Классификация резьбы

Сфера применения резьбовых соединений

Резьбовые элементы используют для:

• стыковки различных агрегатов (например, коробки передач с двигателем);
• сборки узлов (например, винты соединяют крышки с корпусом генератора);
• соединения металлоконструкций (наряду с заклепками и дуговой сваркой);
• сборки трубопроводов для подачи газа и воды (такое сопряжение имеет );
• крепления технологического оборудования к фундаментам (например, металлорежущие станки устанавливают на залитые в бетон анкеры).

Резьбы принято разделять на категории по назначению:

• крепежные (например, метрические);
• крепежные с одновременной герметизацией (конические);
• грузоподъемные (например, упорные).

Нарезание резьбы — статья о метчиках

Читая статьи на overclockers.ru и форум, я понял, что мало кто разбирается в нарезке резьбы в металлах. Хотя этот процесс сопровождает многие работы с металлами, в частности для компьютеров моддинг и различные «железячные» модификации. В данной статье хочу рассказать о метчиках и их особенностях на примере своих метчиков.

Для начала метчик (tap) – это инструмент для нарезания внутренней резьбы. Плашка (die) для нарезания внешней резьбы, для общего сведения.

Метчики можно поделить на две большие группы, машинные метчики (machine taps) и ручные метчики (hand taps). В данной статье речь пойдет о ручных метчиках, так как машинных метчиков великое множество, и они нужны лишь малому проценту людей ввиду того, что используются на станках.

Основные и параметры выбора метчика — это тип резьбы и ее шаг. Для примера, М8-1.25, означает это метрическая резьба 8 мм с шагом 1.25 мм, по шагу резьбы есть вариации допустим тот же М8-1.0. В штатовской системе в общем все также, но со своими заковырками, например, №6-32 UNC, здесь 6 это диаметр по номерной системе, 32 это нит на дюйм, по сути, аналог шага резьбы, UNC обозначение грубой резьбы, к слову, UNF – мелкая резьба, UNS – специальная. (на самом деле там есть еще несколько видов, но мало кому нужны). Отдельно стоят трубные резьбы, так как они могут быть и конусными, пример NTP и BSP.

Далее уже примеры на фото, ручные метчики продаются (должны продаваться) как в комплектах по 3 так и отдельно каждый. Комплект состоит из трех разных! метчиков начальный (taper), средний (plug) и финишный (bottoming) их также у нас называют первый, второй, третий. (Иногда спец метчики идут в комплектах по двое, но обычно это только для очень мелкошаговой резьбы).

Для того что бы показать различия, вот фото довольно большого метчика М14-2.

Вступление

Метчик для нарезки резьбы Многие изделия состоят из двух и более деталей, соединенных между собой определенным образом. Наиболее распространенными соединениями деталей являются резьбовые. Детали соединяют с помощью резьбы, образованной на их поверхностях, а также с помощью крепежных деталей, имеющих резьбу (рис. 84).

Резьба представляет собой совокупность винтовых выступов и впадин, нанесенных по винтовой линии на внутреннюю и внешнюю боковую поверхность некоторых тел вращения.

Образуется резьба следующим образом. При вращении патрона токарного станка равномерно вращается и закрепленный на нем стержень. Подведенный к поверхности стержня резец при равномерном движении вдоль оси стержня прочертит на его поверхности винтовую линию. Если его углубить в равномерно вращающуюся заготовку, то на ее поверхности образуется винтовая канавка — резьба (рис. 85). Фигура сечения винтовой канавки и выступа резьбы плоскостью, проходящей через ось резьбы, называется профилем резьбы.

В зависимости от расположения резьбы на поверхности стержня или отверстия она бывает наружной или внутренней. В резьбовом соединении наружная резьба наносится на болт, винт и др. Внутренняя резьба наносится на поверхность отверстия в гайке, гнезде и др.

Возможные проблемы и сложности

При нарушении технологии использования или из-за износа устройства при нарезке резьбы могут ломаться. Такая ситуация всегда перерастает в трудноразрешимую проблему. Изготавливаются метчики из лучших марок сталей. Поэтому высверлить оставшуюся в отверстии часть сломанного инструмента стандартным сверлом невозможно.

Таким образом, допускать поломки инструмента нельзя. Чтобы такого не случилось, во время работы следует соблюдать следующие правила:

• отверстие в заготовке нужно сверлить достаточно большое;
• во время работы нельзя допускать перекосов;
• к воротку не стоит прикладывать слишком большие усилия;
• нельзя забывать делать обратный половинный оборот для удаления стружки.

