Нанесение микрорезьбы – не такое простое дело, но его можно облегчить при помощи соответствующих инструментов. По сравнению с обычными болтами, мелкие болты требуют совершенно других технологий нанесения резьбы, чтобы выдержать жесткие допуски.

Микрорезьба: способы нанесения

Микрорезьба получила широкое распространение и представлена различными товарами, такими, как наручные часы, очки, сотовые телефоны, фотоаппараты, монтажные платы, медицинские устройства и прочие миниатюрные устройства.

Нанесение резьбы на детали диаметром всего лишь 0,3 мм требует уникальности производственного процесса. Три базовых стандарта микрорезьбы включают в себя:

  • Унифицированные микрорезьбы дюймового размера (UNM),
  • стандарт ANSI B18.6.3,
  • стандартную метрическую систему ISO.
Микрорезьба: способы нанесения

Это увеличенное изображение показывает количество заусенцев на новом метчике, только что купленном у поставщика.

Размер этих резьб, по сравнению с крупными, наглядно демонстрируется тем фактом, что маркировка 0.5 UNM соответствует высоте зуба всего 83,8 микрон (чуть больше 0.08 мм). В этой статье мы обсудим микрорезьбу с шагом 0,32 мм и меньше. Для нанесения такой резьбы применяется шесть различных инструментов и методов: метчики и плашки, резцы, гребенки, а также накатка, абразивное и электрохимическое нанесение. Накатка и нарезка гребенками могут производиться и на обычных токарных станках, но при этом используются инструменты, отличные от стандартных резьбонарезных резцов.

Метчики и плашки

Эти инструменты для нарезания микрорезьбы изготавливаются из упрочненных углеродистых марок стали, быстрорежущих сталей с покрытием из олова или нитрида титана. Для некоторых размеров существует целых девять возможных типов резьбы. Для нарезания внутренней резьбы в изделиях из твердых марок стали приходится предварительно сверлить отверстие максимально допустимого диаметра, на пределе допуска для последующего нарезания резьбы, чтобы избежать обламывания метчика. Желательно, чтобы производитель метчика указывал минимально и максимально допустимые диаметры отверстий под резьбу для получения в итоге целостного резьбового профиля. Метчики с шлифованными канавками, но нешлифованными зубьями, конечно, дешевле, но и ломаются они гораздо чаще, чем метчики со шлифованными зубьями. Тем не менее, такие метчики можно успешно использовать для нарезания резьбы в алюминиевых деталях. Малоразмерные бесканавочные метчики, эффективно работающие с мягкими металлами, обычно разрушаются при попытке работы с более твердыми материалами.

Компании-производители метчиков и болтов

Tabco Optical Inc, (Фолбрук, Калифорния) является одной из компаний-производителей метчиков для нарезания микрорезьбы, также как и готовых болтов.

Президент компании Стив Будро создал центр высокоточного производства, изготавливающий уникальные детали для медицинской и коммерческой отраслей. Завод производит микрометчики нескольких размеров с шагом резьбы от 80 до 160 витков на дюйм (шаг в метрической системе 0,16-0,32 мм) диаметром от 0.5 мм до 1.4 мм. Есть даже несколько моделей с левой резьбой.

Метчики изготавливаются из закаленной быстрорежущей стали, многие модели имеют лужение. Также производятся продажи метчиков с покрытием из нитрида титана. Модели с покрытием служат в три раза дольше, чем без покрытия. Метчики трехсотой серии имеют ресурс от 500 до 1000 отверстий при работе с обычной сталью.

Доступные виды метчиков зависят от выбранного размера, но для большинства размеров в линейку входят получистовой, чистовой, бесканавочный получистовой и бесканавочный чистовой метчики. Метчики канавочного типа производства этой компании имеют три канавки. Г-н Будро пояснил, что закрепление метчика в патроне также имеет критическое значение для работы с микрометчиками, поскольку они легко ломаются в случае захода в отверстие даже с минимальным смещением. Точное позиционирование с учетом вылета из шпинделя также имеет значение. На своих резьбонарезных станках для работы с микрометчиками используются цанговые патроны Rego-Fix с компенсацией осевого смещения.

