Доклад на тему резьба по металлу

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Лекция

Резьба применяется в технике для разъемного соединения деталей. Резьбы при-меняемые для неподвижных соединений, называют крепежными резьбами. В зави-симости от применения к ним предъявляют требования на прочность или герметич-ность. Крепежные резьбы имеют обычно треугольный профиль резьбы. Резьбы, при-меняемые в подвижных соединениях, называются кинематическими (ходовыми). В подвижных соединениях одна деталь перемещается относительно другой детали. К такой резьбе предъявляются требования на прочность, точность перемещения, сни-жение трения. Кинематические резьбы имеют преимущественно трапециидальный или прямоугольный профиль.

 по характеру поверхности – цилиндрические или конические;

 по расположению – наружные или внутренние;

 по профилю – треугольные, упорные, прямоугольные, трапециидальные и круглые;

 по направлению винтовой линии – правые и левые;

 по числу заходов – однозаходные и многозаходные;

 по назначению – крепежные, кинетические и специальные.

Резьба – это винтовая нарезка, имеющая определенный профиль, диаметр и шаг. Она нарезается на деталях, имеющих цилиндрическую или коническую поверх-ность. Поверхность резьбы образуется плоским контуром фигуры, лежащей в одной плоскости с осью резьбы, и перемещающимся по винтовой линии цилиндрической или конической поверхности. Осью резьбы называют ось цилиндрической кониче-ской поверхности, на которой образуется резьба.

Нарезание резьбы ручным и механическим способами

Образование резьбы производится тремя методами:

 нарезание резьбы режущим инструментом, изготовленным из инструментальных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов; к ним относятся резьбовые резцы и гре-бенки, метчики, резьбонарезные плашки, резьбонарезные самооткрывающиеся го-ловки, резьбовые фрезы и обкаточные резцы;

 шлифование резьбы мелкозернистыми резьбошлифовальными

кругами – однониточными и многониточными;

 накатывание резьбы ( метод пластических деформаций ) накатными роликами, плоскими накатными плашками, а так же головками с узкими накатными роликами (с продольным перемещением головки или заготовки).

Резьбу можно получить путем:

 многопроходного нарезания однониточным инструментом (рисунок 1,а) – резец-стержневой, призматический или круглый, однониточный, шлифовальный круг;

 однопроходного нарезания многониточным инструментом (рисунок 1,б) – гребен-

ка, круглая плашка, метчик, резьбонарезная головка, многониточный шлифоваль-ный круг;

 однопроходного фрезерования вращающимся инструментом (рисунок 1,в) –резьбовая однониточная фреза, вихревая головка с твердосплавными резцами;

 фрезирование вращающейся многониточной фрезой, ширина которой больше длины нарезаемой резьбы (рисунок 1,г);

 накатывание резьбы широкими роликами или плашками (рисунок 1,д);

 однопроходного накатывания резьбы узкими роликами с осевой подачей (рису-нок 1,е);

однопроходного обкатывания обкаточным резцом (рисунок 1,ж).

Рисунок 1 – Схемы получения различными инструментами

Процесс получения резьб часто разделяется на черновые и чистовые переходы или операции. При черновом нарезании с большими сечениями среза происходит ин-тенсивное нагревание заготовки. Поэтому целесообразно производить чистовое на-резание с меньшими сечениями среды для обеспечения точного шага, профиля резьбы. Особенно важно производить разделение нарезания на черновое и чистовое при обработке длинных резьб.

Инструмент для нарезания резьбы ручным методом

Резьбовые резцы и гребенки

Резьбовые резцы служат для нарезания наружной и внутренней резьбы. Они делятся на: стержневые однониточные и гребенчатые;

призматические однониточные и гребенчатые;

круглые (дисковые) также однониточные и гребенчатые.

Призматический резьбовой резец (рисунок 2) при использовании закрепляют в специальную державку, часто пружинную. Призматические резцы можно применять только при небольших углах подъема резьбы, так как у этих резцов нельзя давать разные задние углы на боковых сторонах профиля.

Рисунок 2 – Резьбовый призматический резец

Значительно чаще применяются круглые резьбовые резцы. Изготовление круг-лого резца проще призматического, профиль его может быть прошлифован на резь-бошлифовальном станке. Круглые резцы для наружной резьбы выполняются обычно насадными. Резец устанавливается на державке, для предохранения проворачивания он снабжается зубцами на одном или обоих торцах.

Многониточные резцы называют гребенками. Гребенки бывают:

плоские (стержневые) (рисунок 3, а);

призматические (рисунок 3, б) ;

круглые с кольцевой или винтовой нарезкой (рисунок 3, в).

Стержневые и призматические гребенки из-за трудности изготовления не полу-чили широкого распространения. Распространены круглые гребенки, которые имеют несколько кольцевых или винтовых витков.

При нарезании внутренней резьбы направление резьбы такой гребенки должно совпадать с направлением резьбы детали. При нарезании наружной резьбы направ-ление гребенки должно быть обратным направлению резьбы детали.

Нарезание резьбы метчиками

Метчиком нарезают внутреннюю резьбу. Он представляет собой винт, снаб-женный продольными прямыми или винтовыми канавками, образующими режущие кромки. Работает он при двух одновременных движениях: вращательном (метчики или заготовки) и поступательном (вдоль оси метчика).

а) б) в)

а – плоская ( стержневая ); б – призматическая;

в – круглая

Рисунок 3 – Резьбовые гребенки

Метчики можно подразделить на следующие основные типы: ручные, гаечные, машинные, плашечные, колибровачные, регулируемые и самооткрывающиеся.

На рисунке 4 показан метчик и обозначены его основные части и конструктив-ные элементы.

Рисунок 4 – Части и конструктивные элементы метчика

Рабочая часть, то есть вся нарезанная часть метчика, делится на заборную и ко-либрующую. Заборной, или режущей частью, называется передняя конусная часть метчика, на долю которой приходится черновое нарезание резьбы. Колибрующая часть метчика служит для зачистки резьбы.

Хвостовая часть метчика представляет собой стержень для закрепления метчика в патроне или воротке; квадрат служит для передачи крутящего момента.

К элементам, определяющим конструкцию метчика, относятся канавки для раз-мещения стружки, режущие перья, сердцевина (внутренняя часть тела метчика).

Метчики изготовляют в основном с прямыми, но иногда и с винтовыми канав-ками.

Материалом для изготовления метчиков служит быстрорежущая инструмен-тальная углеродистая сталь У1А.

Метчики по точности изготовления разделяются на:

 машинно-ручные и гаечные с шлифованной резьбой (из стали Р18), С – повышен-

ной и Д - обычной точности;

 ручные с нешлифованной резьбой (из стали У12) двух степеней точности:

Е – обычной и Н – пониженной.

Плашка во внутренней полости имеет нарезку и при навивании на деталь наре-зает наружную резьбу обычно за один проход.

Существует несколько видов плашек:

 цельные и разрезные;

они могут быть круглые, квадратные и шестигранные (рисунок 5, а … в);

трубчатые резьбонарезные плашки (прогонки; рисунок 5, г),

 плашки к слесарным клуппам.

а – круглая; б – квадратная; в – шестигранная; г - трубчатая

Рисунок 5 – Типы резьбонарезных плашек

Работа плашки совершенно аналогична работе метчика, только в отличие от по-следнего плашка нарезает не внутреннюю, а наружную резьбу.

Круглые плашки применяются для нарезания резьбы и для колибрования (за-чистки) предварительно обработанной резьбы.

Нарезание резьбы сопровождается отделением значительного количества струж-ки, и стружечные отверстия должны быть большими, чтобы стружка не забивалась в них.

Трубчатые плашки, вследствие деформации резьбы при термической обработке не могут давать особо точную резьбу.

Для нарезания крупных резьб вручную в несколько проходов потребовались специальные раздвижные плашки, к которым относятся плашки для слесарных клуп-пов, плашки для трубчатых клуппов и регулируемые плашки. Такие плашки позво-ляют в процессе нарезания резьбы путем их регулирования изменять диаметр наре-заемой резьбы и, таким образом, дают возможность производить нарезание в не-сколько проходов.

Оборудование для механического способа нарезания резьбы

Резьбовые соединения, выполняемые с помощью резьбовых крепежных деталей (болтов, винтов, муфт, шпилек), широко применяется в машиностроении. Образо-вание резьбы методами резания или пластического деформирования осуществляется на многих группах и типах станков с применением разнообразных инструментов. Это позволяет получить цилиндрическую и коническую резьбы, внутреннюю и на-ружную резьбы различного профиля, однозаходные и многозаходные. Выпускают также специализированные станки для образования резьбы нарушением или пласти-ческим деформированием – накатыванием.

