Инструменты для накатывания резьбы очень похожи на метчики, но имеют абсолютно иной принцип действия. Все фотографии предоставлены компанией Walter USA

Инструменты для накатывания резьбы очень похожи на метчики, но имеют абсолютно иной принцип действия. Все фотографии предоставлены компанией Walter USA

Формирование внутренней резьбы обычно выполняется на последней стадии производственного цикла. Это означает, что данный процесс очень важен, так как основная часть расходов на изготовление детали уже инвестирована. Ошибка или брак могут обойтись очень дорого.

Поэтому когда речь заходит о нарезании резьбы, производительность и стоимость инструмента не всегда являются основными факторами. Иногда основное внимание уделяется надежности процесса. Обычно резьбу нарезают одним из трех способов, каждый из которых имеет преимущества применения в различных ситуациях.

Нарезание

Нарезание – наиболее часто используемый процесс, и в 90% случаев для нарезания внутренней резьбы используют именно его. В процессе нарезания используется метчик, который врезается в материал изделия по спиральной конфигурации, необходимой для получения отверстия с резьбой. Конструкция режущего инструмента должна разрабатываться для каждого конкретного диаметра и типа резьбы, а скорость подачи инструмента должна соответствовать шагу резьбы.

Инструмент подается исключительно по оси Z, что делает программирование относительно простым. Но нужно учитывать разнообразие инструментов, которые могут различаться количеством канавок, длиной заборной части, системой допусков, передним и задним углом резца, углом наклона кромки и стандартом хвостовика (например, стандарты немецких организаций DIN или ANSI). Поэтому найти оптимальный дизайн для конкретного применения может стать непростой задачей.

Накатывание

Накатывание – это процесс формирования внутренней резьбы, последние 20 лет развивающийся быстрыми темпами. При накатывании материал выдавливается для придания ему нужной формы. Для накатывания резьбы используется инструмент, похожий на метчик, но имеющий принципиально другую конструкцию и функциональность. Резьба при накатывании получается значительно более прочной, чем при нарезании, потому что при этом изменяется структура материала, находящегося в холодном состоянии, а это повышает твердость заготовки. Более того, в процессе накатывания заготовка не подвергается резке, и, соответственно, не образовывается стружка. Таким образом устраняется одна из основных проблем нарезания – удаление стружки.

Фреза имеет форму резьбы, но диаметр нарезаемой резьбы контролируется станком

Фреза имеет форму резьбы, но диаметр нарезаемой резьбы контролируется станком

Однако накатывание накладывает ограничение на материал, в котором можно сделать резьбу – он должен быть ковкий. Накатывание не используется для обработки таких хрупких материалов, как чугун.

Фрезерование

Фрезерование – это процесс резания материала при помощи вращающегося инструмента, имеющего форму резьбы. Размер фрезы меньше, чем диаметр отверстия, поэтому для нарезания резьбы станок должен вводить фрезу в отверстие, одновременно подавая ее по оси Z и создавая таким образом спиралевидную резьбу.

Обычно для нарезания резьбы инструмент вращается на 360 градусов, однако некоторые производители рекомендуют проходить полные 180 градусов для входа в отверстие и еще 180 градусов для выхода из него. В последнем случае для завершения нарезки инструмент совершит два полных оборота.

Использование фрезы делает программирование станка более сложным, но так как станок частично контролирует точный размер резьбы, настройка ее размера осуществляется путем внесения изменений в программу. При нарезании и накатывании вместо настройки приобретается инструмент нужного размера.

Фрезерование обычно используется для нарезания резьбы большого диаметра. Однако фрезы уникальной конструкции, называемые сферическими фрезами, могут нарезать резьбу размером UNC1-64 и доступны в качестве стандартного изделия. Отверстие для такой резьбы имеет диаметр 1,5113 мм. В то же время метчики могут нарезать резьбу М1, для этого используется сверло-метчик диаметром 0,7493 мм.

Сравнение надежности процессов

Нарезание – надежный и простой способ создания резьбы. Однако для достижения стабильного результата необходимо выбрать правильный метчик, подходящий для  конкретной задачи.

Удаление стружки является основной проблемой, и особенно это касается глухих отверстий. Для ее удаления необходимо выбрать правильную конструкцию метчика. Именно поэтому большинство производителей предлагают широкий выбор метчиков с различной геометрией и конфигурацией.

Еще одну проблему представляет поломка и застревание метчиков в отверстии. Так как головка метчика буквально ввинчивается в заготовку, извлечь сломавшуюся часть или части может быть очень непросто. Для этого может потребоваться дополнительная механическая обработка заготовки или обработка на другом станке, таком как электроэрозионный вырезной станок.

Ассортимент инструментов для накатывания резьбы менее разнообразен, чем ассортимент режущих метчиков, что связано с отсутствием необходимости удалять стружку. По сравнению с метчиками, накатники имеют значительно более широкий стержень, делающий их прочнее.

При поломке накатника его также непросто извлечь из отверстия, но ломаются они реже, в основном благодаря большему диаметру стержня. По сравнению с нарезанием, накатывание сильно ограничено областью применения, типом материалов и размером резьбы. Техническая документация некоторых конструкторских предприятий и даже в масштабах целых отраслей содержит специальные указания, запрещающие накатывать резьбу на изделии.

Это связано с тем, что после накатывания на дне отверстия остается небольшое углубление, называемое за свой внешний вид «рыбий рот». Например, на деталях для медицинской и пищевой промышленности накатывание не допускается, так как в этом маленьком углублении могут размножаться бактерии, а очистить и простерилизовать его непросто. Тем не менее, это углубление никак не влияет на качество резьбы.

Фрезерование является наиболее гибким из трех процессов. Сам инструмент задает только форму и наклон резьбы, поэтому им можно нарезать резьбу любого диаметра – главное, чтобы ее форма и наклон не менялись. Например, при помощи одного инструмента можно нарезать резьбу  диаметром 1″-8 и 1½ «-8 по стандарту UN. При этом в размер резьбы можно вносить небольшие изменения, чтобы она соответствовала требуемым допускам, или компенсировать износ инструмента, тем самым продлевая срок его службы.

Диаметр стержня фрезы меньше, чем диаметр метчика или накатника, но фрезерование и не требует инструмента с высокой прочностью. Диаметр инструмента обычно составляет 70-80% диаметра резьбы, инструмент значительно меньше контактирует с заготовкой и, соответственно, на него передается меньший крутящий момент. Даже если инструмент сломался, небольшой диаметр позволяет легко извлечь его из отверстия и после установки новой фрезы продолжить процесс обработки.

Учитывая, что подавляющее большинство резьб выполняется при помощи метчика, этот процесс  можно считать эталоном надежности. По сравнению с нарезанием, накатывание считается чуть более надежным, так как в процессе накатывания не образовывается стружка. К тому же накатник имеет больший корпус, чем метчик, и он с меньшей вероятностью сломается в процессе работы. А для обеспечения максимальной надежности оптимальным вариантом является фрезерование.

Применение на практике, пример №1

WAL-247C_optНе так давно компания Walter USA работала с компанией-производителем плашек из Северного  Висконсина. В ходе работы мы пытались установить, будет ли фрезерование лучшей альтернативой нарезанию, которое они на тот момент применяли. Процесс нарезания был нестабилен, инструменты ломались, а срок их службы был неодинаковым. В заготовке из инструментальной стали P-20 твердостью 33-36 HRC требовалось выполнять 30 отверстий с резьбой M30 глубиной 50,8 мм. При 80 об/мин скорость нарезания составляла 7,62 м/мин, и для формирования резьбы требовалось 26 секунд.

После наладки и испытаний фреза сравнялась с метчиком по скорости нарезания. Во время дальнейших испытаний фреза достигла скорости 198,12 м/мин, что уменьшило время нарезания резьбы до 19 секунд. Еще до компенсации износа срок службы фрезы превысил срок службы метчика, который составил 200 заготовок. В итоге, благодаря переходу на фрезерование клиент начал обрабатывать заготовку быстрее, себестоимость обработки отверстий снизилась, а сам процесс стал более надежным и стабильным.

Применение на практике, пример №2

WAL-247D_optПроизводственная мастерская из Центрального Иллинойса испытывала затруднения с нарезанием резьбы М-8 в стальном изделии. Чертеж предусматривал наличие резьбы глубиной 17,5 мм в глухом отверстии. Резьба проходила через поперечное отверстие. Материал изделия – литая сталь 17-22 AS твердостью 35-38 HRC. В процессе обработки возникала проблема с удалением стружки, что иногда приводило к поломке инструмента.

Компания Walter USA порекомендовала перейти от нарезания к накатыванию. Клиент не изъявил большого желания менять свой производственный процесс, поэтому компания Walter доставила образцы изделия в Технологический центр г. Уокешо, штат Висконсин, для сравнения процессов нарезания и накатывания.

Результаты испытания были вполне однозначны, но мы не смогли должным образом продемонстрировать качество получаемых деталей и надежность наших инструментов, так как небольшое количество образцов не позволило испытать полный срок службы инструментов. Применение метчиков различных конструкций немного улучшило результат. Удалять стружку стало проще, благодаря тому, что она стала короче и не цеплялась одна за другую. Однако в отверстии все еще оставалось некоторое количество стружки, которое нужно было удалять при помощи дополнительной операции обработки. Очевидно, что при накатывании, которое формирует резьбу, а не нарезает, такая проблема не возникала.

Более того, накатники значительно меньше изнашивались, и это дало основание полагать, что срок их службы будет существенно больше, чем у метчиков.

Основным преимуществом стала производительность. Скорость подачи при нарезании составляла 264,2 мм/мин, а при накатывании – 584,2 мм/мин. Двукратное увеличение скорости подачи позволило сократить время производственного цикла более чем на 50%. При помощи накатывания клиент не только повысил надежность процесса, но также увеличил производительность и срок службы инструментов.

Источник материала: перевод статьи
Triple Threaders,

Cutting Tool Engineering (CTE) 

Автор статьи:
Люк Полок (Luke Pollock),

Walter USA LLC

Об авторе: Люк Поллок работает менеджером по продукции (круглые резцы) в компании Walter USA LLC, Уокешо, штат Висконсин. 



Понравилась статья? Поделитесь: