Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Методы формообразования метрической резьбы резанием

Методы формообразования метрической резьбы резанием

Рассмотрены технологические характеристики основных методов формообразования резьбы резанием для различных типов производства. Приведены режимы резания и условия выполнения операций механической обработки наружных и внутренних резьбовых поверхностей.

Условные обозначения

Приводятся в [3, 5].

Размеры обрабатываемого изделия

dзаг — диаметр заготовки, мм;
d — номинальный диаметр резьбы, мм;
d1 — внутренний диаметр резьбы, мм;
d2 — средний диаметр резьбы, мм;
Р — шаг резьбы, мм;
h3 — высота профиля резьбы, мм;
l — длина резьбового участка, мм.

Конструктивные и геометрические параметры инструмента

D — диаметр инструмента (для головок диаметр ролика, гребенки), мм;
D1 — внутренний диаметр резьбы инструмента, мм;
D2 — средний диаметр резьбы инструмента, мм;
L' — длина резьбонарезной гребенки, неподвижной резьбонакатной плашки, мм;
z — число зубьев инструмента (перьев метчика, плашки, роликов в головке);
γ — передний угол, °;
φ — угол в плане, °;
φ — угол заборного конуса, °;
lk — длина калибрующей части, мм;
α — задний угол, °.

Прочие обозначения

v — скорость резания, м/мин;
nД — частота вращения детали, мин-1;
nи — частота вращения инструмента, мин-1;
no — частота обратного вращения, мин-1;
vs — скорость движения подачи, мм/мин;
s0 — подача на оборот (инструмента или заготовки) мм/об;
sz — подача на зуб фрезы, мм/зуб;
sx — подача врезания i-го прохода, мм/ход;
ti — глубина врезания i-го прохода, мм;
Т — период стойкости инструмента (временная наработка между отказами), мин;
Мk — крутящий момент, Н·м;
N — потребляемая мощность, кВт;
F — сила накатывания, Н;
to — основное время, мин;
l1 — величина, учитывающая подход, врезание и перебег инструмента, мм;
К — поправочные коэффициенты на режимы обработки;
tр.х — время рабочего хода, мин;
tх.х — время холостого хода, мин;
ε - коэффициент (ε = tх.х/ tр.х);
Rn — знаменатель прогрессии при расчете глубины врезания.

Виды стандартных резьб, применяемые в машиностроении и других отраслях промышленного производства, приведены в табл. 1.

Преобладающее применение для резьбового соединения деталей машин получила метрическая резьба. Регламентированные параметры метрической резьбы даны на рис. 1, основные методы формообразования метрической резьбы резанием, применяемые в различных типах производства, приведены в табл. 2.

Наиболее широко применяемые обрабатываемые материалы приведены в табл. 3, диапазоны параметров метрической резьбы по ГОСТ 8724—2002 даны в табл. 4.

1. Виды стандартных резьб
Наименование резьбы ГОСТ Пример условного обозначения
Метрическая ГОСТ 9150-2002 d=24 мм, P=1,5 мм, однозаходная, правая: М 24х1,5
Трубная цилиндрическая ГОСТ 6357-81 Трубная цилиндрическая в 1'': G 1
Трубная коническая ГОСТ 6211-81 Наружная с диаметром в основной плоскости 1 1/2'': R 1 1/2
Трапецидальная ГОСТ 9484-81 d=40 мм, P= 6,0 мм, однозаходная, левая: Tr40х6LH
Упорная ГОСТ 10177-82 d=12 мм, P= 4,0 мм, однозаходная, правая: S12х4
Круглая для цоколей и патронов электроламп ГОСТ 28108-89 Резьба серии E с ближайшим целым размером наружного диаметра 27 мм: E 27

2. Методы формообразования метрической резьбы резанием
Метод формообразования резьбы Тип производства
Нарезание резьбы резьбовыми резцами Единичное, серийное
Нарезание наружной резьбы круглыми плашками Единичное, серийное
Нарезание резьбы гребенчатыми резьбовыми фрезами Серийное, массовое
Нарезание внутренней резьбы в сквозных и глухих отверстиях метчиками Единичное, серийное, массовое
Нарезание резьбы винторезными головками Серийное, массовое
Обработка резьбы резьбошлицфовальными кругами Серийное, массовое

3. Обрабатываемые материалы
Группа обрабатываемого материала ГОСТ
Углеродистые стали 1414-75
Легированные конструкционные стали 4543-71
Нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы 5632-72
Чугун серый 1412-85
Чугун ковкий 7293-85
Алюминиевые сплавы 1583-93
Медные сплавы 18175-78

