Понятие о резьбе. Типичные дефекты при нарезании резьб

1 .. 60 > .. >> Следующая
§ 12. БРАК ПРИ НАРЕЗАНИИ РЕЗЬБЫ РЕЗЦАМИ И МЕРЫ ЕГО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
Наиболее часто при нарезании резьбы резцами получается брак следующих видов: 1) неточный шаг; 2) неточные диаметры резьбы; 3) неправильный профиль резьбы; 4) недостаточная чистота поверхности резьбы.
1. Неточный шаг резьбы является результатом неправильного подбора сменных зубчатых колес или неправильной установ-
200
ки рукояток коробки подач. Предупредить брак можно правиль-ной настройкой станка.
2. Неточные размеры получаются вследствие недостаточного или излишнего съема металла при нарезании резьбы; устраняются частыми промерами, особенно при последних проходах, или установкой жесткого упора на глубину.
3. Неправильный профиль резьбы получается при неправильном профиле резца и неточной установке его. Предупредить такой брак можно тщательной проверкой профиля резца и его установки (см. рис. 219 и 220).
4. Недостаточная чистота поверхности (риски, задиры на резьбе) бывает при неправильной заточке резца, завышенной глубине резания, неправильно выбранной скорости резания, сильном затуплении инструмента, недостаточно жестком креплении детали или инструмента, отсутствии или неправильно выбранном охлаждении и др. Чтобы избавиться от такого брака, необходимо устранить причины, вызвавшие его.
Контрольные вопросы
1. Как образуется винтовая линия при нарезании резьбы на токарном станке5
2 Перечислите основные элементы резьбы
3 Что называется шагом резьбы и профилем резьбы5
4 Чем отличается метрическая резьба от дюймовой5
5 Какие виды резьб вы знаете и какая разница между ними?
6 Как отличить правую резьбу от левой5
7. Какими инструментами можно нарезать резьбу?
8 Перечислите основные части метчика.
9. Как нарезается резьба метчиками?
10. Как устроена плашка5
11. Как нарезается резьба плашкой5
12. Как установить резьбовой резец при нарезании наружной и внутренней резьб?
13 Как нарезается резьба гребенкой5
14. Для чего применяют сменные зубчатые колеса5 По какой формуле определяется передаточное отношение при нарезании резьбы5
15 Как подобрать сменные зубчатые колеса, если известно передаточное отношение?
16. Укажите правило сцепляемости сменных колес на гитаре токарного станка.
17. Можно ли на гитаре сменных колес вместо ведомого колеса поставить ведущее, а вместо ведущего - ведомое?
18 Какие существуют способы нарезания треугольной резьбы5
19. Укажите правила подготовки резьбового резца и установки его на станке
20 Чем отличается нарезание правой резьбы от нарезания левой резьбы5
21. Перечислите виды брака при нарезании резьбы Какие меры нужно -принять для предупреждения каждого из видов брака5
22 Какие инструменты применяют для измерения элементов резьбы? Как измеряется шаг резьбы5 Как измеряются диаметры резьбы - наружный, внутренний и средний5
23 Перечислите известные вам высокопроизводительные методы нарезания резьбы.
201
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ТОКАРНЫЕ СТАНКИ. МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ
Глава XVI УСТРОЙСТВО ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
§ 1. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ТОКАРНОГО СТАНКА
Простейшие токарные станки были известны еще в глубокой древности. Эти станки были весьма примитивны по конструкции: заготовка вращалась от ножного привода, а режущий инструмент (тип современного долота) приходилось держать в руках. Работа на таких станках была непроизводительной, утомительной и неточной.
Дальнейшее развитие токарного станка относится к XVIII в., когда русский механик токарь Петра I А. К- Нартов в 1712- 1725 гг. впервые в мире изобрел механический суппорт, создав тем самым исполнительный механизм токарного станка.
Изобретение суппорта освободило руки токаря от необходимости держать резец во время обтачивания детали и ознаменовало собой начало новой эпохи в развитии не только токарных, но и других металлорежущих станков.
В середине XVIII в. в отечественное станкостроение внес большой вклад гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Для обработки сложных поверхностей металлических зеркал он создал специальный сферо-токарный станок.
В конце XVIII в. славные традиции русских машиностроителей продолжали тверской механик-часовщик Лев Собакин и тульский мастер Алексей Сурнин. По их чертежам изготовлялись токарно-винторезные станки для обработки винтов.
Значительно ближе к современным станкам токарные станки, изготовлявшиеся в середине прошлого столетия. Эти станки уже имели переднюю бабку со ступенчатым шкивом, позволявшим изменять число оборотов обрабатываемых деталей. Суппорт перемещался при помощи ходового винта и сменных зубчатых колес.
Позднее на токарных станках со ступенчато-шкивным приводом для изменения скорости перемещения суппорта стали
202
применять коробку подач; помимо ходового винта, стали применять и ходовой вал.
В начале XX в. с изобретением быстрорежущей стали появляются относительно быстроходные и мощные (по тому времени) токарные станки с приводом от трансмиссии (рис. 232),
1
Рис. 232 Токарно-винторезный станок со ступенчатым шкивом:
/ - коробка подач, 2 - ступенчатый шкив, d - ходовой винт, 4 - ходовой вал