Высверлить сломавшийся фрагмент инструмента из отверстия невозможно. Но для его извлечения можно применить инструмент экстрактор. Его шпильки заводятся в канавки и зажимаются с другой стороны в цилиндрической оправке. Проворачивая оправку воротком, можно аккуратно выкрутить оставшийся в отверстии фрагмент. Также для извлечения обломков из заготовок может использоваться точечная сварка или метод вытравливания кислотой.

Другой проблемой использования метчиков является их слишком быстрый износ. Происходит так, когда во время работы в зону резания подается недостаточное количество СОЖ. Сильно изнашивается приспособление и при недостаточно высокой скорости нарезки.

В некоторых случаях поверхность выполненной резьбы может получаться рваной. Так происходит или из-за слишком высокой скорости нарезки, или из-за того, что на режущей кромке инструмента образовался нарост.

Чтобы избежать образования наростов, метчики для работы следует выбирать правильно. Для мягких материалов полагается использовать устройства без покрытия, для нержавеющих сталей – с покрытием типа V. Образовываться нарост может и из-за низкой скорости резания или недостаточного подвода СОЖ.

Технология нарезания внутренней резьбы

Как уже говорилось выше, перед началом работы надо просверлить отверстие, диаметр которого должен точно подходить под резьбу определенного размера. Следует иметь в виду: если диаметры отверстий, предназначенных под нарезание метрической резьбы, выбраны неверно, это может привести не только к ее некачественному выполнению, но и к поломке метчика.

Учитывая тот факт, что метчик, формируя резьбовые канавки, не только срезает металл, но и продавливает его, диаметр сверла для выполнения резьбы должен быть несколько меньше, чем ее номинальный диаметр. Например, сверло под выполнение резьбы М3 должно иметь диаметр 2,5 мм, под М4 – 3,3 мм, для М5 следует выбирать сверло диаметром 4,2 мм, под резьбу М6 – 5 мм, М8 – 6,7 мм, М10 – 8,5 мм, а для М12 – 10,2.

Читать также: Номинальный диаметр резьбы винта

Таблица 1. Основные диаметры отверстий под метрическую резьбу

Таблица 2. Диаметры отверстий под дюймовые резьбы

Все диаметры сверл под резьбу ГОСТ приводит в специальных таблицах. В таких таблицах указаны диаметры сверл под выполнение резьбы как со стандартным, так и с уменьшенным шагом, при этом следует иметь в виду, что для этих целей сверлятся отверстия разных диаметров. Кроме того, если резьба нарезается в изделиях из хрупких металлов (таких, например, как чугун), диаметр сверла под резьбу, полученный из таблицы, необходимо уменьшить на одну десятую миллиметра.

Диаметры сверл под метрическую резьбу можно рассчитать самостоятельно. От диаметра резьбы, которую требуется нарезать, необходимо вычесть значение ее шага. Сам шаг резьбы, размер которого используется при выполнении таких вычислений, можно узнать из специальных таблиц соответствия. Для того чтобы определить, какого диаметра отверстие необходимо выполнить с помощью сверла в том случае, если для резьбонарезания будет использоваться трехзаходный метчик, надо воспользоваться следующей формулой:

До = Дм х 0,8, где:

До – это диаметр отверстия, которое надо выполнить с помощью сверла,

Дм – диаметр метчика, которым будет обрабатываться просверленный элемент.

Схема нарезания внутреней резьбы метчиком

Воротки, в которые вставляется резьбовой метчик, могут иметь простейшую конструкцию или оснащаться трещоткой. Работать такими приспособлениями с зафиксированными в них инструментами следует очень аккуратно. Чтобы получить качественную и чистую резьбу, вращение метчика по часовой стрелке, совершаемое на пол-оборота, необходимо чередовать с его проворачиванием на одну четвертую оборота против хода резьбы.

Резьба будет нарезаться значительно легче, если в процессе выполнения этой процедуры использовать смазку. Роль такой смазки при нарезании резьбы в изделиях из стали может играть олифа, а при обработке алюминиевых сплавов – спирт, скипидар или керосин. Если таких технических жидкостей нет под рукой, то для смазки метчика и нарезаемой резьбы можно использовать обычное машинное масло (однако оно обладает меньшим эффектом, чем перечисленные выше вещества).

Резьбовые соединения широко применяются в устройстве различных механизмов и машин. Болты, шпильки, винты, гайки – это универсальные, взаимозаменяемые крепежные изделия. Однако бывают случаи, когда требуется нарезать резьбу вручную. Качественно выполнить эту работу поможет специализированный инструмент.

В машиностроении выделяют три основные системы крепежных резьб: метрическую, дюймовую и трубную.

