6.10.4. Стойкость режущего инструмента и силы резания при резьбонарезании

При нарезании наружной метрической резьбы резцами из быстро­режущей стали зависимости между Т, v, S_t выражаются эмпириче­ской формулой (м/мин)

(6.181)

где C_v — постоянный коэффициент; Р— шаг резьбы; T—период стойкости (для резцов из стали Р18 Г = 60 мин); S_t, — подача вдоль стороны профиля на один проход; K_v — поправочный коэффициент на скорость резания.

Расчет мощности (кВт), необходимой на резание, производится по формуле

(6.182)

где C_N — постоянный коэффициент; d — наружный диаметр резьбы; K_N - поправочный коэффициент на мощность.

Основное технологическое время определяется так:

(6.183)

где l — длина резьбы; l₁ = (5...8)Р — перебег резца в начале и в конце прохода; п — частота вращения в минуту детали при рабочем ходе;

254

n₁ — частота вращения в минуту детали при обратном ходе; i— число проходов.

При резьбофрезеровании дисковыми фрезами скорость резания (м/мин) вычисляют по формуле

(6.184)

где п — частота вращения фрезы в минуту.

При резьбофрезеровании гребенчатыми фрезами скорость резания вычисляют по формуле

(6.185)

где D — диаметр фрезы; S_z — круговая подача на один зуб фрезы. Основное время при этом рассчитывают по формуле

(6.186)

где S_M — минутная круговая подача фрезы.

При нарезания резьбы четырехрезцовой головкой основное время

(6.187)

где S_z — подача на один резец; п_р — частота вращения резцовой го­ловки в минуту; Z— число резцов.

6.10.5. Нарезание резьбы метчиками

Рабочая часть и геометрические параметры метчиков

Рабочая часть метчика (рис. 6.110) состоит из режущей или забор­ной части 1, калибрующей части 2. Хвостовик 3 может быть прямым, как у машинно-ручного метчика, показанного на рис. 6.110, так и изогнутым.

Режущая часть метчика является одним из главных конструктив­ных элементов, которая выполняет основную работу резания — уда­ляет почти весь припуск в процессе формообразования резьбы. Она характеризуется длиной l₁ и углом φ (рис. 6.110 и 6.111). Длина режу-

255

Рис. 6.110. Машинно-ручной метчик

(6.189)

Число N режущих лезвий определяется числом витков Ж забор­ной части и числом z перьев метчика:

(6.190)

Соответственно,

(6.191)

Рис. 6.111. Режущая часть метчика

щей (заборной) части складывается из величины т вхождения метчи­ка в отверстие и величины l_э эффективного участка, формирующего резьбу. Длина режущей части и угол заборного конуса зависят от тол­щины стружки а₁, глубины профиля резьбы h и шага p резьбы. Опре­деляют их так.

Толщина стружки, снимаемая лезвием и измеряемая в радиаль­ном направлении,

Ввиду небольшой величины угла φ принимают а « а\. Величина а одинакова для каждого лезвия и зависит от глубины h профиля резь­бы и от числа N режущих лезвий, участвующих в работе:

256

(6.192)

Решая совместно уравнения (6.189) и (6.192), получают

(6.193)

где а = a/p коэффициент, зависящий от конструкции и размеров мет-чиков; в частности, для трехканавочных чистовых метчиков диамет­ром до 17 мм ст = 0,024, для четырехканавочных диаметрами от 17 до 52 мм0 = 0,018.

Угол заборного конуса вычисляют по формуле

(6.194)

Практически длина режущей части определяется числом шагов резьбы на ней. Так, у двухкомплектных метчиков диаметрами 4...52 мм длина режущей части чистового метчика l₁ = 2Р, чернового — l₁ = Р; у трехкомплектных метчиков длина режущей части получистового (среднего) метчика l₁= 4Р, а чистового и чернового — такие же, как и у двухкомплектных. Угол заборного конуса, соответственно, может принимать значения от 5°30' до 18°.

Для создания лучших условий направления метчика в начальный момент работы диаметр d₁ переднего торца метчика принимают на 0,1...0,4 мм меньше диаметра предварительно подготовленного от­верстия. Диаметр последнего определяют так:

(6.195)

257

17 2719

К алибрующая часть метчика служит для зачистки, калибрования резьбы. Она окончательно формирует резьбу, обеспечивает необхо­димую точность размеров и шероховатость поверхности и является резервом для пополнения режущих зубьев по мере изнашивания и пе­реточек метчика. Работу по зачистке резьбы в основном выполняют зубья первого витка калибрующей части. Остальные витки служат для поддержания устойчивого направления метчика и способствуют пе­ремещению метчика вдоль оси путем самозатягивания. Длина (/ — 1\) ка­либрующей части должна обеспечивать выполнение указанных функ­ций. Рекомендуется делать калибрующую часть длиной (/ — /[) и d^ для средних диаметров резьб и (/ — 1\) ~ (0,6...0,8 )<1ц для резьб большого диаметра. Длина калибрующей части может быть выражена через число шагов резьбы. Так, для ручных метчиков (/ — 1\) = (6...8)Р.

