Многие детали машин, строительных конструкций и бытовых приборов скрепляют между собой при помощи резьбовых соединений. В резьбовых соединениях применяют болты, шпильки и винты.
Болт - цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с резьбой на другом.
Шпилька - цилиндрический стержень с резьбой на обоих концах. Один конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а на другой конец устанавливают скрепляемую деталь и навинчивают гайку.
Винт — цилиндрический стержень с резьбой для ввинчивания в одну из соединяемых деталей и головкой различных форм.
Под резьбой понимают винтовые канавки и гребешки (витки), образованные на стержне или в отверстии. Стержень с резьбой условно называют винтом, а деталь с резьбой в отверстии - гайкой.
Если гайку надеть на винт с одинаковой резьбой и вращать ее вокруг оси винта, то гайка будет перемещаться вдоль винта. При ограничении продольного перемещения гайки в продольном направлении будет двигаться винт относительно гайки. Это техническое явление используют для соединения деталей между собой, например, обычного болта с гайкой.
Другое применение - для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. Наглядным примером этому могут служить слесарные тиски. В роли гайки в них выступает подвижная губка. При вращении винта она перемещается и зажимает деталь между собой и неподвижной губкой.
Различают наружную и внутреннюю резьбы. Наружная резьба - это резьба на стержне. Внутренняя — в отверстии.
В зависимости от направления винтовой линии, образующей витки, резьбу подразделяют на правую и левую. У правой резьбы, если смотреть на винт или гайку с торца, витки уходят вправо. Для того чтобы на винт с правой резьбой навернуть гайку, нужно вращать ее вправо по часовой стрелке.
Если также с торца посмотреть на винт или гайку с левой резьбой, то витки этой резьбы будут уходить влево. А навернуть гайку на винт с левой резьбой можно, вращая ее влево против часовой стрелки.
Резьба имеет множество элементов. Наиболее важные из них: профиль резьбы, шаг резьбы, наружный и внутренний диаметры. Приближенно профиль резьбы можно увидеть, если смотреть на винт сбоку, его будут отражать очертания витков резьбы. Однако для более точного представления о профиле резьбы нужно мысленно разрезать отдельный виток поперек, при этом полученные в месте разреза очертания витка покажут действительный профиль резьбы.
За шаг резьбы принимают расстояние между, вершинами двух соседних витков, измеренное вдоль оси.
Наружный диаметр резьбы - наибольший диаметр, измеренный по вершинам витков резьбы.
Внутренний диаметр - это наименьший диаметр, измеренный по впадинам витков резьбы.
В зависимости от профиля резьбы подразделяются на треугольную, трапецеидальную, прямоугольную, упорную, круглую и др. Наибольшее распространение имеет треугольная резьба. Если элементы даются в миллиметрах, то есть единицах метрической системы, то такая резьба называется метрической. В нашей стране метрическая резьба имеет наибольшее распространение.
Для нарезания наружной треугольной резьбы используют специальный резьбонарезной инструмент - плашки. Их изготавливают из твердой инструментальной стали. Плашки могут быть круглыми, призматическими, раздвижными и состоящими из полуплашек, а также резьбонакатными.
Круглая плашка выполняется в виде круглой гайки. Резьбу плашки пересекают сквозные продольные отверстия (окна). С их помощью на витках резьбы плашки образуются режущие кромки в форме клипа и канавки, обеспечивающие резание и одновременный выход стружки,
С торцевых сторон плашки имеют несколько меньшую высоту профиля резьбы. Эта часть плашки с неполной резьбой носит название заборной части. Часть плашки с полной резьбой называют калибрующей частью. Заборная часть позволяет начинать резание с неглубоких винтовых канавок, а затем переходить к нарезанию их на полную глубину калибрующей частью.
Плашкой одного определенного размера можно получить резьбу также одного размера. В процессе работы плашка изнашивается и ее внутренние размеры увеличиваются, что может привести к получению несколько увеличенной резьбы. Чтобы этого не случилось, используют разрезные плашки. Разрез на плашке позволяет несколько сжать ее и таким образом восстановить изменившийся диаметр резьбы.
Для нарезания резьбы плашкой применяют специальное при¬способление – плашкодержатель, который состоит из корпуса, ручек, стопорных винтов. Плашку вставляют в корпус плашкодержателя. При этом диаметр отверстия корпуса должен соответствовать наружному диаметру плашки. 'Закрепляют плашку стопорными винтами.
Призматические раздвижные плашки, в отличие от круглых, состоят из двух половинок, называемых полу-плашками. На каждой из них указаны размеры резьбы и цифра 1 или 2 для правильного закрепления в специальном приспособлении, называемом клуппом. Термин «клупп» в переводе с немецкого означает «щипцы». Угловые канавки (пазы) на наружных сторонах полуплашек служат для установки их в соответствующие выступы клуппа. Изготавливают призматические полуплашки также из инструментальной стали.
Кроме рассмотренных выше, используют также резьбонакатные плашки. В корпусе такой плашки установлены накатные регулируемые ролики с резьбой. Они не нарезают резьбу, а как бы выдавливают ее. Резьба получается более прочной и чистой, однако процесс накатки ее требует значительно больших усилий.
Для нарезания наружной треугольной резьбы круглой плашкой вначале определяют диаметр стержня под эту резьбу и подбирают заготовку. Выбор диаметра стержня под резьбу производят по специальным таблицам. Заготовку закрепляют в тисках так, чтобы выступающая часть стержня была на 20...25 мм больше длины нарезаемой части и установлена под прямым углом к губкам тисков. Чтобы заборная часть плашки легче врезалась в металл, на конце заготовки напильником снимают фаску. Затем готовят рабочий инструмент. Вставляют плашку в плашкодержатель. Располагают ее так, чтобы клеймо было сверху, а углубления располагались против среднего винта. В таком положении плашку закрепляют винтами. Стержень заготовки смазывают машинным маслом. На конец заготовки горизонтально накладывают плашку клеймом вниз. Нажимая ладонью правой руки на корпус плашкодержателя, левой рукой вращают его за рукоятку по часовой стрелке до полного врезания плашки. Затем берут обеими руками за рукоятки плашкодержателя и, делая один-полтора оборота по часовой стрелке и пол-оборота против часовой стрелки, полностью нарезают резьбу. Обратным вращением против часовой стрелки снимают плашкодержатель с плашкой заготовки. Простейший прием проверки правильности нарезаемой резьбы - это навернуть и снять соответствующую гайку. Если гайка движется по резьбе достаточно свободно и плотно, то резьба нарезана правильно.
Нарезание резьбы призматическими плашками с помощью клуппов производят следующими приемами. Стержень закрепляют в вертикальном положении в тисках и снимают фаску. Полуплашки вставляют в клупп и раздвигают их на размер несколько больший, чем диаметр резьбы. Затем на конец стержня надевают клупп и плотно сдвигают винтом полуплашки. Смазав стержень и полуплашки машинным маслом, клупп поворачивают по направлению резьбы на один-полтора оборота вперед и на пол-оборота назад. Сделав первый проход до конца нарезаемой части стержня, клупп обратным вращением ставят в исходное положение на конце стержня. Полуплашки снова поджимают винтом и вторично проходят резьбу. Проверяя резьбу гайкой или специальным контрольно-измерительным инструментом, повторяют проходы до получения резьбы нужного размера.
Приемы накатывания резьбы с помощью резьбонакатной плашки в принципе такие же, как и при нарезании резьбы, круглой плашкой. Подготовленный стержень также закрепляют в тисках и снимают фаску. Накладывают плашку роликами вниз на торец стержня так, чтобы заходная фаска зашла между резьбонарезными роликами без перекоса. Нажимая на плашку, поворачивают ее по часовой стрелке, нарезают резьбу на заданную длину. Обратным вращением снимают плашку со стержня. Проверка качества резьбы производится так же, как и при нарезании резьбы, другими способами.