ГЛАВА VI .

Параграф 3. Поверхностные дефекты в накатанной резьбе.

Режимы накатывания и степень заполнения контура оказы­вают решающее влияние, на образование внутренних и поверх­ностных дефектов накатанной резьбы. Поверхностные дефекты, неизбежно сопутствующие на практике накатыванию, связаны с механикой этого процесса. Известно, что при накатывании резьбы, может происходить шелушение, выкрашивание, отслаивание, рас­трескивание, вырывы поверхностных слоев металла или образо­вываться поверхностные дефекты, называемые закатами, складками, наслоениями, заусенцами и т. п., которые в зависимости от места расположения и глубины залегания могут влиять на стати­ческую и циклическую прочность резьбовых соединений. Особенно это важно при накатывании резьб на детали из высокопрочных сталей и сплавов, чувствительные к концентраторам напряжений. Большой объем контрольных операций и отбраковка готовых из­делий, зачастую по формальным признакам ТУ резко снижает эф­фективность производства деталей из высокопрочных материалов.

Условия формирования профиля резьбы являются одной из основных причин образования поверхностных дефектов, непосред­ственно связанных с механикой процесса накатывания. Профиль резьбы образуется, как правило, путем многократного и последо­вательного копирования профиля двух инструментов (подвижного и неподвижного роликов, ролика и сектора, плашек}. Выдавлива­ние профиля резьбы происходит за счет перераспределения эле­ментарных объемов металла заготовки, вытесняемого рабочими витками роликов. При этом поверхность выдавливаемой резьбы соприкасается с новой поверхностью одного, а через каждые пол­оборота - другого инструмента. Поэтому можно предположить (рис. 72), что в процессе выдавливания пути прохождения рабочих витков инструментов по поверхности накатываемой резьбы либо совпадают (симметричная деформация), либо не совпадают (асим­метричная деформация). Симметричная деформация может при­вести к образованию дефекта в вершине полного профиля резьбы (рис. 72, а, 3). Если в каждом цикле деформирования тела заго­товки вершина профиля инструмента смещается по новому пути на величину а , то возникновение дефектов возможно в любом месте профиля резьбы (рис. 72, б, в, 5 ).

Причины образования поверхностных дефектов в процессе фор­мирования профиля резьбы исследовали на горизонтально-фре­зерном станке мод. 6М82Г. Для этого на шпинделе станка уста­навливали вращающийся ролик с тремя кольцевыми витками, которые имели размер и профиль такие же, как резьба М8х1,25; осевое смещение ролика предотвращалось втулками, установлен­ными на шпинделе. Образец диаметром 8,5 мм и длиной 10 мм из титанового сплава ВТ16 закрепляли в тисках на столе станка. Это позволило формировать небольшой участок профиля резьбы за заданное число проходов при разных скоростях перемещения стола. Регулируя подачу стола, каждый следующий этап форми­рования профиля резьбы можно было вести со смещением на за­данную величину.