J.I. Morris Company (Саутбридж, Массачусетс) – крупный производитель болтов малых размеров, метчиков и резьбомеров. Компания производит резьбомеры для резьбы шагом до 160 витков на дюйм (0,16 мм) и метчики, включая черновые, получистовые, чистовые и машинные, с двумя и тремя канавками. Размеры метчиков начинаются с 0.3 мм и выше по таблице унифицированных микрорезьб UNM. Метчики диаметром менее 1 мм выпускаются с двумя канавками. Morris – одна из немногих компаний, производящих резьбомеры для измерения резьбы таких размеров.

Другой производитель – Alouette Tool Co. (Фэрпорт, штат Нью-Йорк) – также производит метчики, плашки и другие инструменты для нанесения и измерения резьбы.

Руководство по нанесению микрорезьбы

Резьбонарезной станок GS TEM-Mini может изготавливать микрометчики из быстрорежущей стали размерностью M0.5×0.125 (203 tpi).

Станки для нарезания малоразмерных подающих винтов

Резьбонарезные станки легко справляются с задачей нарезания резьбы обычных подающих винтов, но редко какой станок справится с нарезанием микрорезьбы на подающих винтах. Самые высокоточные резьбонарезные станки оснащены устройствами контроля и ограничения вращательного момента, которые автоматически реверсируют шпиндель при увеличении нагрузки, удаляют стружку, затем возвращаются к нарезанию с точки, на которой произошло прерывание.

Минимальный размер подающих винтов, который нарезается большинством резьбонарезных станков – 80 витков на дюйм (шаг 0,32 мм), однако станок Milman-T-700-3 может нарезать весь спектр резьб размерного ряда UNM. Станок T-700-1 позволяет нарезать резьбы от 80 до 200 витков на дюйм (шаг 0,13 — 0,32мм). Компания Milman Engineering (Рочестер, штат Вашингтон) сняла эти станки с производства из-за отсутствия спроса, но до сих пор обеспечивает запчастями уже проданные ими пятьсот станков. Ходовая модель Milman LT-250 может нарезать резьбы до 90 витков на дюйм (шаг 0,28 мм).

Особенности машинной обработки — резьбонарезные станки, обычные и калибровочные плашки

Малоразмерные болты изготавливаются на автоматических и полуавтоматических резьбонарезных станках. Резьба нарезается либо с использованием резцов, как при нанесении обычной резьбы, обычными или калибровочными плашками, либо с использованием инструментов для накатки резьбы. В продаже много моделей многошпиндельных токарных станков швейцарского типа, позволяющих нарезать микрорезьбу.

По словам представителя компании Sandvik (Канзас-Сити, Миссури) Кевина Уилсона, резцы CoroCutXS позволяют нарезать резьбу с шагом 0,2 мм (127 витков на дюйм) с использованием многошпиндельных токарных станков. У многих производителей запчастей такие станки ежедневно работают с деталями из стали.

Фирма WhizCut (Литл Рок, Арканзас) также производит пластины для резцов из углеродистой стали для нарезания резьбы шагом 0.25 миллиметра. Калибровочные плашки для таких станков производятся как с полным профилем зубцов, так и с усеченным (половинчатым) профилем. Плашки для микрорезьбы размерного ряда UNM достать очень трудно, за исключением шлифованных плашек из быстрорежущей стали с резьбой 0.8 UNM и больше, производства J.I. Morris. При работе с твердыми материалами калибровочных плашек хватает на 150-200 операций.

Обычные плашки, в некоторых случаях, являются лучшим решением, чем калибровочные. Они дешевле калибровочных, при этом их хватает на 300 операций. Тем не менее, такие плашки оставляют явно видные заусенцы, и вершина резьбы получается слишком острой. Размерный ряд таких плашек начинается от одного миллиметра и выше.