При выборе диаметра стержня под резьбу учитывают, что, когда нарезают резьбу плашкой, пластичный металл, особенно мягкая сталь, медь «тянется» и гребешки резьбы несколько выдавливаются. В результате диаметр стержня немного увеличивается и усиливается давление на резьбовую поверхность плашки. Режущие кромки нагреваются, и на них начинает налипать стружка, резьба получается рваной. Хорошее качество резьбы можно получить тогда, когда диаметр стержня будет несколько меньше наружного диаметра резьбы (на 0, 1...0 ,3 мм в зависимости от размера резьбы).
При ручной обработке металлов внутреннюю резьбу нарезают метчиком. Метчик состоит из двух основных частей: рабочей и хвостовика. Рабочая часть представляет собой винт с резьбой определенного профиля и продольными канавками и служит для непосредственного нарезания резьбы. Продольные канавки, пресекаясь с витками резьбы, образуют резьбовые гребенки с режущими кромками. Стружка при нарезании резьбы размещается в продольных канавках, поэтому их называют стружечными.
Рабочая часть, в свою очередь, состоит из режущей (заборной) и (направляющей) частей.
Режущая часть выполняет основную работу по нарезанию резьбы. Нарезание осуществляется режущими кромками резьбовых гребенок, высота зубьев которых постепенно увеличивается. По мере ввинчивания метчика в отверстие режущая часть прорезает резьбовые канавки. Каждый зуб режущей части срезает небольшую часть металла, а после прохода всей режущей части образуется резьба полного профиля.
За режущей частью метчика расположена калибрующая часть, которая служит для зачистки профиля нарезанной резьбы. Хвостовиком метчик закрепляют в воротке во время работы.
Изготавливают метчики из инструментальной углеродистой, легированной или быстрорежущей стали. Ручные метчики выпускаются в комплектах, состоящих из двух штук: метчики для черновой и чистовой обработки. Могут выпускаться и комплектами из трех штук: из чернового, получистового и чистового нарезания резьбы. Черновой метчик выполняет основную работу и срезает до 60 % слоя металла, подлежащего снятию. Получистовой метчик срезает до 30 % слоя металла. Чистовой метчик придает резьбе окончательную форму и размеры и срезает остальные 10 % слоя металла. Внешне метчики одного комплекта отличаются размерами режущих частей. У чернового метчика она самая большая, у получистового – меньше.
У чистового - еще меньше. В комплектах метчики маркируются следующим образом: у чернового метчика на хвостовике одна риска, у получистового - две, у чистового - три.
Воротки для закрепления ручных метчиков во время работы могут иметь разное устройство. Часто применяются нерегулируемые воротки обычно с тремя квадратными окнами разных размеров под различные квадраты хвостовиков метчиков. Применяются и более универсальные воротки с регулируемыми отверстиями.
При нарезании внутренней резьбы метчиком вначале готовят отверстия под нее. Сверло берут несколько большего диаметра, чем внутренний диаметр требуемой резьбы: если эти диаметры будут равны, то металл, выдавливаемый при нарезании, будет сильно нажимать на режущие кромки метчика. В результате кромки нагреются и к ним будут прилипать частицы металла; резьба получится с рваными гребешками. По этой причине возможна даже поломка инструмента.
Вместе с тем нельзя делать отверстия под резьбу диаметром значительно большим, чем размер внутреннего диаметра резьбы, - резьба получится неполного профиля. Диаметр отверстия под резьбу определяют по специальным таблицам.
Полученное отверстие под резьбу зенкуют конической зенковкой 90°, чтобы получить фаску в верхней части отверстия для лучшего входа метчика при нарезании резьбы.
Рабочую часть первого (чернового) метчика смазывают машинным маслом и вставляют его заборной частью в отверстие так, чтобы ось метчика совпала с осью отверстия, затем на хвостовик метчика надевают вороток. Левой рукой вороток прижимают к метчику, а правой рукой вращают по направлению резьбы до тех пор, пока метчик не врежется на несколько витков и не займет устойчивое положение. В это время можно проверить установку метчика угольником.
После этого вороток берут за рукоятки обеими руками и вращают с перехватом рук каждые пол-оборота. Для облегчения работы и получения чистой резьбы вороток вращают вначале на один-полтора оборота вперед, затем на пол-оборота назад и т. д.
Благодаря такому возвратно-вращательному движению метчика стружка ломается, делается короткой, а процесс резания значительно облегчается.
Нарезав полностью резьбу, вращением воротка в обратную сторону метчик вывертывают из отверстия. Такими же приемами нарезают резьбу вторым (чистовым) метчиком.
Если комплект метчиков состоит из трех штук, то сначала нарезают резьбу первым, затем вторым и окончательно третьим (чистовым) метчиком.
Нарезая резьбу в мягких и вязких металлах (медь, алюминий, латунь и др.), метчик периодически вывертывают из отверстия и очищают его канавки от стружки. Есть некоторые особенности нарезания резьбы в глухих (несквозных) отверстиях. Глубина такого отверстия должна быть несколько больше длины нарезаемой части. Нужно рассчитать, чтобы при нарезании резьбы рабочая часть метчика могла немного выйти за пределы нарезаемой части. Если такого запаса в отверстии не будет, то резьба получится неполной. Правильность нарезания резьбы можно проверить соответствующим винтом.
Хотя развитие современных технологии в машиностроении сделало возможным замену множества металлических деталей более практичными твердотельными пластиками и композитами, потребность в стальных элементах по-прежнему сохраняется. Остаются актуальными и технологии обработки металлов, но и в этой сфере появляются новые методы и средства. Так, накатка резьбы, заменившая традиционную резку, позволила оптимизировать производственный процесс изготовления деталей и повысить качество винтового соединения в принципе.
Технология относится к разновидностям поперечной накатки, но в данном случае упор делается на использование роликов применительно к цилиндрическим заготовкам. Метод также ориентируется на принципы выдавливания винтового профиля, что позволяет мягче формировать резьбу, придерживаясь технического задания до мельчайших размерных показателей. К особенностям же процесса накатки резьбы можно отнести следующее:
- Отсутствие разрушения внутренней структуры металлической заготовки. Это относится также к коррозийностойким, жаропрочным и специальным видам сталей. Именно мягкое деформационное воздействие исключает нежелательные процессы избыточного давления на металл.
- Происходит упрочнение наружных слоев заготовки, а также увеличивается нагрузочная способность элемента.
К этим преимуществам стоит добавить и характеристики самого винтового профиля. Вследствие скольжения накатки рельефная поверхность обретает оптимальные показатели твердости и шероховатости с микроструктурой, благоприятной для контакта с текстурой прилегающих поверхностей.
Накатка двухроликовыми станками
В реализации данного способа применяются резьбонакатные станки-полуавтоматы, позволяющие выполнять с высокой точностью метрические, трапецеидальные и другие винтовые профили. Также выполняются сложные рифления на ходовых деталях и мелкомодульных косозубых колесах. Сам процесс формирования резьбы производится путем обкатывания профиля, который наносится предварительно. Это своего рода накатка насечек на резьбе, образующаяся за счет принудительного вращения роликов. В процессе движения станок выполняет и радиальное перемещение функциональных элементов с помощью приложения усилия от гидравлического привода. В свою очередь, цилиндрическая заготовка находится между роликами на опорной части или в патроне захватывающего устройства. Она вращается под влиянием силы трения, которая формируется при контакте роликов с поверхностью детали и нарастает по мере внедрения деформирующего профиля.
Характеристики роликовых сегментов
Сами ролики для накатывания являются лишь составной частью универсальной машины, однако по принципу своего действия могут выступать и самостоятельными резчиками. В любом случае важно учитывать два основных параметра при выборе данного сегмента – предел прочности и диаметр профиля. Что касается прочностных показателей, то накатка резьбы роликами способна выдерживать до 1400 МПа, поддерживая точность до 0,1 мм. Недостатком же этого способа как раз является ограничение по толщине цилиндра. Например, диапазон по диаметрам обрабатываемых деталей стандартного формата варьируется от 1,5 до 15 мм в среднем. Шаг резьбы при этом будет составлять до 2 мм, а длина – порядка 80 мм. В то же время технология получается довольно затратной с учетом сложности изготовления роликов и автоматов, обслуживающих рабочую инфраструктуру.