Режим накатывания резьбы на образцах приведен в табл. 21, дефекты в резьбе показаны на рис. 73. Результаты исследования подтвердили изложенную выше схему образования поверхност­ных дефектов. При симметричной деформации металла (рис., 73, а ) формируется качественная резьба. Если на каждом цикле форми­рования профиля резьбы вершина витка ролика идет по новому пути (со смещением а ), то возникает асимметричное течение металла и образуются поверхностные дефекты (рис. 73, б, в) (чем больше смещение а , тем больше дефектов и тем они глубже).

В реальном процессе накатывания резьбы нарушение сим­метрии деформирования металла может происходить в следующих случаях:

вследствие неточной наладки станка по торцовому биению ро­ликов и установке их по шагу, неточной установки опорного ножа;

из-за низкого качества изготовления резьбонакатных роликов по шагу, форме профиля и углу наклона витков по радиальному и торцовому биению;

в результате накатывания в заполненном контуре витков ин­струментов;

ввиду недостаточной точности и жесткости конструкции резьбонакатного станка.

Влияние наладки резьбонакатного станка, точности изготов­ления резьбонакатных роликов и режима накатывания на обра­зование поверхностных дефектов в резьбе изучали на профиленакатном станке модели UPW 12,5 X 70. При этом на каждом режиме работы станка и каждой наладке накатывали десять об­разцов. Качество поверхности резьбы оценивали люминесцентным и металлографическим методами.

Данные табл. 22 показывают, что неточная наладка станка по торцовому биению роликов и установке их по шагу нарушает симметричность деформации металла из-за несовпадения путей прохождения витков инструментов. Это приводит к появлению наиболее массовых дефектов, (рис. 74), называемых закатами, складками, наслоениями и т. п. Существенно, что режим накаты­вания лишь в большей или меньшей степени способствует их контрастному проявлению.

Рис. 72. Схема образования поверхностных дефектов в резьбе при накатывании

Рис. 73. Дефекты в резьбе.

Влияние погрешностей шага и угла подъема рабочих витков на образование поверхностных дефектов в резьбе изучали на восьми комплектах роликов, основные геометрические размеры которых приведены в табл. 23. Резьбу на образцах накатывали роликами либо одного комплекта, либо из разных комплектов (табл. 24). При каждой установке роликов или после замены одного из них проводили тщательную наладку станка. Оказалось, что в случаях, когда резьбу накатывают в незаполненном контуре витков роли­ками одного комплекта, поверхностные дефекты резьбы отсутству­ют. Если резьбу накатывают роликами, которые имеют отличаю­щиеся погрешности по углу подъема рабочих витков или шагу, то, несмотря на высокую точность изготовления каждого из них и независимо от степени заполнения контура витков инструмента, образуются поверхностные дефекты в виде различных складок (рис. 75, 76). Это объясняется тем (см. рис. 72), что на каждом цикле формирования профиля резьбы вершина витка одного ро­лика смещается относительного другого.

Из данных табл. 25 видно, что при накатывании резьбы в не­заполненном контуре рабочих витков инструментов с увеличе­нием продолжительности процесса или частоты вращения роликов число образцов с дефектами резьбы возрастает. Это объясняется тем, что в реальных условиях накатывания даже при высокой точности изготовления роликов и правильной наладке станка витки профилей могут совпадать лишь на небольшой дуге ролика. Идеальное совпадение профилей витков по всей окружности роли­ков получить практически невозможно из-за различных ошибок, возникающих при изготовлении инструмента, или из-за неточ­ности станка. Поэтому с увеличением времени накатывания или частоты вращения роликов вероятность образования дефектов возрастает (рис. 77, а).

В результате накатывания резьбы в заполненном контуре происходит течение поверхностных слоев металла в осевом направ­лении, что приводит к прерыванию волокон и появлению поверх­ностных дефектов типа наслоений в основании витков резьбы (рис. 77, б-г ). Эти дефекты имеют место и при устранении любых причин, вызывающих асимметричное деформирование металла в процессе деформирования профиля резьбы.

Таким образом, основными причинами образования поверх­ностных дефектов резьбы, свя­занных с механикой процесса накатывания, являются несо­впадение путей прохождения рабочих витков инструментов по поверхности накатываемой резьбы, нарушающее симмет­рию деформирования металла, и накатывание в заполненном контуре рабочих витков инст­румента, что приводит к осе­вому смещению поверхностных слоев металла.

Причины образования по­верхностных дефектов резьбы, не связанных с механикой процесса накатывания, целесообразнее выделить в особую группу. Прежде всего, это повреждения резьбы, образующиеся при внешнем воздействии в процессе изго­товления. Эти дефекты образуются при выкрашивании вершин витков резьбонакатных роликов. Мелкие выкрашивания заметно увеличивают шероховатость поверхности впадин накатанной резьбы, крупные - образуют поверхностные дефекты (чем больше выкрашиваний и чем они крупнее, тем больше дефектов и тем они глубже).

Механические повреждения возможны при попадании в зону контакта заготовки и роликов различных твердых частиц (мелкая стружка, абразивы, крупные частицы пыли и т. п.), которые могут находиться в СОЖ или на поверхности заготовки, или инструмента. Царапины на вершинах резьбы могут образовываться из-за грубой или мягкой поверхности поддерживающего ножа. Деформа­ция вершин резьбы может происходить, если поддерживающий нож опущен слишком низко или диаметр заготовки меньше задан­ного размера.

Поверхностные дефекты заготовки, хотя и в несколько изме­ненном виде (за счет деформирования металла в процессе накаты­вания), неизбежно остаются в резьбе. Для предотвращения поверх­ностных дефектов в резьбе необходимо обеспечить симметричное деформирование металла и исключить механические повреждения резьбы при накатывании за счет: а) накатывания резьбы в неза­полненном контуре рабочих витков инструмента; б) минималь­ного числа циклов деформирования (числа оборотов заготовки за время накатывания); в) правильной наладки рёзьбонакатного станка по совпадению шага витков инструментов и по установке упора (или специального устройства), ограничивающего величину сближения инструментов и гарантирующего незаполнение контура витков инструментов при максимальном диаметре заготовки; г) минимального рассеяния размеров но шагу, углам подъема и профиля витков в каждом, комплекте инструментов, независимо от точности изготовления каждого из них; д) своевременного удале­ния загрязнений из СОЖ; в) накатывания резьбы на заготовках без поверхностных дефектов.

Рис. 74. Дефекты в резьбе (l = 0,97):

а – торцевое биение роликов 0,025 мм; б – торцевое биение роликов 0,11 мм; несовпадение по шагу при наладке 0,1 мм.

Рис. 75. Дефекты в резьбе:

а, б - l < 1,0; D a = 13 ¢ ; в - l < 1,0; D a = 20 ¢ ; г - l < 1,0; D a = 7 ¢

( D a - разность углов подъема витков роликов)

Рис. 76. Дефекты в резьбе:

а - l < 1,0; D Р = 0,07 мм; б - l < 1,0; D Р = 0,07 мм; в - l < 1,0; D Р = 0,04 мм;

Главной причиной брака деталей при нарезании внутренней резьбы является поломка метчика в результате неправильного его подбора или не соблюдения техники нарезания. При этом в отверстии остаются осколки метчика. Извлечь их можно несколькими способами.

Во-первых, если осталась выступающая часть метчика, то ее моно захватить плоскогубцами или ручными тисочками и вывернуть из отверстия.