Накатка резьбы

При холодной накатке резьбы поверхность витков намного чище, точность гораздо выше, а срок службы оснастки – дольше, чем при использовании режущих инструментов. У накатки несколько преимуществ над нарезанием:

  • Вершина зубцов накатанной резьбы более круглая по сравнению с нарезанной резьбой;
  • В готовой резьбе отсутствуют заусенцы и стружка;
  • Качество поверхности при накатке значительно лучше, чем при нарезании;
  • Превосходная форма витков;
  • Вдвое большая производительность, чем при нарезании;
  • В большинстве случаев инструмента хватает на накатку 1000 резьб, а стоимость его при этом меньше, чем у обычной плашки;
  • Поверхность витков при холодной накатке значительно прочнее, чем прорезанных;
  • Силы, применяемые при накатке, значительно меньше, чем при нарезании.
Как наносить микрорезьбу

Холодная накатка резьбы обеспечивает замечательное качество поверхности резьбы с превосходными рабочими свойствами.

Микрорезьба – диаметр заготовки для накатывания резьбы

Диаметр заготовки для накатывания резьбы также очень важен. Увеличение диаметра стержня на 2.5 микрона дает увеличение диаметра резьбы на 10 микрон, поскольку накатной ролик, вдавливаясь в поверхность, выдавливает витки резьбы наружу. Форму и размер резьбы можно изменить путем изменения диаметра стержня, скорости шпинделя, а также тонкой подстройкой накатных роликов.

Калибровочный резец необходимо устанавливать в минус от требуемого диаметра в начале накатки и лишь потом увеличивать диаметр, доводя до требуемого. Даже при небольшом превышении диаметра, нормального для накатки резьбы, витки накатного ролика могут выкрошиться или треснуть.

При накатке резьбы материал заготовки выдавливается наружу, удлиняя заготовку, что необходимо учитывать при программировании обработки торца резьбы и прочих операций. Из-за удлинения при накатке резьбы на длинных заготовках, они иногда могут настолько удлиняться, что шаг резьбы в конце уже выходит за требования спецификации.

На предприятии Tabco для машинной накатки резьбы применяются регулируемые накатные ролики производства Alouette Tool Co., Швейцария, с шагом резьбы от 0.6 мм. Предприятие также производит нерегулируемые ролики шагом от 0.35 мм и больше.

Antrin Miniature Specialties (Фоллбрук, Калифорния) – производитель станков для производства болтов, специализирующийся на болтах сверхмалых диаметров. Вице президент этой компании – Энн Одерматт, её президент – Оскар Ломели. Накатка резьбы используется на предприятии при производстве микроболтов таких размеров, как 0.4 UNM из нержавеющей 303-й и А286-й сталей. Компания в основном специализируется на производстве резьбовых компонентов для авиакосмической и электронной промышленности, однако в числе прочих продуктов производила накатку резьбы на концах проводов длиной от 15,5 см до 1.83 метра специально для нужд медицинской промышленности.

Микрорезьба. Абразивное резьбонарезание

По словам Джеймса Восмика, президента компании Drake Manufacturing Services Co. (Уоррен, штат Огайо), абразивно-резьбонарезной станок GS TEM-Mini производства этой компании при изготовлении метчиков из закаленной быстрорежущей стали может нарезать резьбы до М0.5х0.125 (203 витка на дюйм). Эти и другие метчики размера М3 и меньше используются в электронной промышленности для нарезания резьбы в разных материалах, включая нержавейку. К примеру, такую резьбу можно увидеть на задней панели iPad от Apple. Джеймс отмечает, что покупатели станков в последнее время подавали заявки на доработку программного обеспечения для выборки нестандартных канавок в заборной части метчиков. По этим заявкам фирма разработала новые программы ЧПУ для формирования канавок любых форм. Теперь пользователи могут задать любую конфигурацию канавок метчика, а программное обеспечение затем переведет рисунок из файла .dxf в последовательность команд для станка. У многих из клиентов этой компании свои оригинальные формы канавок, и каждый из клиентов верит, что именно его форма канавки увеличивает срок службы метчиков в определенных условиях применения.

Электрохимическое нанесение микрорезьбы

Как отмечает Нейл Эшбоу, ведущий специалист по маркетинговой поддержке Oberg Industries (Фрипорт, Пенсильвания),  компания производит нанесение резьбы на нитиноловые (сплав титана и никеля – прим.перев.) болты диаметром 1 миллиметр с шагом 0,25 мм (101 tpi), при этом поверхность получается абсолютно гладкой и совершенно без заусенцев. Компания приобрела и усовершенствовала технологию электрохимического нанесения резьбы, которая теперь называется МРП (процесс молекулярного расщепления). По словам г-на Эшбоу, обычные станки не дают такой степени чистоты, которую требует Oberg Industries, поэтому они проектируют и изготавливают свои собственные станки, разрабатывают свои алгоритмы обработки, производят собственные абразивные круги и биоразлагаемые электролиты. Такой подход позволяет компании добиться гибкости в выборе материалов и способов обработки, позволяя балансировать между мягкостью и агрессивностью воздействия на материал.

Микрорезьба и болты

Болты с микрорезьбой шагом 0,32 мм (80 tpi) или меньше – распространенные компоненты различных товаров народного потребления.

Компания Anca Inc. (Уиксом, штат Мичиган) – производитель коммерческих станков для электрохимического нанесения резьбы. Станки производства этой компании также могут наносить и микрорезьбу. Например, установка Anca TapX может быть использована для изготовления как обычных промышленных микрометчиков, так и медицинских: хирургических, стоматологических.

Проверка микрорезьбы

Измерение и стандартизация микрорезьбы связаны с множеством проблем, поэтому конечному покупателю, вероятно, лучше всего определить свои собственные требования приемки к нужной ему микрорезьбе, изложив их в виде своего стандарта. Существует множество причин, по которым покупателю лучше всего самому проверять поставляемые резьбомеры, болты и метчики. Вот некоторые из них:

  • Отсутствуют стандарты на приемочный контроль резьбомеров некоторых размеров;
  • Резьбомеры, изготовленные из твердых марок стали, чрезмерно повреждают резьбу при измерении;
  • Многие производители не указывают класс своих резьбомеров;
  • Кольцевые эталонные резьбы могут оказаться недостаточно качественными;
  • Оптические компараторы могут иметь ошибки настройки или допуски, не соответствующие федеральным стандартам;
  • Трехпроводной метод может давать отклонения от метода визуального осмотра при 160-кратном увеличении;
  • Резьбомеры могут иметь заусенцы;
  • Резьбомеры для микрорезьбы легко ломаются. Возможно, будет трудно найти достойного поставщика резьбомеров;
  • Центровочные элементы резьбомеров могут сделать невозможным их применение в глухих отверстиях.
  • Текстура или качество поверхности микрорезьбы может оказаться неприемлемым;
  • Конечному покупателю необходимо выявить узкие места в измерениях и включить их в свои стандарты приемки.

Выдержка из стандарта UNM: «Контактное измерение резьбы, такое, как использование резьбовых калибров с положительным и отрицательным допуском, а также метод трехпроводного измерения и простые резьбовые калибры, могут использоваться для измерения резьбы размером не менее, чем 0.7 UNM». Резьбовые калибры с отрицательным допуском используются в первую очередь, при этом накручиваются на резьбу только один раз, поскольку повторные накручивания могут привести к износу отдельных витков, выходящих за допуски. Далее используется калибр с положительным допуском. Он накручивается также один раз.

Компания Thread Check Inc. (Ронконкома, штат Нью Йорк) выпускает полный спектр унифицированных резьбовых колец и резьбовых шаблонов для измерения внутренних и внешних резьб шагом от 0,3 до 1,4 мм. Линейка включает в себя наборы резьбовых колец и калибров с положительным и отрицательным допусками.

Читайте уникальные материалы о новых инструментах и трендах, обзоры способов нарезания резьбы и статьи, освещающие решения проблем обработки, в рубрике «Нарезание резьбы».

Источник новости: перевод статьи 
Making Micro Threads



Понравилась статья? Поделитесь: