Конструкции метчиков

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ГАЕЧНЫЕ МЕТЧИКИ

Существующие отечественные гайконарезные двухшпиндсльныс автоматы моделей 2062, 2063 и 2064 для нарезания резьб М6—МЗО обеспечивают наибольшую скорость резания 25—35 м/мин. При этом на заводах практически работают при скоростях резания υ =10—15 м/мин, что связано как с неоптимальностью конструкции применяемых гаечных метчиков (ГОСТ 6951—71), так и с плохой обрабатываемостью углеродистых сталей марок Ст. 0,8; 10; 20 и других, из которых холодной высадкой изготовляют гайки.

Для новой гаммы автоматов обеспечивающих скорость резания до 40—100 м/мин ВНИИ разработаны высокопроизводительные гаечные метчики с увеличенными длиной заборной части и числом канавок.

На основании работы [1] можно установить, что изменение толщины срезаемого слоя а обратно пропорционально влияет на скорость резания, а количество канавок z на инструменте влияет на скорость резания и производительность в степени 0,55 (для диапазона скоростей резания от 20 до 35 м./мин и толщин срезаемого слоя 0,03—0,10мм).

С некоторой степенью приближения эта закономерность может быть распространена на область больших скоростей (до 80 м/мин) и меньших толщин срезаемого слоя (до 0,01 мм).

Поскольку увеличение количества канавок связано с уменьшением пространства для размещения стружки, при установлении количества и параметров канавок необходимо учитывать коэффициент помещаемости стружки Кс.

Согласно исследованиям [10], коэффициент Кс равен отношению площади стружечной канавки F_к средней части заборного конуса (в сечении, перпендикулярном к оси метчика) к площади сечения стружки Fс, образованной в той же плоскости одним зубом за один проход, и может быть определен по формуле

где d_ср — средний диаметр метчика, мм;

l₀ —глубина резьбового отверстия, мм;

φ — угол уклона заборной части, град.

Нормальные условия для размещения и отвода стружки создаются при К _с≥0,5; при К _с<0,5 происходит резкий рост крутящего момента, возможны брикетирование стружки в канавках метчика и его поломка.

Отличительные основные конструктивные особенности метчиков новой конструкции от конструктивных особенностей метчиков по ГОСТ 6951—71 следующие: заборная часть удлинена (для метчиков М8—М27 до 24Р); количество канавок увеличено до 4—6 (метчики М8—М27); ширина пера F _П=0,2÷0,25 d (d— номинальный диаметр резьбы, мм) при диаметре сердцевины d _с ≥ 0,5 d; рабочая часть напайная (метчики М6 и больших размеров), что создает определенные технологические и эксплуатационные преимущества (табл. 1 и рис, 1). Длина калибрующей части метчиков l _к=8Р (соответствует ГОСТ 6951—71).

Конструкция метчиков обеспечивает работу с толщиной срезаемого слоя 0,008—0,015 мм, т. е. в несколько раз меньшей, чем при работе стандартными метчиками, что позволяет существенно, увеличить производительность.

На автоматах новой гаммы гарантируется высокое качество нарезаемой резьбы за счет подающих спиральных роликов, обеспечивающих перемещение гайки в начальный момент нарезания с подачей, равной шагу резьбы- Процесс нарезания гаек идет непрерывно, поэтому производительность пропорциональна только скорости резания и не зависит от длины рабочей части метчика. При работе со скоростями резания 40—80 м/мин обеспечивается достаточная

стойкость метчиков.

При стойкостных испытаниях метчиковМ8Х1.25 (а≈0,008 мм) при нарезании резьбы в гайках из стали марки Ст. 10 средняя стойкость метчиков 32 000 деталей (υ =40 м/мин) и 20 000 деталей (υ = 60 м/мин).

Рис. 1. Метчики Мб—М27 новой конструкции с изогнутым хвостовиком

Таблица 1

МЕТЧИКИ ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ТОЧНЫХ РЕЗЬБ

В настоящее время во всех отраслях промышленности все более широкого применяют резьбы с полем допуска 4Н5Н, класа Ао и прецизионные с полем допуска по среднему диаметру примерно 0,05мм.

Высокопроизводительное однопроходноенарезание внутренних резьб с гарантированным получением указанной точности представляетсобой сложную технологическую задачу, таккак стандартнымиметчиками может быть получена резьба различных степеней точности и основных отклонений в зависимости от методов их эксплуатации. Это объясняется особенностью работы метчиков, заключающейся в том, что зубья их рабочей части в процессе нарезания резьбы наиболее распространенным методом — «самозатягивания»— выполняют две функции —осуществляют процесс резания и обеспечивают заданный параметр винтового движения путем контакта кромок с образующими витками резьбы.

