Поэтому целесообразно производить чистовое нарезание с меньшими сечениями среза для обеспечения точного шага и профиля резьбы. Особенно важно разделять нарезание на черновое и чистовое при работке длинных резьб (например, ходовых винтов). Нарезание резьбы многониточным инструментом за один или два прохода во всех случаях должно приводить к повышению производительности сравнению с нарезанием однониточным инструментом за несколько проходов. Однако этот вывод справедлив только при одинаковыx скоростях резания.

Высокопроизводительное многопроходное нарезание резьбы осуществляется однониточными твердосплавными резцами, так как при нарезании твердосплавными резцами можно использовать высокие скорости резания (до 120—150 м/мин по сравнению с 5—8 мин при нарезании быстрорежущими гребенками).

Способ изготовления резьбы выбирают в зависимости от параметров, точности, допустимой шероховатости поверхности (табл. 2.1), материала, конфигурации детали и требуемой производительности.

Таблица 2.1

Точность резьбы в зависимости от способа резьбообразовании

Способ резьбообразования	Резьбообразующий инструмент		Резьба
	Вид	Состояние профиля резьбы	Квалитет	Ra, мкм
1	2	3	4	5
Нарезание	Резец Плашка Фреза Резьбонарезная головка То же Метчик » Абразив	Шлифованный Нешлифованный » Шлифованный Нешлифованный Шлифованный Нешлифованный Шлифованный -	6Н, 6g 7g 7g 6g 7g 6g 7H 6Н 5Н 5g	1,25 2,5 2,5 1,25 2,5 1,25 2,5 2,5 1,25 1,25

Продолжение табл. 2.1

1	2	3	4	5
Накатыва- ине нешлифованной заготовки	Плашка и ролик	Нешлифованный Шлифованный	6g 6g	2,5 1,25
Накатыва- ние шлифованной заготовки	То же	Нешлифованный Шлифованный	6g 5g	2,5 1,25

Интервалы шагов резьб, рекомендуемые из соображения технологичности, приведены в табл. 2.2. Для унификации следует принять для каждого диаметра только один шаг резьбы Р_у.

Таблица 2.2

Сортамент метрических резьб

Размеры в мм

Диаметр	Шаг наибольший Рmax	Шаг наименьший Рmin	Шаг унифицированный Ру
3	0,60	-	0,50
4	0,70	-	0,70
5	0,80	-	0,80
6	1,00	0,75	1,00
8	1,25	1,00	1,25
10	1,50
12	1,75		1,50
14-16	2,00
18-22	2,50		2,00
24-200	3,00	1,50

Нарезание резьбы резцами Резьбу нарезают однониточными или многониточными резцами (гребенками) с открытым (рис. 1) или замкнутым (рис. 2) профилями при двух относительных движениях инструмента и заготовки; вращательном вокруг ее оси и продольном вдоль оси.

Однониточными резцами нарезают резьбу по многопроходной («челночной») профильной схеме с радиальной (рис. 2.1, а) и радиально-осевой (рис. 2.1, б) подачами или по генераторной схеме (рис. 2.1, в).

При шаге Р > 3 мм применяют черновые проходы резцами, профиль , которых совпадает (рис. 2.1, г – д) или отличается (рис. 2.1, е – в) от чистовых. Черновые резцы работают по генераторной (рис. 2.1, г) и профильной схемам с радиально-осевой (рис. 2.1, д – ж) или радиальной (рис. 2.1, е, в) подачами. Для черновых проходов S = 0,4  0,7 мм, S_о = 0,1  0,15 мм; для чистовых – S = 0,25  0,4 мм, S_о ⁼ 0. Обработка вязких, жаропрочных и коррозионно-стойких сталей рекомендуется по схемам (рис. 2.1, г, д, ж).

Рис. 2.1. Схема нарезания резьбы:

S- радиальная подача; Р – осевое перемещение резца;

S_о – осевая подача

Однониточными резцами с замкнутым профилем нарезают резьбу на заготовках до окончательного обтачивания наружного диаметра d (рис. 2.2) с числом ходов п = (5  6) Р.

Рис. 2.2. Резьбовой резец с замкнутым профилем

Резьбовые резцы бывают призматические (пластинчатые, стержневые, с механическим креплением твердосплавных пластинок) и дисковые. Дисковые резцы диаметром D ≤ 25 мм монолитные, диаметром D > 25 мм – сборные. Для нарезания сквозных (трапециидальных и модульных) резьб применяют наборы из чернового и чистового резцов, установленных на различную глубину.

Гребенки – многониточные призматические и дисковые, снабженные заборным конусом (рис. 2.3), предназначены для нарезания резьбы за один проход при толщине среза а' > 0,1 ÷ 0,4 мм и за несколько проходов при а' > 0,4 мм, а' = Рsin. Обычно  = 10÷20 °, а длина заборной части F = (2 ÷ 4)Р. При числе полных ниток гребенки п > I ( возможно непрерывно нарезание I-заходных резьб без последовательного деления. Заборная часть по (рис. 2.3, а) наиболее проста в изготовлении; заборная часть (рис. 2.3, б – в) обеспечивает меньшую шероховатость поверхности резьбы. Наличие угла  (рис. 2.3, б- в) создает толщину бокового среза .

Дисковые гребенки изготовляют с кольцевыми или винтовыми нитками. Направление винтовых ниток гребенки противоположно направлению ниток наружной резьбы и совпадает с направлением ниток для внутренней резьбы.

Совпадение угла подъема винтовой линии гребенок  и угла подъема винтовой линии нарезаемой резьбы  с точностью ±0,2 достигается подбором диаметра гребенки и числа заходов резьбы.

Рис. 2.3. Гребенки многониточные

Фрезерование резьбы. Резьба фрезеруется дисковыми и гребенчатыми резьбовыми фрезами (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Фрезерование

а – наружной резьбы дисковой фрезой;

б – наружной резьбы гребенчатой фрезой;

в - внутренней резьбы гребенчатой фрезой

Многозаходные резьбы фрезеруют дисковыми фрезами последовательно, путем деления и гребенчатыми фрезами – непрерывно. Осевая подача за один оборот заготовки равна величине хода (шаг, умноженный на число заходов).

Вихревое фрезерование наружной резьбы цельными или сборными фрезами – головками, оснащенными твердым сплавом, производится по методу внешнего (рис. 2.5, а) или внутреннего касания (рис. 2.5, б), а внутренней резьбы – однорезцовой головкой (рис. 2.5, в) или многозубой фрезой.

Рис. 2.5. Вихревое фрезерование:

а – по методу внутреннего касания; б – по методу внешнего касания; в – внутренней резьбы

Гребенчатые резьбовые фрезы обеспечивают производительность и плавность фрезерования с увеличением их диаметра D. При D ≤ 40 мм фрезы хвостовые, при D  40 мм – насадные (монолитные, биметаллические или сборные со вставными рейками).

Предпочтительно фрезеровать резьбу с осевой подачей от фрезы (рис. 2.4, б – в) навстречу круговой подаче заготовки. Дисковые резьбовые фрезы изготавливают с острозаточенными переменно срезанными (раскошенными) зубьями. Для контроля профиля фрезы снабжают одним полным зубом. Наружный диаметр дисковых фрез 60 – 115 мм, толщина (в зависимости от шага резьбы) 8 – 18 мм.

Нарезание резьбы плашками. ГОСТ 9740-71 предусматривает круглые плашки для на резания метрической резьбы диаметром от 1 до 76 мм и трубной резьбы по ГОСТ 6357 – 73 от 1/8 до 1 ½″. Угол заборного конуса φ = 30 ° для диаметра резьбы d ≤ 2,5 мм, φ = 25 ° при и d > 2,5 мм и крупном шаге, φ = 20 ° при d > 2,5 мм и мелком шаге, а также для трубной резьбы. Централизованно круглые плашки изготовляют с передним углом  = 30 ± 10 ° - для и d ≤ 6 мм;  = 25 ± 10 °- для d > 6 мм и трубной резьбы. Задний угол  = 4 ÷ 8 °.

Резьбу, на плашках нарезают до термообработки плашечными и маточными метчиками или шлифуют после термообработки.

Допуски на резьбу плашек по ГОСТ 17597-72 предусматривают возможность нарезания метрических резьб степеней точности 6h, 6g, 6e, 6d, 8h, 6h, 8h по ГОСТ 16093-70.

Плашки круглые для конической резьбы по ГОСТ 6111-52 и 6211-69 регламентированы ГОСТ 6228-71 и имеют, угол  = 28 °.

Нарезание резьбы метчиками. Ручные метчики бывают одно-, двух- и трехкомплектные. Номер метчика в комплекте обозначают количеством круговых рисок на хвостовике.

Машинные метчики. Для лучшего отвода стружки и для прерывистых отверстий применяют метчики с винтовыми канавками (ГОСТ 17933-72): левые для сквозных отверстий, правые для глухих отверстий с правой резьбой (для левых резьб – направление канавок противоположное). Угол наклона канавок  = 10 ° для сквозных отверстий. Для глухих отверстий d = 3  6 мм,  = 10 °, d > 6,  = 30 °

При нарезании резьбы d ≤ 10 мм в листовой стали и силумине, а также в отверстиях с косым выходом применяют метчики с укороченными канавками (ГОСТ 17930-72) l_к = 8Р (рис. 2.6). Направление канавок такое же, как у метчиков с винтовыми канавками,  = 10  15 . Сердцевина метчика утолщается в направлении хвостовика с уклоном 5 – 8 . Число канавок z = 2  3.