4. Диапазон параметров метрической резьбы по ГОСТ 8724-2002
Номинальный диаметр d, мм Шаг резьбы Р, мм
Крупный Мелкий
1 ряд 2 ряд 3 ряд 1 ряд 2 ряд 3 ряд 1 ряд 2 ряд 3 ряд
2,0...64 2,2...60 5,5...65 0,4...6,0 0,45...5,5 1,0...6,0 0,35...4,0 0,35...4,0 0,5...4,0
Примечания. Стандартом предусматриваются диаметры резьбы d = 1...6000 мм; шаги резьбы Р = 0,2...6,0 мм. 2. При выборе диаметра резьбы 1-й ряд седует предпочитать 2-му, а 2-й ряд - 3-му

Ниже приведены рекомендации по выбору режимов обработки для различных методов нарезания резьбы, расчетные формулы для определения основных режимов резания. Эмпирические коэффициенты приводятся только для нарезания резьбы фрезами.

Нарезание резьбы резьбовыми резцами

Резьбовыми резцами нарезают наружную и внутреннюю резьбы. Формирование винтовой канавки резьбового профиля осуществляется за несколько рабочих ходов резца. В промежутках между рабочими ходами поперечным перемещением суппорта станка резьбовому резцу сообщается поперечная подача. Рекомендуемые скорости резания приведены в табл. 5. Продольная подача равна шагу резьбы.

5. Рекомендуемые скорости резания v, м/мин, при нарезании резьбы резьбовыми резцами
Вид резьбы Шаг резьбы Р, мм Обрабатываемый материал
Материал режущей части резца
Углеродистая сталь
T15K6
Легированная конструкционная сталь (HRC < 50)
T30K4
Чугун серый
ВК6
Легированная конструкционная сталь (HRC ≥ 50)
Минералокерамика
Наружная 1,5 122 67 - 105
2,0 113 65 93 100
3,0 102 63 89 95
4,0 94 58 83 90
5,0 88 58 73 85
6,0 82 53 69 80
Внутренняя 1,5 115 65 - 89
2,0 108 64 93 87
3,0 95 61 85 85
4,0 86 56 80 83
5,0 82 53 76 79
6,0 76 51 66 71

Расчет основных режимов резания

  1. Глубина врезания по проходам:
    • глубина врезания первого прохода t1 = kt2при k = 0,4;
    • глубина врезания второго прохода t2 = tR:
      tR =CsPys/vxs;
    • глубина врезания третьего прохода и последующего проходов ti= ti-1 + t2Rni-2
  2. Период стойкости:
    • при обработке сталей T=CTvK1PyTK /((w-1)t2γlK2v)
    • при обработке чугунов T=CTvK1PyTK /(wt2qlK2v)
    • где w — число проходов (для определения числа проходов w высоту профиля резьбы h3 можно принимать h3 = 0.65Р).
  3. Основное время to=(l+l1)(1+ε)w/(nдP)
  4. Время резания to'=lw/(nдP)

Нарезание резьбы круглыми плашками

Круглая плашка позволяет изготовлять резьбу на станке с помощью плашкодержателя и вручную — с помощью воротка.

Образование резьбы плашками применяется как для формообразования, так и для калибрования резьбы. Рекомендуемые скорости резания приведены в табл. 6.

6. Рекомендуемая скорость резания в зависимости от обрабатываемого материала и шага резьбы при нарезании плашками
Обрабатываемый материал HB v, м/мин, при P, мм
Св. 3 1,5...3 1...1,5 До 1
Конструкционные стали 100...200 2,5...3,5 6,7...7,0 7,0...8,0 8,0...8,5
200...250 1,5...2,5 2,5...5,0 5,0...7,0 6,0...7,5
250...300 1,0...1,5 1,5...3,5 3,0...4,0 3,5...4,5
Чугун серый 110...190 3,0...6,0 5,0...7,0 6,0...7,0 7,0...8,5
Чугун ковкий 190...320 2,5...6,0 4,0...6,0 5,0...8,0 6,0...8,0
Алюминиевые сплавы 60...110 4,5...6,0 8,0...12,0 12,0...16,0 18,0...24,0
Медные сплавы 80...150 3,5...6,0 5,0...11,0 10,0...12,0 11,0...14,0

Расчет основных режимов резания

  1. Толщина среза a=Psinφ/z

  2. Период стойкости:
  3. для а = 0,01...0,1 мм T=3,8d0,65z0,42KT/(v0,4 P0,58(sinφ)0,95)
    для а > 0,1 мм T=9,7d0,65z0,07KT/(v0,4 P0,58(sinφ)0,6)
    где КT = КККTvК.
  4. Путь резания L=nPT/1000
  5. Крутящий момент Мk:

  6. при d ≤12 Мk = 0,45d1,1P1,5;
    при d > 12 Мk = d1,2P0,3.
  7. Потребляемая мощность N=Mknи/9740
  8. Основное время to= 1,85(l+l1)/(nP), где l1=(1,5...2,0)Р.