В соответствии с отмеченными функциями на зубьях метчика могут быть выделены режущие и ведущие кромки с геометрией, присущей режущим элементам метчика, а не ведущим. Наличие контакта острой ведущей кромки с поверхностью резьбы делает ориентацию метчика ненадежной, и при действии сил ведущие кромкиначинают срезать с боковых поверхностей резьбы тонкие стружки, что возможно как ведущими кромками заборного конуса, так и ведущими кромками зубьев калибрующей части за счет скручивания [2]. '

Один из путей решения вопроса по нарезанию точных резьб— снижение режущей способности ведущих опорных кромок, что может быть обеспечено оптимальной геометрией зубьев метчика, в частности бочкообразной формой.

В промышленных конструкциях метчиков нескольких типов применяют ведущие зубья бочкообразной формы.Так, для обработки точных резьб размерами М5—М27 изготовляют четыре модификации метчиков [З].

У метчиков первой модификации заборная часть и одна-две калибрующие нитки выполняются, как у обычного, затылованного по профилю метчика. Бочкообразность зубьев ведущей части обеспечивается при шлифовании профиля резьбы путем затылования по схеме спад—подъем—спад. Величина спада при двойномзагыловании, измеряемая на ширине пера, составляет 0,04 — 0,07 мм на диаметр. Средний диаметр бочкообразных зубьев на0,01— 0,03 мм ниже среднего диаметра режущей части. Метчики при соответствующей наладке операции стабильно обеспечивают нарезание резьбы с полем допуска 4Н. Точность обеспечивается с третьей нитки.

У метчика второй модификации режущая и ведущаячасти имеют одинаковый средний диаметр по профилю.Число переточек метчика при обработке материалов, склонных к налипанию,—одна-две; для прочих материалов стойкость соответствует стойкости обычных метчиков. Обеспечиваемая точность—класс А ₀ (поГОСТ 4608—65) с третьей нитки.

У метчиков третьей модификации ведущая часть имеет средний диаметр на 0,01—0,03 мм выше, чем режущая, и являетсяфактически ведуще-раскатывающей. Метчики рекомендуется применять при обработке пластичных сталей и цветных сплавов, чтообеспечивает меньшую шероховатость поверхности и степень точности 4Н с первой нитки.

Метчик четвертой модификации— режуще-раскатывающий. Все зубья метчика,начиная с первого, выполненыбочкообразными. Метчики рекомендуются для обработки материалов, не склонных к налипанию, и для обработки коротких отверстий (две-пять ниток). Величина спада при двойном затыловании, измеренная на ширине пера, составляет 0,02—0,03 мм на диаметр; обеспечивает точность класса Ао с первой нитки.

Метчик с ведущими перьями [4] предназначен для нарезания точных резьб М22 — М100. Минимальное число перьев метчика— четыре, рациональное — шесть, восемь и более. Режущие перья метчика выполнены аналогично стандартным конструкциям. Ведущие перья чередуются с режу-

щими и имеют бочкообразные зубья. В процессе нарезания резьбы режущие»и бочкообразные зубья входят последовательно в профиль обрабатываемой резьбы, в результате обеспечивается очень надежная ориентация метчика.На заборном конусе наружный диаметр ведущих зубьев выполняется ниже наружного диаметра режущих зубьев на величину несколько большую, чем толщина среза, для того чтобы исключить резание ведущими зубьями (рис. 2). Значение величин затылования К, К₁ и К₂ назначают, как для обычных бочкообразных метчиков.

Рис. 2. Метчик с ведущими перьями, снабженными бочкообразными зубьями: а— зубья № I, 3, 5, затылованные по профилю: б—зубья № 2, 4, 6 с двусторонним затылованием

Метчики изготовляют трех модификаций:

первая—ведущие зубья по среднему диаметру ниже режущих на 0,01—0,03 мм;

вторая — режущие и ведущие зубья имеют одинаковый средний диаметр;

третья — метчик режуще-раскатывающий. Средний диаметр ведущих зубьев на0,01—0,03 мм выше, чем средний диаметр режущих.

Метчики с ведущими перьями обеспечивают нарезание резьб с полем допуска 4Н и класса Ао в отверстиях любой длины, в том числе имеющих три-четыре витка. Точность обеспечивается с первой нитки, Методика изготовления таких метчиков подробно изложена в работе [5]. Для изготовления метчиков с бочкообразными зубьями и с ведущими перьями могут использоваться любые резьбошлифовальные станки моделей РШ586, 5821, 5822 и других с небольшой модернизацией.