Для снижения сил трения и уменьшения величины разбивки от­верстия калибрующая часть имеет небольшую обратную конусность, т. е. по направлению к хвостовику наружный, средний и внутренний диаметры несколько уменьшаются. У метчиков со шлифованным профилем диаметры уменьшают на 0,05...0,1 мм на 100 мм длины; с нешлифованным профилем — на 0,08...0,12 мм. Диаметр калибрую­щей части определяется диаметром и точностью резьбы детали.

Передний и задний углы метчиков имеют важное значение, так как метчики работают в тяжелых условиях образования внутренней резьбы. На режущей части передний угол γ должен быть положитель­ным. По ГОСТ 3266—81 рекомендуется для чугуна, бронзы, нержа­веющей стали, титановых и молибденовых сплавов и хрупких латуней γ = 0...5⁰; для сталей средней твердости, латуней, чугуна отожженного γ = 8... 10°; для мягкой и вязкой стали, вязких латуней, меди, магние­вых сплавов γ = 1... 15°; для легких сплавов γ = 16...25°.

Задний угол а должен быть оптимальным на вершинных режущих кромках, так как они срезают основную часть металла. В общем для метчиков рекомендуется а = 6... 12°. Меньшие значения принимают для ручных метчиков и при нарезании резьбы в легких сплавах. Полу­чают задний угол затылованием задней поверхности по спирали Ар­химеда или дуге окружности. Величина затылования по вершинам зубьев

(6.196)

Шлифованные метчики затылуют по всему профилю на режущей и калибрующей частях. Последнее затылование необходимо, чтобы

исключить налипание металла на боковые поверхности резьбы мет­чика, особенно при обработке вязких материалов. Величину затылования принимают небольшой (0,01...0,1 мм) для метчиков диаметра­ми 4...52 мм во избежание защемления стружки при обратном враще­нии. Условия резания, а также снижение сил трения требуют создания небольших задних углов и на калибрующей части. Однако ручные нешлифованные метчики не затылуют по калибрующей части, так как при вывинчивании может произойти защемление мелкой струж­ки, что приведет к срыву резьбы. Для более длительного сохранения диаметра метчика после переточек затылование на калибрующей час­ти рекомендуется производить не от режущих кромок, а отступив от них на 1/3 ширины пера.

Количество и формы канавок метчиков. Хвостовик

Количество канавок зависит от диаметра метчика. Согласно ГОСТ 3266—81 количество канавок z = 3 для метчиков диаметрами от I до 17 мм; число канавок z = 4 для диаметров 18...52 мм. Ширина С режущих перьев должна быть достаточной по условиям прочности и допускать несколько переточек метчика по передней поверхности. Вместе с тем ширина пера не должна быть слишком большой, так как при увеличении ширины возрастают силы трения. Рекомендуется де­лать ширину пера С= (0,3...0,33)^при г= 3 и С= (0,2...0,22 )d_Nnpa _г=4.

Профили стружечных канавок показаны на рис. 6.112. В табл. 6.15 приведены необходимые данные для построения профилей.

Таблица 6.15. Данные (мм) для построения профилей канавок метчиков

dN		X	у	г	Я		У\		Номер профиля канавки
10	4,5	2,88	1,5	1,5	4,13	2,8	6,6	6,6	3
12	5,4	2,97	1,5	1,5	4,32	3	8	8	4
14	6,3	4,16	2	2	6,19	4,2	10,5	10,5	5
16	7,2
18	9	4,32	2	2	6,53	3,1	10,41	10,5	6
20	10
22	11	5,99	3	3	8,75	4,2	12,43	12,6	7
24	12
27	13,5	6,49	3,5	3,5	9,13	4,4	15,52	15,7	8
30	15

258

259

Продолжение табл. 6.15

dN		X	У	г	Н	X,	У\		Номер профиля канавки
32	16	8,44	4	4	12,63	5,5	18,71	19	9
36	18
38	19	10,46	5	5	15,61	7,5	20,04	22,3	10
40	20
42	21
45	22,5	12,89	7	7	18,08	8,75	22,13	25,6	и
48	24
50	25	13,5	7	7	19,99	9,5	28,83	28,8	12
52	26

Рис. 6.113. Квадрат хвостовика

Хвостовик метчика цилиндрический с квадратами на конце для

зажима и передачи крутящего момента. Диаметр d хвостовика на

0,25...1,5 мм меньше внутреннего диаметра резьбы метчика. Длину

хвостовика/_х — L — I принимают: для d#~ 10... 15 мм /_х = bd#\ для d^~

= 16...24 мм l_x=5dM, для г/у =24...42 мм /_х=

260

Рис. 6.112. Профили стружечных канавок метчиков

Размеры квадратов хвостовиков стандартизованы (ГОСТ 9523—84) и должны приниматься согласно рис. 6.113 и табл. 6.16.