Нарезание резьбы метчиками


Нарезание резьбы метчиками является самым распространенным способом изготовления внутренней резьбы. Для образования резьбы необходимо придать инструменту два движения: главное — вращательное и одновременно с ним — поступательное с подачей, равной шагу резьбы на каждый оборот метчика. Нарезают резьбу тремя способами: напроход гаечными метчиками; за один рабочий ход машинными метчиками с реверсированием; комплектом метчиков за несколько рабочих ходов. Рекомендуемые скорости реза-ния в зависимости от обрабатываемого материала и шага резьбы приведены в табл. 7.

7. Рекомендуемая скорость резания в зависимости от обрабатываемого материала и шага резьбы при нарезании метчиками
Обрабатываемый материал HB v, м/мин, при Р, мм
Св. 3 1,5...3 1...1,5 До 1
Легированые конструкционные стали 120...200 5...8 10...15 15...18 18...21
200...280 4...6 10...14 14...18 18...20
280...320 2...4 5...8 8...10 10...12
320...370 2...3 3...5 5...6 6...8
Чугун серый 120...160 7...11 12...18 18...22 22...24
160...220 5...6 6...9 9...12 12...13
220...300 2...3 3...4 4...5 5...6
Чугун ковкий 110...160 4...6 7...12 12...16 16...18
160...260 4...5 6...9 9...13 13...15
260...330 2...3 3...5 5...6 6...8
Алюминиевые сплавы (Д16, АК4, АЛ9) 60...1000 10...14 15...23 23...28 28...30
Медные сплавы 80...150 6...9 10...18 18...24 24...26

Расчет основных режимов резания

  1. Толщина среза a=Psinφ/z
  2. Период стойкости
  3. a D&le12 мм D=14...52 мм
    ≤0,1 мм T=0,06d1,6z0,7KT/(v0,23 P0,85(sinφ)1,2) T=0,7d0,65z0,7KT/(v0,23 P0,85(sinφ)1,2)
    >0,1 мм T=4,6d0,65z0,7KT/(v0,23 P0,23(sinφ)0,6)
  4. Путь резания L=nPT/1000
  5. Крутящий момент:
    машинно-ручные метчики
    сталь Мk = 0,27d1,4P1,5;
    чугун Мk = 0,13d1,4P1,5;
    гаечные метчики Мk = 0,04d1,7P1,5.
  6. Потребляемая мощность N=Мk n/9740
  7. Основное время to=((l+l1)/P)(1/nи+1/no)
где l — глубина резьбового отверстия; l1 — врезаие и перебег инструмента; no — частота обратного вращения инструмента (для сверлильных станков nи= no), для гаечных метчиков l1 = 10Р ; для машинно-ручных метчиков: по глухим отверстиям l1= 2Р, по сквозным отверстиям l1= (2...6)Р + (2...3)Р.

Нарезание резьбы резьбовыми гребенчатыми фрезами

Образование резьбы фрезерованием применяют в основном для резьбы с крупным шагом, прерывистой резьбы, а также резьбы с малым сбегом. Большинство разновидностей этого способа предназначено для образования наружной резьбы. Наибольшее распространение получили резьбовые гребенчатые фрезы.

Обработка осуществляется за 1,3 оборота заготовки. Фреза имеет подачу, равную шагу резьбы на один оборот заготовки. Перебег, равный 0,3 оборота, осуществляется для компенсации врезания на заданную глубину профиля резьбы и для выхода инструмента из резьбы.