Рассмотренные конструкции метчиков не всегда обеспечивают гарантированное получение точных резьб в деталях с отверстиями различного конструктивного исполнения и, кроме того, технологически сложны в изготовлении.

Так, применение метчика с бочкообразными ведущимизубьями на калибрующей части (3] при нарезании резьб в коротких отверстиях типа гаек или колец не позволяет получать точные резьбы.

Этого недостатка лишен метчик с бочкообразными ведущими перьями [4], но по технологическим причинам изготовить такую конструкцию диаметром менее 22 мм затруднительно. Кроме того, поскольку только половина зубьев является режущими, то нагрузка, приходящаяся на один зуб, оказывается вдвое больше, чем нагрузка, приходящаяся на один зуб обычного метчика, что в свою очередь снижает стойкость метчиков.

Рис. 3. Конструкция метчика с режуще-ведущими зубьями

Метчик с режуще-ведущими зубьями [6] имеет все зубья рейущие и одновременно ведущие по части профиля. Однако технология изготовления таких метчиков отличается значительной трудоемкостью и требует высокой квалификации для выполнения резьбошлифовальных работ.

В Челябинском политехническом институте разработаны конструкция и технология изготовления метчиков с режуще-ведущими зубьями, свободных от недостатков выше рассмотренных конструкций [7]. Режущие участки, измеренные по нормали к линии заборного конуса, на всех зубьях имеют одинаковую величину, равную С (рис. 3). Ведущие участки представляют собой области, прилегающие к линии перегиба боковых поверхностей, образованных при изготовлении резьбы основного профиля с углом α, и резьбы с углом профиля β. Они выполнены наклонно, начиная от передней грани, вдоль боковой поверхности зубьев. Ведущий участок вступает в работу одновременно с режущим, так как начинается сразу от передней поверхности.

На участке l з (см. рис. 3) зубья метчика затылованы на величину К по наружному диаметру заборной части и на величину К₁ по профилю. Кроме того, все зубья заборного конуса метчика имеют встречное затылование по профилю на величину К_З, выполненное шлифовальным кругом с углом профиля β, меньшим угла профиля резьбы α. Таким образом, под режущими участками каждого зуба заборного конуса выполнены ведущие участки. Величины высот режущих участков аb и cd одинаковы и равны 1,5— 2,0 а (где а —толщина срезаемого слоя). Тонкой наклонной линией 1 на участке l_З показана линия впадин резьбы с углом профиля β, наносимая при образовании ведущих участков. Точка перехода направлений затылования на величину Кз располагается на расстоянии 2/3 F _П от передней грани (F _П —ширина пера), что сделано для увеличения количества переточек.

Рис. 4. Схема шлифования ведущих участков при линейном смещении

На участке l ₂ изготовляют два-три калибрующих витка. На участке l ₃ выполняют бочкообразные ведущие зубья аналогично метчику с ведущими зубьями [З].

Однако у описанного метчика это не обязательно и используется при условии действия на него значительных нескомпенсированных сил резания или внешних сил. В частности, наличие бочкообразных зубьев необходимо при нарезании точнойрезьбы в отверстии, имеющем выход на криволинейную поверхность.

Предлагается следующая технология изготовления таких метчиков. Ведущие части образуются шлифовальным кругом с углом профиля β, меньшим угла профиля резьбы метчика α.

Для получения приблизительно равных по величине высот режущих кромок на различных зубьях вершина шлифовального круга движется по копиру с углом φ_С, вершина которого направлена всторону от хвостовика к заборному конусу метчика, причем профиль шлифовального круга смещают относительно профиля резьбы метчика. Смещение профилей может быть линейным и угловым.

Для случая линейного смещения (рис. 4) установлены следующие зависимости для определениязначения угла φ_Си осевого смещения круга Δ Р _ОС действительные при β/2=25° и φ=10÷20°:

Рассмотренная конструкция метчика обеспечивает надежную ориентацию метчика в резьбовом отверстии, так как каждый зуб является ведущим. При нарезании резьб в отверстиях, имеющих наклон входного или выходного торцов, ступенчатость или прерывистость, метчик не теряет контакта ведущих элементов зубьев с нарезаемой резьбой, причем этот контакт имеется уже с момента ввинчивания в отверстие первого витка заборного конуса, что позволяет нарезать резьбу с полем допуска 4Н5Н в отверстиях любой длины с первой нитки в один проход. Поскольку все зубья являются одновременно режущими, то такими метчиками могут нарезаться резьбы без снижения стойкости метчиков по сравнению с обычными. Метчики с режуще-ведущими зубьями могут быть изготовлены, начиная с типоразмера Мб.