Рис. 2.6. Метчик с укороченными канавками

Гаечные метчики служат для нарезания сквозных резьб без реверсирования путем нанизывания нарезных гаек на прямой или изогнутый хвостовик инструмента.

Гаечные метчики с прямым хвостовиком по ГОСТ 1604-71 снабжают лысками для быстросменного крепления, квадратом или лапками. У стандартных метчиков длина заборной части l₁ =12Р, длина рабочей части l = 20Р.

Гаечные метчики с изогнутыми хвостовиками по ГОСТ 6961-71 на гайкорезных автоматах нарезают гайки непрерывным циклом.

Конические метчики по ГОСТ-71 являются машинными. У конических метчиков участвует в рабрте заборная часть и все витки профиля с малой толщиной среза.

Маточные метчики служат для колибрирования резьбы круглых плашек после сверления стружечных отверстий. Заборная часть маточных метчиков коническая по всему профилю с уклоном 012; калибрующая часть цилиндрическая.

Для нарезания резьбы в плашках за оддин проход после сверления стружечных отверстий служат плашечно-маточные метчики. Число перьев метчика на 1 – 2 больше или меньше числа стружечных отверстий в плашке.

Комбинированные метчики (рис. 2.7) служат для выполнения нескольких переходов обработки. Сверление отверстия и нарезание резьбы в сквозных отверстиях без принудительной подачи возможно, если метчик вступает в работу после выхода вершины сверла из отверстия.

Рис. 2.7 Метчик-сверло

Нарезание резьбы в коррозионно-стойких и жаропрочных сталях производят специальными (ГОСТ 17927-72) с вырезанными в шахматном порядке нитками на всей длине рабочей части у метчиков для сквозных отверстий и только на калибрующей части – у метчиков для глухих отверстий.

У метчиков для глухих отверстий подтачивают стружечные канавки под углом 4 на длине l  (4  5)P.

При нарезании резьб в глухих отверстиях комплектом из двух метчиков рекомендуется угол заборного конуса  = 13 30, для обоих метчиков. Наружний диаметр чернового метчика d равен среднему диаметру чистового метчика d₂, а средний диаметр – на 0,16Р меньше среднего диаметра нарезаемой резьбы d₂.

Нарезание резьбы головками. Резьбонарезание головки с убирающимися в конце рабочего хода гребенками не требуют реверсирования при обратном ходе. Существуют вращающиеся и невращающиеся головки.

Для наружной резьбы применяют винторезные головки с радиальным и тангенциальным расположением гребенок. В первом случае гребенки дисковые или призматические, во втором – только призматические.

Для внутренней резьбы применяют гайконарезные головки с призматическими или дисковыми гребенками.

Шлифование резьбы. Однониточным кругом шлифуют цилиндрическую резьбу с поперечной и осевой подачами Р (мм/об) заготовки. Ось круга наклоняют под углом подъема резьбы  (рис. 2.8, а)

Многониточным кругом с кольцевыми нитками шлифуют короткие резьбы (рис. 2.8, б) с поперечной подачей (врезанием), а длинные резьбы – с осевой подачей (рис. 2.8, в). Оси круга и заготовки параллельны, что приводит к разбиванию профиля; перекрещивание осей создает погрешности формы и профиля резьбы.

Многониточные круги не применяются при шлифовании точных резьб с большим углом подъема нитки. Ширина многониточного круга на 3 – 4 шага больше длины нарезаемой резьбы.

При шлифовании коротких резьб (рис. 2.8, б) сначала производят поперечную подачу до врезания на полную глубину профиля, а затем – осевую по шагу.

Шлифование длинных и многозаходных резьб многониточным кругом с осевой подачей (рис. 2.8, в) отличается высокой производительностью.

Рис. 2.8. Способы шлифования резьбы:

а- однониточным кругом; б – многониточным кругом – врезанием; в – многониточным кругом с осевой подачей

Размеры заготовок под резьбу. Диаметры отверстий под резьбу должны обеспечить после нарезания внутренний диаметр резьбы в пределах допусков, предусмотренных стандартом.

Таблица 2.3

_{Значение коэффициента К}с

Шаг резьбы Р, мм	Резьба по ГОСТ 9160-59			Резьба с натягом по ГОСТ 4608-65
	Обрабатываемый материал
	сталь, чугун, бронза, алюминий		особо вязкая сталь, титан и его сплавы
	Глубина нарезки :
	До 12Р	Более 12Р
До 2 Более 2	1 1,03	0,9 0,93	0,9	0,95

Для метрической резьбы d_c = d – K_c – P,

где d_c – диаметр сверла; d – номинальный диаметр резьбы; K_c - коэффициент (табл. 2.3).