Расчет основных режимов резания
  1. Подача на зуб фрезы sz = Csd0,3P0,5Ks, где Ks — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (табл. 8):
  2. Ks = KsDKsPKsT. Поправочные коэффициенты при расчете подачи sz:
    8. Значения коэффициента Кs
    Обрабатываемый материал HB Кs
    Углеродистые стали 156 0,012
    158...210 0,01
    220...300 0,009
    Легированные стали 158...210 0,009
    220...320 0,007
    Чугун серый 156...220 0,019
    Чугун ковкий 150 0,014
    Коэффициент KsD характеризует тип фрезы:
    для насадной фрезы D > 63KsD = 1,1; D &le 50 KsD = 1,0;
    для хвостовой фрезы KsD =0,9.
    Коэффициент KsP характеризует вид резьбы:
    для внутренней KsT = 1,0;
    для наружной KsT — 0,85.
    Коэффициент KsT характеризует точность нарезаемой резьбы:
    для допуска 6g(6H) KsT= 1,0;
    для допусков 4h, 6h(5H) KsT = 0,75.
  3. Скорость резания v:
    при Р < 1,5 мм v=42,5D0,33KvM/(T0,5P0,14sz0,28)
    при Р > 1,5 мм
  4. Частота вращения фрезы nи=1000v/Dπ, значение nи корректируется по паспорту станка.
  5. Скооость подачи vs = szznи.
  6. nи=1000v/(Dπ) значение nи корректируется по паспорту станка.
  7. Частота вращения детали nд=vs/dπ
  8. Основное время to=1,2/nд
9. Поправочный коэффициент КvMна скорость резания v обрабатываемого материала
Обрабатываемый материал HB КvM
Углеродистые стали До 150 1,2
150...200 1,0
200...220 0,8
220...250 0,7
250...300 0,65
Легированные конструкционные стали 150...170 0,85
170...210 0,8
210...260 0,6
260...320 0,5
Нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы 220...260 0,5
260...280 0,45
Чугун серый 150...175 1,0
175...240 0,9

Нарезание резьбы винторезными головками

Нарезание винторезными головками наружной резьбы — самый прогрессивный способ получения резьбы со снятием стружки. Он применяется и для обработки внутренней резьбы. Способ характеризуется осевой подачей инструмента относительно заготовки и автоматическим отключением гребенок, находящихся в головке, после завершения нарезания, что исключает необходимость реверсирования движения инструмента. После нарезания наружной резьбы гребенки расходятся, а после нарезания внутренней — сближаются.

При нарезании наружной резьбы чаще всего применяют гребенки трех типов: круглые (комплект 4... 12 шт.), призматические и тангенциальные, а при нарезании внутренней резьбы - два типа гребенок: круглые и призматические. При обработке внутренней резьбы круглые гребенки можно конструктивно разместить лишь в головках, предназначенных для нарезания резьбы диаметром не менее 80 мм. Головки с призматическими гребенками применяют при нарезании наружной резьбы малого диаметра на малогабаритном оборудовании и внутренней резьбы диаметром от 36 мм и выше Головки с тангенциальными гребенками можнс применять только для нарезания наружной резьбы.

Нарезание резьбы головками осуществляется, как правило, за один рабочий ход.

Параметры нарезаемой резьбы и основные типы резьбонарезных головок приведены в табл. 10.


Расчет основных режимов резания
  1. Период стойкости Т = 920d0,5КT/(v1,67P0,17), где КT = КTM КTv ККTg .
  2. Частота вращения инструмента или детали (в зависимости от типа головки) n=1000v/(dπ)
  3. Путь резания L=nPT/1000
  4. Крутяший момент Мk = 0,46d1,1P1,5KM.
  5. Мощность N=Мknи/9740
  6. Основное время to=(l+l1)/(Pn)

Обработка резьбы резьбошлифовальными кругами

Наибольшее распространение в промышленно сти получило шлифование многониточным шлифо вальным кругом. Применяются схемы продольног и врезного шлифования многониточным кругом.

Шлифование по сплошному металлу (без пред варительного формообразования резьбы) обычносуществляется за 2...4 оборота заготовки. При этом на первом обороте снимается до 0,6 общего припуска, на втором 0,2...0,3 припуска, а при окончательной обработке 0,1...0,2 припуска.

В некоторых случаях шлифование резьбы проводится как окончательная операция после ее нарезания другими методами. Распределение припуска при резьбошлифовании см. табл. 11.

Режимы резания и характеристика шлифовального круга приведены в табл. 12.

Расчет основных режимов резания
  1. Основное время:
    при врезном шлифовании

  2. to=(1,5-:-1,8)Kп/nд
    Kп — коэффициент перекрытия, характеризующий отношение длины обработки l к ширине круга В.
    Интервал 1,5... 1,8 учитывает подвод, врезание и перебег круга, а также процесс шлифования резьбы за один проход. При врезном шлифовании за несколько оборотов заготовки (m) основное время определяется по формуле
    to=(m+0,5)Kп/nд
    при продольном шлифовании однониточным или многониточным кругом
    to=lр.хi/(Pnд)
    где i — число проходов, определяемое исходя из припуска и принятой глубины шлифования на проход ti.
  3. Глубина резания при резьбошлифовании:
  4. однониточным кругом:
    на черновых проходах t = 0,04...0,08 мм;
    на чистовых проходах t = 0,01...0,03 мм;
    многониточным кругом:
    на черновых проходах t = 0,2...0,4 мм;
    на чистовых — t = 0,1...0,2 мм.
10. Параметры нарезаемой резьбы и основные типы резьбонарезных головок
Головки самораскрывающиеся с круглыми гребенками для наружной резьбы (ГОСТ 21760-76) Головки винторезные для внутренней резьбы Головки винторезные с тангенсальными гребенками для наружной резьбы
Параметры резьбы, мм Обозначение Параметры резьбы, мм Обозначение Параметры резьбы, мм Обозначение
d P d P Длина d P
4...10 1,5 36...40 1...2 25 РНГВ-1МК 4...16 0,75...2
6...14 2 36...40 1...2 55 РНГВ-1МД 6...27 1...3
9...24 3 42...50 1...2 25 РНГВ-2МК 12...42 1,75...4,5
12...42 3 42...50 1...2 55 РНГВ-2МД 24...75 3...6
24...60 4 52...65 1...3 30 РНГВ-3МК 24...76 До 3 РТГ-3Д
52...65 1...3 70 РНГВ-3МД 20...60 До 3 ТН2Т
68...80 1...3 40 РНГВ-4МК 65...115 До 6 ТН4Т
68...80 1...3 100 РНГВ-4МД
80...95 1,5...3 50 РНГВ-5МК
80...95 1,5...3 85 РНГВ-5МД
70...130 1,5...3 85 РНГВ-6МК
70...130 1,5...3 110 РНГВ-6МД

11. Распределение припуска при резьбошлифовании
Шаг резьбы, мм Рабочая высота профиля резьбы h3, мм Общая глубина t, мм Припуск по высоте профиля на сторону, мм, при шлифовании
резьбы внутренней резьбы наружной по сплошному металлу окончательно после предварительного формирования резьбы
0,5 0,27 0,31 0,33 0,31...0,33
0,75 0,406 0,45 0,48 0,45...0,48
1,0 0,541 0,59 0,63 0,59...0,63
1,25 0,676 0,73 0,78 0,73...0,78
1,5 0,812 0,87 0,93 0,87...0,93 0,1...0,2
2,0 1,082 1,15 1,23 0,2...0,25
4,0 2,165 2,33 2,46 0,25...0,3
6,0 3,247 3,46 3,68 0,3...0,35

12. Режимы резания и характеристика шлифовального круга
Обрабатываемый материал Шаг резьбы Р, мм Характеристика круга Скорость круга v, м/с Скорость заготовки vД, м/мин
Вид Твёрдость Марка абразивного материала Зернистость, твёрдость, связка
Сталь углеродистая HRC<50 2,5...6 14А,25А,92А 16С2К 40 0,6...0,8
1...2 10СТ1К 45 0,1...1,0
0,4...0,8 6СТ2К 50 1,0...1,2
Сталь легированная 50...60 HRC 2,5...6 25А 12СМ1К 35 0,6...0,8
1...2 8СМ2К 40 1,0...1,2
0,4...0,8 5С2К 45 1,4...1,6
Чугун 120...330 HB 2,5...6 54С, 64С 16С2К 40 0,8...1,0
1...2 10СТ1К 45 1,0...1,2
0,4...0,8 6СТ2К 50 1,2...1,4
Жаропрочные сплавы 200...475 HB 2,5...6 64С 16СТ1К 40 0,4...0,8
1...2 12СТ2К 42 0,8...1,0
0,4...0,8 6СТ3К 45 1,0...1,2

Литература

  1. Общемашиностроительные нормативы времени и режи мов резания для нормирования работ, выполняемых на уни версальных и многоцелевых станках с числовым программ ным управлением. Часть II — Нормативы режимов резания. М.: "Экономика". 1990. 475 с.
  2. Под ред. A.M. Дальского.Справочник технолога машиностроителя. Т. 2. Изд. 5-е доп. М.: "Машиностроение". 2001. 944 с.
  3. Режимы срезания металлов. Справочник. М.: НИИТавтопром. 1995. 456 с.
  4. Фрумин Ю.Л. Высокопроизводительный резьбообра зующий инструмент. М.: Машиностроение. 1977. 183 с.
  5. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьбы. Справочник. М.: Машиностроение. 1989. 192 с.

Справочник. Инженерный журнал. №11, 2004, с. 14-19
Б.А. КАЗАКОВ, ЮЛ. ОСТРОВСКИЙ (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Статьи партнеров