Во-вторых, если выступающая часть отсутствует, то в его канавки можно вставить трехштырьковую вилку и, вращая ее против часовой стрелки, выкрутить метчик.

И в первом, и во втором случае, прежде чем приступить к извлечению осколков метчика, в отверстие по канавкам следует залить керосин.

В-третьих, если метчик сделан их углеродистой стали, то деталь (вместе с осколками) нужно нагреть докрасна, медленно охладить, высверлить в обломке отверстие, в которое вкрутить специальный конусообразный метчик с левой резьбой и осторожно выкрутить осколки сломанного метчика.

В-четвертых, если нагреть деталь не представляется возможным (например, деталь слишком большая), то к сломанному метчику можно приварить электрод или отломанный хвостовик и выкрутить осколки.

В-пятых, имеется химический способ удаления осколков. Если деталь, в которой нарезалась резьба, сделана из алюминиевого сплава, то осколки можно вытравить раствором азотной кислоты: в отверстие через канавки метчика заливают кислоту и опускают туда кусочек железной проволоки (железо в данном случае играет роль катализатора), через 8-10 минут отработанную кислоту удаляют пипеткой и заливают новую порцию кислоты, и так до полного разрушения металла метчика, после этого отверстие промывают. Процесс этот довольно длительный – занимает несколько часов, но в этом случае не травмируется деталь и после извлечения осколков она пригодна для дальнейшего использования.

ЦЕЛЬ: Изучить дефекты возникающие при нарезании резьб и способы их устранения.

ЗАДАНИЕ:

1. Изучить теоретический материал
2. Составить таблицу дефектов при нарезании резьб
3. Определить резьбу, по рисунку данному в таблице, и дать описание, характеристику и обозначение ее.
4. Ответить на контрольные вопросы

Таблица заданий

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение круглой плашки
2. Предохранительный патрон, назначение характеристика.
3. Перечислить типы резьб.
4. Назначение метчика

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Подготовка стержней и отверстий резьбовых поверхностей

При нарезании резьбы метчиками и плашками (как вручную, так и на металлорежущих станках) или с применением специального механизированного инструмента происходит не только удаление слоя материала с поверхности заготовки, но и пластическое деформирование наружной части обработанной поверхности. Это деформирование сопровождается выдавливанием материала заготовки in впадины резьбы в ее выступы. Это явление должно учитываться при определении диаметра стержня или отверстия под нарезание резьбы. Поэтому размеры стержней и отверстий под нарезание резьбы наиболее целесообразно определять с помощью справочных таблиц, в которых эти размеры приводятся с учетом всех факторов, возникающих при резании.

На практике при нарезании резьб диаметр отверстия принимается равным номинальному диаметру резьбы, уменьшенному на величину ее шага. Например, при нарезании метрической резьбы M10 диаметр отверстия должен быть соответственно равен 1,0... 1,5 мм, т.е. должен составлять 8,5 мм.

При нарезании наружных резьб диаметр стержня должен быть меньше номинального диаметра резьбы на 0,1 ...0,2 мм в зависимости от его величины.

При накатывании резьб диаметр стержня выбирают, исходя из среднего диаметра резьбы, который должен быть указан в задании на обработку резьбы, или определяют с помощью специальных таблиц. Для облегчения врезания плашки на вершине стержня необходимо выполнять фаску с утлом примерно 60°.

Правила обработки наружных и внутренних резьбовых поверхностей

1. Нарезание резьбы необходимо выполнять при обильном смазывании плашки или метчика машинным маслом.

2. При нарезании резьбы следует периодически срезать образующуюся стружку обратным ходом метчика или плашки на 1/2 оборота.

3. После нарезания резьбы на стержне или в отверстии нужно произвести контроль се качества:

внешним осмотром - не допуская задиров и сорванных ниток;

резьбовым калибром (или эталонным болтом, гайкой) - проходная часть калибра (болт, гайка) навинчивается от руки, не допускается качка в парс болт-гайка.