Таблица 6.16. Размеры квадратов хвостовиков

D		а	k	d		а		к
Свыше	До			Свыше	До
8,5	9,5	7,1	10	21,2	23,6		18,0		22
9,5	10,6	8,0	11	23,6	26,5		20,0		24
10,6	11,8	9,0	12	26,5	30,0		22,4		26
11,8	13,2	10,0	13	30,0	33,5		25,0		28
13,2	15,0	11,2	14	33,5	37,5		28,0		31
15,0	17,0	12,5	16	37,5	42,5		31,5		34
17,0	19,0	14,0	18	42,5	47,5		35,5		38
19,0	21,2	16,0	20	47,5	53,0		40,0		42

Выточка (см. рис. 6.110) радиусом R, отстоящая от торца хвостовика на расстоянии l₂, необходима для крепления метчика в быстро­действующем патроне.

Допуски и отклонения диаметров метчиков

Согласно ГОСТ 3449-84, ГОСТ 16925—71 и данных [63] в зависи­мости от степени точности нарезаемой резьбы рекомендуются метчи­ки следующих классов точности (табл. 6.17). За основу расположения

261

Р ис. 6.114. Допуски на резьбу метчика:

D — наружный диаметр резьбы гайки; £>, — внутренний диаметр резьбы гайки; О₂ — средний диа­метр резьбы гайки; d_N— номинальный наружный диаметр метчика; esd_N~ верхнее отклонение на­ружного диаметра метчика; eid_N — нижнее отклонение наружного диаметра метчика; d_IN — номи­нальный внутренний диаметр метчика; esd_lN— верхнее отклонение внутреннего диаметра метчика; eidi_N — нижнее отклонение внутреннего диаметра метчика; d_2N — номинальный средний диаметр метчика; esd_2N — верхнее отклонение среднего диаметра метчика; eid_2N — нижнее отклонение среднего диаметра метчика; Td_1N — допуск на средний диаметр метчика

поля допуска на резьбу метчика относительно поля допуска резьбы гайки (рис. 6.114) приняты следующие положения.

1. Поле допуска на метчик лежит внутри поля допуска резьбы гайки.

2. Поле допуска на резьбу метчика располагается ближе к номи­ нальному профилю резьбы гайки.

3. Нижние отклонения резьбы метчика не совпадают с номиналь­ ным профилем резьбы гайки, а имеют гарантированный зазор. Ис­ ключение составляет допуск на внутренний диаметр резьбы метчика.

Таблица 6.17. Рекомендации по назначению классов точности метчиков

,

Этот зазор гарантирует свободу свинчивания болта и гайки, обес­печивает запас на изнашивание метчика и компенсирует погрешно­сти термообработки метчика, если он не шлифуется по профилю.

4. Верхнее отклонение резьбы метчика далеко отстоит от верхнего отклонения резьбы гайки, так как метчики обычно имеют нежесткое крепление и разбивают резьбу.

5. По наружному диаметру метчика верхнее отклонение ограни­ чено, хотя и не вызывается условиями формообразования резьбы. Это необходимо для упрочнения вершины резьбы метчика и повыше- пия его стойкости.

6. По внутреннему диаметру верхнее отклонение резьбы метчика лежит ниже номинального диаметра гайки. Это необходимо для того, чтобы исключить резание внутренним диаметром метчика и обеспе­ чить пространство для размещения металла при выпучивании резьбы и некоторых условиях нарезания. В связи с изложенным важным при расчете метчиков является определение допусков и предельных от­ клонений диаметров.

Допуски и предельные отклонения среднего диаметра

Допуск Tdin и нижнее отклонение eidjN среднего диаметра (рис. 6.114) метчиков определяют в зависимости от установленного в ГОСТ 16093—81 допуска на средний диаметр резьбы 77)2, степени точности 5 по формулам:

(6.197)

— для метчиков класса 1; (6.198)

— для метчиков класса 2; (6.199)

— для метчиков класса 3. (6.200) Верхнее отклонение ел^лгдля среднего диаметра резьбы метчиков

К ласс точности метчика	Степень точности нарезаемой резьбы
1	4Н, 5Н, (4Я, 5Н)
2	5% 6Н, (5Д 6Н), (5 G)
3	6Н, 7Д (8Л), (6G)

Предельные отклонения наружного диаметра

Нижнее отклонение наружного диаметра резьбы метчиков опре­деляют в зависимости от установленного в ГОСТ 16093—81 допуска на средний диаметр резьбы TD₂, степени точности 5 по формуле

262

Примечание. В скобках указаны степени точности, рекомендуемые ГОСТ 16925—71.

(6.202)

263

(6.205) (6.206) (6.207)

Средний диаметр наименьший

Предельные отклонения внутреннего диаметра

Верхнее отклонение внутреннего диаметра резьбы метчика esd\n устанавливают по формуле

(6.203)

Для нарезания резьбы с шагом р< 3 мм рекомендуется применять комплект из двух метчиков, для резьбы с шагом р > 3 мм — комплект из трех метчиков. Для двухкомплектных метчиков последователь­ность определения предельных диаметров следующая.

Вначале рассчитывают номинальные размеры среднего и внут­реннего диаметров по табл. 6.18.

Таблица 6.18. Размеры (мм) среднего и внутреннего диаметров метрических