Метрическая резьба получила наибольшее распространение. Она имеет треугольный профиль с углом 60˚. Её основные параметры, диаметр и шаг, выражаются в миллиметрах. Пример обозначения: М16. Это означает, что резьба метрическая, имеет диаметр 16 мм с крупным шагом 2,0 мм. Если шаг мелкий, тогда указывается его значение, например, М16*1,5.

Диаметры дюймовой и трубной резьбы выражаются в дюймах. Шаг характеризуется числом ниток на дюйм. Указанные параметры стандартизированы, поэтому всегда есть возможность подобрать необходимый инструмент.

Виды дюймовой резьбы

Среди резьбовых соединений дюймовой размерности выделяют несколько видов, которые отличаются своими техническими характеристиками:

• Цилиндрическая резьба американского стандарта UTS. Изначально она использовалась в США и Канаде, но затем распространилась по всему миру. Среди нескольких типов наибольшей популярностью пользуется UNC – резьба с укрупненным шагом и UNF – мелкая резьба. Имеет угол в 55 градусов при вершине.
• Британская цилиндрическая резьба стандарта BSW или вариант с уменьшенным шагом резьбы BSF. Данный стандарт характеризуется углом при вершине в 55 градусов.
• Для трубных резьбовых соединений используется резьба конической формы NPT, а также цилиндрический вариант NPS со стандартным углом вершины в 55 градусов. В отечественном исполнении данный тип резьбы отвечает ГОСТ 6111-52.

Наибольшей популярностью пользуется резьба унифицированного типа UNC, который встречается на различной технике и оборудовании, производимом не только в США или Канаде, а также Китае и других азиатских странах

Важной особенностью дюймовых метизов является то, что номера ключей для их монтажа и демонтажа отличаются от метрического стандарта

Достоинства и недостатки резьбовых соединений

Соединения, получаемые с ее помощью, пожалуй, самые распространенные среди разъемных. В отличие от прочих видов разъемных соединений они обладают следующими достоинствами:

• надежностью;
• простотой монтажа и демонтажа;
• низкой стоимостью, которая обусловлена унификацией и массовым изготовлением крепежных деталей. Для производства применяют как точение, так и накатку.

Это соответственно снижает прочностные параметры соединения. Довольно, часто, в узлах, где использована резьба, приходится применять дополнительные устройства для предотвращения самораскручивания. Разумеется, средства стопорения применяют исходя из назначения узла, например, колесо автомобиля.

Чем нарезается внутренняя резьба — общая информация

Приспособление называется метчик. Он может быть двух разновидностей – ручным и машинным, в соответствии со способами нанесения борозд. Материал, который подвергается обработке, – это металл, но не только он. Также есть облегченные модели, они создают нарезку в пластике или дереве. Последний вариант нельзя назвать самым распространенным.

На заводах применяется механизированная техника – металлические сверла делают сквозные отверстия (или несквозную полость), после лезвия наносят несколько витков с заранее определенным шагом. Достоинство такой обработки – высокая точность. Расчеты производятся с помощью компьютерных программ для автоматизированного проектирования, затем данные вводятся в модуль управления – вручную или с помощью ЧПУ. Второе преимущество – фактически невозможен перекос угла спирали, ошибки.

Но в домашних условиях и на мелких производствах чаще применяют более простую, но менее точную процедуру – нарезание внутренней резьбы метчиком вручную. Работу можно проводить на месте, для этого нужно купить само приспособление и сверло, чтобы сделать предварительное отверстие.

Инструмент напоминает по форме елочку из-за того, что рабочая поверхность – ребристое лезвие. Конструктивно изделие представляет собой довольно сложную конфигурацию из инструментальной стали. Такой материал используется из-за его прочности и возможности обрабатывать большинство сплавов, даже чугун. Не очень хорошо получается работать только с – он имеет внутренние напряжения, поэтому считается хрупким и может крошиться в процессе нарезки.

Изготовление внутренней резьбы

Для производства внутренней нарезки — применяют инструмент (резцы, метчики, раздвижные метчики, групповые фрезы, накатные ролики), выпускаемый на серийных инструментальных заводах. Изготовление специального режущего инструмента осуществляют в инструментальных цехах крупных производственных объединений.

Самый распространенный способ это нарезание с помощью метчиков. Резьбу можно нарезать в ручную и на станках разного типа. В серийном производстве применяют автоматы для нарезания в гайках, примером такого оборудования может стать станок МН 63. Его применяют для нарезания резьбы от М12 до М20 с разными шагами. В качестве режущего инструмента применяют метчики с изогнутым хвостовиком. Мощность установленного двигателя позволяет обрабатывать и цветные металлы, и высоколегированные стали.