Типичные дефекты при нарезании резьб, причины их появления и способы предупреждения

Правила нарезания наружной резьбы

1. Перед нарезанием резьбы следует проверить диаметр стержня (бота, шпильки, винта); он должен быть на 0,1 ...0,2 мм меньше номинального диаметра резьбы.

2. Необходимо обязательно спилить заборную фаску на вершине стержня (если ее нет на заготовке). При опиливании фаски нужно следить за ее концентричностью относительно оси стержня, а также диаметром, который не должен превышать величины внутреннего диаметра резьбы по торцевой поверхности. Кроме того, угол наклона фаски относительно оси стержня не должен превышать 60°.

3. Стержень следует закреплять в тисках прочно и перпендикулярно губкам. Перпендикулярность закрепления стержня надо проверять по угольнику.

4. Необходимо строго следить за перпендикулярностью торца плашки оси стержня при врезании плашки.

5. Перед накатыванием резьбы на стержне необходимо обязательно проверять его диаметр; он должен быть равен среднему диаметру нарезаемой резьбы.

6. При нарезании резьбы на газовых и водопроводных трубах особое внимание следует обращать на соблюдение длины нарезаемой части для муфт и стонов.

При нарезании внутренних резьб необходимо соблюдать следующие правила.

1. Перед нарезанием резьбы следует проверить: соответствие диаметра отверстия размеру нарезаемой резьбы.

Он должен соответствовать данным таблицы резьб;

глубину отверстия для нарезания глухой резьбы. Она должна соответствовать размеру, указанному на чертеже.

2. При врезании метчика нужно обеспечить перпендикулярность его оси верхней плоскости заготовки, в которой нарезается резьба.

3. При нарезании резьбы следует использовать весь комплект метчиков: первый - черновой; второй - получистовой; третий - чистовой.

4. При нарезании резьбы в глухом отверстии необходимо периодически очищать его от стружки.

5. Особую осторожность следует соблюдать при нарезании резьб малого диаметра (5 мм и менее) во избежание поломки метчика.

6. При нарезании резьбы машинным метчиком на станке необходимо закреплять его в предохранительном патроне.

Главной причиной брака деталей при нарезании внутренней резьбы является поломка метчика в результате неправильного его подбора или не соблюдения техники нарезания. При этом в отверстии остаются осколки метчика. Извлечь их можно несколькими способами.

Во-первых, если осталась выступающая часть метчика, то ее моно захватить плоскогубцами или ручными тисочками и вывернуть из отверстия.

Во-вторых, если выступающая часть отсутствует, то в его канавки можно вставить трехштырьковую вилку и, вращая ее против часовой стрелки, выкрутить метчик.

И в первом, и во втором случае, прежде чем приступить к извлечению осколков метчика, в отверстие по канавкам следует залить керосин.

В-третьих, если метчик сделан их углеродистой стали, то деталь (вместе с осколками) нужно нагреть докрасна, медленно охладить, высверлить в обломке отверстие, в которое вкрутить специальный конусообразный метчик с левой резьбой и осторожно выкрутить осколки сломанного метчика.

В-четвертых, если нагреть деталь не представляется возможным (например, деталь слишком большая), то к сломанному метчику можно приварить электрод или отломанный хвостовик и выкрутить осколки.

В-пятых, имеется химический способ удаления осколков. Если деталь, в которой нарезалась резьба, сделана из алюминиевого сплава, то осколки можно вытравить раствором азотной кислоты: в отверстие через канавки метчика заливают кислоту и опускают туда кусочек железной проволоки (железо в данном случае играет роль катализатора), через 8-10 минут отработанную кислоту удаляют пипеткой и заливают новую порцию кислоты, и так до полного разрушения металла метчика, после этого отверстие промывают. Процесс этот довольно длительный – занимает несколько часов, но в этом случае не травмируется деталь и после извлечения осколков она пригодна для дальнейшего использования.