В условиях массового производства гаек применяют так называемые автоматы для накатки. Они сконструированы таким образом, что позволяют выполнять нарезку на гайках разного размера от М5 до М60 с разной производительностью, от нескольких до десятков штук в минуту, и назначения, например, предназначенных для фиксации анкеров.

Для нарезания в корпусных деталях применяют многошпиндельные агрегаты, позволяющие обрабатывать несколько отверстий сразу. Подобное оборудование применяют при обработке двигательных установок для автомобильной и тракторной техники.

Нарезание внутренней резьбы это довольно тяжелый процесс, во время которого и инструмент, заготовка испытывают серьезные нагрузки, приводящие к повышению температуры. Для этого применяют смазывающе – охлаждающие жидкости (СОЖ).

При ручном получении применяют, например, касторовое масло.

Критерии выбора метчика: на что обратить внимание

Таким образом, при покупке метчика стоит ориентироваться на такие его характеристики:

• способ применения – ручной, машинно-ручной или машинный;
• размер резьбы;
• тип стали, использованной при производстве приспособления;
• профиль создаваемой резьбы;
• направление вращения инструмента.

При подборе устройства следует учитывать и параметры материала той заготовки, внутри которой будет наноситься резьба. Приспособление должно быть сделано из подходящей по качеству стали.

При выборе метчика обращайте внимание на размер резьбы. Приобретать инструменты лучше в комплекте, чтобы иметь возможность создавать резьбу в 2 или 3 прохода

Комплексный подход позволяет выполнять резьбу максимально качественно

Приобретать инструменты лучше в комплекте, чтобы иметь возможность создавать резьбу в 2 или 3 прохода. Комплексный подход позволяет выполнять резьбу максимально качественно.

Другая характеристика, на которую стоит ориентироваться при выборе приспособления, – это диаметр отверстия в заготовке.

Резьба трапецеидальная

Резьба трапецеидальная является одной из разновидностей резьбы метрической. Отличается она профилем, имеющем нестандартную конфигурацию, сечение которого напоминает трапецию. Широко используется в механизмах, осуществляющих трансформирование вращательного движения в возвратно-поступательное.

Особенности

Трапецеидальная резьба с углом подъема, равным 30°, является самотормозящей. Наличие этого свойства препятствует деформации заготовки при воздействии на нее значительных нагрузок. По сравнению с трубной резьбой ей присуща лучшая износоустойчивость. Возможностью обеспечения умеренных показателей осевого перемещения обрабатываемой детали характеризуются резьбы трапецеидального типа, выполненные со средним шагом.

Нормами ГОСТа 9484-81 установлены следующий диапазон изменения основных рабочих параметров рассматриваемой резьбы:

шаг: минимальный 1,5 мм; максимальный 48 мм;

высота воображаемого треугольника, вершины которого – это точки пересечения визуального продолжения соседних граней рядом расположенных гребней: от 1,4 мм до 44,784 мм;

расстояние между рядом расположенными выступами по внутреннему резьбовому диаметру: min 0,549 мм; max 17,568 мм.

Резьба метрическая. Профиль.

Профиль метрической резьбы по ГОСТ 9150 (СТ СЭВ 180)

Номинальный профиль резьбы и размеры его элементов должны соответствовать указанным на рисунке и в таблице.

d — наружный диаметр наружной резьбы (болта); D — наружный диаметр внутреннего резьбы (гайки); d2 — средний диаметр болта; D2 — средний диаметр гайки; d1 — внутренний диаметр болта ; D1 — внутренний диаметр гайки ; Р — шаг резьбы; Н — высота исходного треугольника; R — номинальный радиус закругления впадины болта; Н1 — рабочая высота профиля.

Примечания:

1. Форма впадины резьбы болта не регламентируется и может быть как закругленной, так и плоскосрезанной . Закругленная форма впадины является предпочтительной.
2. Форма впадины резьбы гайки не регламентируется.

В таблице приведены размеры элементов профиля резьбы. Форма впадин резьбы винта стандартом не регламентируется; скругление впадин (радиусом R) уменьшает концентрацию напряжений и повышает прочность винта при циклическом нагружении.

По ГОСТ 24705 (СТ СЭВ 182) резьба метрическая, основные значения диаметров резьбы определяются по формулам:

где d3 — внутренний диаметр болта.

Профиль резьбы

Под профилем следует понимать контур сечения, который имеет виток резьбового соединения в проходящей через его ось плоскости. Иными словами, это геометрическая фигура, получаемая в плоскости, которая проходит через ось. Резьбы классифицируются на:

1. треугольные;
2. трапецеидальные;
3. прямоугольные;
4. круглые;
5. упорные.

Примечание: *р – шаг

Выбор профиля оказывает влияние на показатели прочности, технологичности и силы трения в крепежном соединении.

Классификация резьбы

Большинство выпускаемых современной промышленностью конструкций, выполненных из дерева, пластика, металла и других материалов, скрепляются посредством соединений резьбового типа. Совокупность таких факторов, как надежность и простота не в ущерб эффективности, обусловила их широкое распространение в промышленном производстве, начиная от строительной сферы, включая машино- и автомобилестроение, и заканчивая прокладкой трубопроводов. Резьбовые соединения, кроме того, активно используются в бытовых целях. В целом, резьба выглядит в виде гребней и впадин однородного сечения спиралевидной конфигурации. Витки могут накатываться на наружную поверхность цилиндра, либо на поверхность внутреннюю предварительно проделанного отверстия. Рассмотрим подробнее существующие виды резьбы.

Применение дюймовой резьбы

Для обеспечения высокой прочности создаваемого соединения с США и Канаде применяются рассматриваемые резьбы с углом при вершине 60 градусов. Исключением можно назвать производство сантехники. Болты с дюймовой резьбой встречаются и на территории Европы. Они характеризуются высокой прочностью. Кроме этого, может использоваться винт с дюймовой резьбой при создании различной техники и механизмов.

Дюймовая резьба в трубопроводе обеспечивает высокое качество соединения, так как соединение труб должно выдерживать высокое давление и переменные нагрузки. Однако, она стала использоваться и при производстве различной техники, к примеру, фотоаппаратов. Некоторые метрические варианты исполнения схожи по своим параметрам с дюймовыми, что обеспечивает универсальность применения.

В заключение отметим, что не следует путать английскую индустриальную резьбу с той, которая широко применяется сегодня. Старый образец использовался еще 1841 году. Этот вариант исполнения практически полностью повторяет рассматриваемый, однако отличительные особенности все же есть. Стоит учитывать, что винты и гайки с такими витками не сопрягаются с дюймовыми крепежами, которые получили широкое распространение на территории Америки и Канады.

Государственный стандарт (ГОСТ)

При изготовлении метчиков производители руководствуются чертежами, разработанными с учетом требований ГОСТ. Помимо размеров, стандартами регламентируются твердость рабочей части, степень ее биения, допуски. Точность резки зависит от класса точности метчика по ГОСТ.

При изготовлении метчиков руководствуются требованиями ГОСТ.

Классы точности

Этот параметр устанавливается для приспособлений с учетом полей допуска среднего диаметра резьбы. Для инструментов метрического типа существуют 4 класса точности. Приспособления класса 1, 2, 3 изготавливаются со шлифованным резьбовым профилем, класса 4 – с нешлифованным. Метчики 4-го класса предназначены для работы вручную. Инструменты классов 1, 2, 3 бывают машинно-ручными и гаечными. Трубные устройства могут иметь класс точности В1, А2, А3, дюймовые – C и D.

Маркировка

Характеристики метчика можно определить, посмотрев имеющиеся на нем надписи. В маркировке приспособления указываются по порядку:

• размер и тип резьбы;
• класс точности.

На левосторонние инструменты добавляется пометка LH. Бывает так, что резьба приспособления отличается мелким или крупным шагом, не являющимся стандартным. В этом случае после показателя диаметра резьбы проставляется параметр этого шага. Стандартный шаг на метчиках в маркировках не указывается. Если устройство сделано из нержавейки, в отметке дополнительно присутствует обозначение HSS.

В маркировке приспособления может содержаться дополнительная информация:

• резьбовой сбег;
• шаг канавок;
• марка стали, использованной для изготовления;
• группа применения;
• угол канавок;
• внутреннее охлаждение;
• вращение канавок;
• номер партии производителя.

В маркировке содержится информация об изделии.

Наносятся отметки на хвостики метчиков.

Ключевые характеристики нарезок

Основными характеристиками любой резьбы, в том числе и для труб, являются:

• Шаг (P, pitch)- расстояние между соседними витками.
• Внешний диаметр.
• Внутренний диаметр.
• Ход — расстояние, на которое переместится крепеж в продольном направлении за один полный оборот. Для однозаходной накатки ход равен шагу, для многозаходной — шагу, умноженному на число заходов.

Диаметр дюймовой резьбы

Этих данных достаточно для подбора совместимого фитинга или арматуры в магазине. Для изготовления резьбового соединения на токарно-винторезном или фрезером станке понадобятся и другие характеристики резьбы, такие, как углы наклона профиля и другие.