Резьбонарезные станки выполняются с вертикальной и горизонтальной компо-новкой шпинделя, имеют один – два или более шпинделей, работают как полуавто-маты и автоматы, служат для нарезания внутренних (в гайках) и наружных (на бол-тах и винтах) резьб. Нарезание ведется как метчиками, так и резьбонарезными голов-ками с круглыми или тангенциальными плашками.

При производстве резьбовых деталей массового применения широкое примене-ние получили высокопроизводительные резьбонакатные станки, работающие плос-кими плашками или роликами. Высокоточные резьбы обрабатывают на резьбошли-фовальных станках.

а - Нарезание цилиндрической резьбы резцом на токарно – винторезных станках осуществляется (рисунок 6) путем вращения заготовки и продольной подачи рез-ца на шаг Р за каждый оборот заготовки. Нарезание внутренней резьбы осущест-вляется специальным резьбовым расточным резцом с профилем, соответствую-щим заготовке.

За каждый проход резца по винтовой линии выбирается часть материала канав-ки. Срезание этого материала может быть различным, однако всегда имеет две ста-дии – черновую и чистовую. На черновой стадии стремятся к наибольшему съему материала, а на чистовой – к получению требуемой точности и шероховатости.

При одной схеме выборки материала (рисунок 7, а, б) резец углубляется после каждого прохода, но одновременно несколько смещается и вдоль оси. При другой

Рисунок 6 – Схемы нарезания наружной ( а ) и внутренней ( б ) резьб

Встречаться с резьбовыми соединениями, вследствие их широкого применения, приходится постоянно. В этой статье рассматриваются основные виды резьбы и инструменты для её выполнения. В качестве практической части приведён пример нарезания трубной резьбы.

Резьбовые соединения являются наиболее распространённым способом монтажа различных конструкций и деталей механизмов. Им свойственны такие достоинства, как надёжность, универсальность, возможность выдерживать большую нагрузку, многократность использования, лёгкость при изготовлении.

Резьба представляет собой спираль, выполненную на цилиндрической поверхности. Основные элементы метрической резьбы показаны на картинке ниже.

Классификация резьбы

При разделении резьб на различные виды учитываются следующие параметры:

Место расположения: внутренняя и внешняя.
Направление вращения: правая и левая.
Форма профиля: прямоугольная, треугольная, круглая, трапециевидная.
Характер поверхности: коническая и цилиндрическая.
Назначение: крепёжная, ходовая, специальная и другие.
Количество заходов: одно- или многозаходная.

Метрическая резьба имеет профиль равностороннего треугольника, соответственно угол её профиля составляет 60°. Данный тип является самым используемым при выполнении крепёжных соединений. Может быть с крупным и мелким шагом при диаметрах 1–68 мм, а более 68 мм — только с мелким шагом. Для её условного обозначения применяются миллиметры:

М12х1 — метрическая резьба с номинальным (внешним) диаметром 12 мм и шагом 1мм.
М16LHх0,5 — резьба метрическая диаметром 16 мм, левая, шаг — 0,5 мм.
М8 — резьба с крупным шагом диаметром 8 мм.

Метрическая резьба

В узлах, требующих фиксации и герметичности без дополнительных элементов, используется коническая метрическая резьба (МК).

Дюймовая резьба тоже обладает треугольным профилем, но с вершиной в 55°. Числовое значение (2") говорит об условном просвете в трубе, а не о действительном диаметре трубы. Под шагом дюймовой резьбы принято считать число витков, расположенных на одном дюйме. Распространена в зарубежных странах, в России применяется для ремонта оборудования, в новых разработках не используется.

Дюймовая резьба

Дюймовый профиль также имеет трубная цилиндрическая резьба, которая применяется для соединения фитингов, муфт, труб и других элементов водопроводов размером до 6 дюймов. Пример условного обозначения:

G¼-B — резьба цилиндрическая трубная, условный проход (внутренний диаметр трубы) ¼ дюйма, B — класс точности.

У трапецеидальной резьбы (Tr) профиль имеет форму трапеции, обрезанной из треугольника с вершиной в 30°. Встречается многозаходные разновидности, применяется в конструкциях возвратно-поступательных механизмов и винтах, подвергающихся тяжёлой нагрузке.

Трапецеидальная резьба

Упорная резьба — профиль в виде трапеции с разными сторонами, используется в прессах, домкратах и других устройствах, испытывающих одностороннюю нагрузку. Обозначение:

Упорная резьба

Квадратная (другими словами — прямоугольная) резьба не стандартизирована, исполняется по размерам, необходимым в конкретном случае, встречается на ходовых винтах.

Прямоугольная резьба

Круглая резьба — хорошо выдерживает нагрузки, имеет значительный срок службы даже в загрязнённых условиях. Поэтому применяется в вентилях или шпинделях — обозначается Rd, а также в различных санитарно-технических устройствах — Кр12х2,54.

Круглая резьба

Инструменты для нарезания резьбы

Внутренняя резьба выполняется метчиком — винтом с продольными режущими кромками. Состоит из хвостовика для закрепления в воротке и рабочей части, осуществляющей нарезание резьбы. Условно подразделяются на два типа: ручные (слесарные) и машинные.

Слесарный набор для выполнения метрической резьбы комплектуется в зависимости от размера резьбы:

одним метчиком (8–18 мм);
двумя (6–24 мм) — черновым и чистовым;
тремя метчиками (2–52 мм) — черновым, средним, чистовым.

Маркировка изделий наносится на хвостовике, где отображается размер резьбы (М10) и одна риска, если это черновой метчик, две — для углубления резьбы, три или без них — чистовой метчик. Иногда встречается обозначение цифрами 1, 2, 3.

Конструкция комбинированных метчиков представляет собой два участка с разной величиной режущих кромок, что позволяет экономить время. Режущая часть метчика может быть исполнена в форме конуса для сквозных или в виде цилиндра для глухих отверстий.

Перед нарезанием внутренней резьбы сверлится отверстие меньшего диаметра, значение которого находится в специальных таблицах. В процессе работы метчик держится строго перпендикулярно, в рабочую зону добавляется смазка. Через каждые 4–5 витков следует выкручивать метчик и удалять стружку, что удобно делать специальным ёршиком.

Наружная резьба выполняется в промышленных масштабах на токарных станках резцами или резьбонакатными устройствами, при разовых потребностях используют плашки:

Цельные круглые — обеспечивают высокое качество, для работы закрепляются в держателе и фиксируются стопорными винтами.
Разрезные — состоят из двух половинок, поэтому имеют меньшую жесткость, применяются для нетребовательных соединений.
Раздвижные — используются в клуппах, позволяющих изготавливать трубную резьбу различного размера.

Внешне плашка напоминает гайку с расположенными внутри режущими гранями и отверстиями для отвода стружки. Существуют плашки для изготовления резьбовых соединений разных систем измерения: дюймовой или метрической, несовместимых друг с другом. Диаметр обрабатываемого стержня должен быть такой же, как и наружный размер плашки. Для большей точности используются парные инструменты, исполняемые ими размеры резьбы отличаются на полмиллиметра.

Для выполнения трубной резьбы выпускаются клуппы разных конструкций. В корпусе этих устройств размещаются подвижные режущие плашки, которые поворотом план-шайб устанавливаются на нужный диаметр резьбы. Инструменты комплектуются двумя наборами плашек для труб диаметром 15, 20 мм и 25, 32, 38, 50 мм. В стеснённых местах используется трещоточный клупп с храповым механизмом.

Практический пример нарезания трубной резьбы

В работе использовались:

Плашка ¾ дюйма.
Трубные тиски.
Болгарка.
Напильник.
Плашкодержатель.
Масло машинное.
Труба из нержавеющей стали.

1. Обрабатываемый конец трубы зажимается в тисках, болгаркой подравнивается срез — он должен быть ровный. Напильником выполняется заход (снимается фаска).

3. Выполняем резьбу нужной длины, в данном случае порядка 18 мм достаточно для наворачивания муфты.

4. Далее скручиваем плашкодержатель и очищаем резьбовую поверхность от опилок, всё — работа закончена в течение получаса.

Разобравшись в том, какие бывают резьбы и как они выполняются, можно будет без особого труда самостоятельно заменить шпильку или болт, отремонтировать мебель, нарезать трубы для дачи и многое другое.

В промышленности используют разъёмные и неразъёмные соединения. При этом все возможные способы соединения стандартизированы. Неразъёмные соединения встречаются реже, выполняются путём сваривания, спаивания и т.д. Разъёмные соединения более распространены, они получаются в результате применения различных крепёжных элементов. Резьбовые соединения относятся к разъёмным, их можно встретить во всех отраслях промышленности. То, какими бывают виды резьб и какие они имеют особенности мы разберём в этой статье.

Основные параметры

Что такое резьбовое соединение? Определение может иметь следующий вид – чередующиеся вершины и впадины, находящиеся по винтовой линии на поверхности тела вращения.

Профиль резьбы – контур сечения витка.
Угол профиля – угол между боковыми сторонами резьбы.
Вершина профиля – часть винтовой поверхности, соединяющие смежные боковые стороны по её вершине.
Впадина профиля – часть поверхности, соединяющая смежные стороны по дну канавки.
Шаг резьбы – интервал между точками боковых сторон профиля, находящихся в одной плоскости.
Кроме того, можно выделить наружный диаметр, внутренний диаметр и средний диаметр.

Ниже приведена таблица с условными обозначениями:

Параметр	Обозначение
Угол профиля	B
Шаг резьбы	P
Внутренний диаметр резьбы	d
Наружный диаметр резьбы	D

Область применения резьбовых соединений

Назначение резьбы – соединять делали в единую конструкцию. Резьба по металлу может иметь различную классификацию, следовательно, различную область применения крепёжных элементов:

Строительство мостовых конструкций.
Соединение между собой различных элементов конструкций.
Сборка отдельных изделий, например, корпуса редуктора.
Создание трубопроводных систем.

Изображение резьбы на чертежах

Резьбовое соединение на чертежах изображается условно. Профили резьбы не влияют на обозначения, они всегда будут одинаковыми. Каждый тип при этом имеет нюансы.

Обозначение резьбы на чертежах

Наружная обозначается на внешней части стержня непрерывной толстой линией по внешнему диаметру и тонкой линией по внутреннему диаметру. На виде сбоку, она обозначается тонкой дугообразной линией, равной трём четвертям окружности.

Внутренний диаметр резбы в отверстии обозначается толстыми линиями, а наружный диаметр внутренней резьбы тонкими линиями.

Классификация и главные признаки

Классификация резьб достаточно разнообразна, например, по назначению она делятся на:

Крепёжные, используются в неподвижных узлах или выполняют уплотнительную функцию.
Ходовые или кинематические используются в подвижных конструкциях.

Классификация по форме поверхности включает в себя:

По месту нанесения бывает:

По форме профиля:

Треугольная.
Трапециевидная.
Прямоугольная.
Круглая.
Специальная.

По направлению делятся на:

Характеристика видов резьб

Ранее мы уже рассматривали стандартный вопрос, какую резьбу называют крепёжной и что такое ходовая резьба? Но рассматривая виды резьб стоит напомнить, что крепёжная используется для неподвижных элементов и уплотнений, а ходовая в движущихся соединениях. Резьба можем быть правой или левой, в зависимости от ого, куда направлена винтовая линия.

Выделяют следующие характеристики резьбы:

Диаметр.
Шаг резьбы.
Единицы измерения.
Тип профиля.

Метрическая

Метрическая коническая

Отличается от метрической резьбы боковыми поверхностями, а именно небольшим углом наклона. Благодаря такой особенности конструкции получается достичь высокой герметичности стыка, и исключить самопроизвольное отворачивание.

Цилиндрическая

Дюймовая

Дюймовая цилиндрическая

Распространённый в Северной Америке стандарт, с треугольным профилем вершина которого имеет угол 60 градусов. В зависимости от шага витка подразделяется на несколько категорий. Такой тип нарезки активно применяется в фототехнике при производстве специализированного оборудования.

Дюймовая коническая

Конический профиль имеет треугольную форму с верхним углом 60 градусов. Выступы располагаются на конической поверхности, а характеристики и размеры регламентируются ГОСТом 6111-52 . Такие изделия широко применяются в водопроводных системах, газовых трубах и т.д.

Упорная

Упорная резьба допускается к использованию в узлах, которые подвержены высокой нагрузке. Профиль имеет треугольную форму с наклоном граней 3 и 30 градусов. Такое соединение отличается высокой механической прочностью.

Упорная усиленная

Для достижений большей прочности изменены углы наклона боковых сторон профиля, в данном случае они составляют 3 и 45 градусов. Такое соединение широко применяется в промышленности.

Трапециедальная

Применяется в производстве грузоподъёмных механизмов, отличительной особенностью является треугольный профиль с вершиной 30 градусов. Особенностями являются низкие потери при трении и устойчивость к высоким нагрузкам. Для изготовления такого типа резьбы не требуется сложного специализированного оборудования.

Круглая для санитарно-технической арматуры

Используется в сантехническом оборудовании, конструктивно состоит из окружностей на вершинах и впадинах, соединённых прямыми отрезками. Такая можно встретить в смесителях, кранах и т.д. Кроме того, нарезка применяется в промышленности т.к. отличается высокой динамической прочностью.

Эдисона круглая

Трубная коническая

Имеет конические боковые кромки, вершина каждой – это угол в 55 градусов. Параметры прописаны в ГОСТе 6211-81 и в международных нормативах ISO R7 и DIN 2999.

Трубная цилиндрическая

Дюймовая резьба, отличается треугольным профилем, с вершинным углом в 55 градусов. Регламентируется стандартом BSW.

Нефтяной сортамент

Узкоспециализированная нарезка, применяемая при бурении скважин. Коническая форма профиля позволяет соединениям выдерживать высокое давление и обеспечивает абсолютную герметичность.

Достоинства и недостатки резьбовых соединений

Преимуществом применения резьбового соединения является то, что, если возникнет необходимость заменить крепёж, можно легко сделать это не повреждая корпус.

Минусом можно считать точки концентрации напряжения, которые возникают в местах отверстий для крепежа.

Но преимуществ всё-таки больше. К ним можно отнести:

Определение типа резьбы

Вариантов как определить тип резьбы несколько. Специалист сразу видит, например, отличие метрической резьбы от дюймовой невооружённым взглядом. Однако, учитывая все разновидности резьб, качественно измерить параметры возможно только штангенциркулем или специализированным металлическим шаблоном. В случае измерения параметров инструментами, полученные данные нужно сравнить с ГОСТом.

Используя шаблон определить тип проще, для этого нужно обратить внимание на маркировку, нанесённую на шаблон. Конструктивно шаблоны представляют собой пачку листов из металла с соответствующими отверстиями, на одной оси. Для идентификации на все элементы наносится значение указывающие шаг резьбы.

Опыт в сфере металлообработки более 30 лет. Закончил МГТУ им. Н. Баумана. Работал штамповщиком, станочником металлообработки, имею 5 разряд сварщика.

Для создания разъемного соединения деталей, выдерживающего внешние механические нагрузки, или позиционирования элементов в пространстве применяют болты, шпильки и гайки. Существуют различные виды резьбы, которые отличаются профилем нарезки, частотой витков и прочностными характеристиками. Например, некоторые соединения при приложении нагрузки автоматически затягиваются, предотвращая самопроизвольное разделение элементов конструкции.

Для создания разъемного соединения деталей применяют болты, шпильки и гайки.

Функциональное назначение резьбы

Винтовая нарезка, выполненная на стержне или внутри гайки, позволяет:

удерживать детали на расстоянии, указанном в чертежной документации;
фиксировать элементы конструкции от смещения относительно друг друга;
обеспечивать плотную посадку деталей;
защищать узел от разрушения (при чрезмерной нагрузке происходит срыв винта или шпильки);
преобразовывать вращательное движение в поступательное (например, ходовой винт токарного станка обеспечивает перемещение суппорта).

Классификация и главные признаки

Резьбы подразделяются на категории по признакам:

шкала измерения диаметра (метрические, питчевые, дюймовые или модульные);
положение на поверхности (снаружи стержня или внутри просверленного в детали канала);
направление витков (бывают нарезки с левым или правым расположением витков);
количество заходов нарезки (стандартная однозаходная или специальные многозаходные);
профиль (треугольный, трапециевидный, прямоугольный, сферический);
взаимное положение кромок детали с нарезкой (цилиндрическая или коническая);
назначение (крепежная, ходовая и ряд других).

Характеристика видов резьб

Резьба характеризуется несколькими параметрами:

диаметр, измеренный между верхними точками выступов внешней нарезки или нижними точками впадин внутренней;
шаг, указывающий на расстояние между одинаковыми боковыми плоскостями профиля;
единицы измерения размеров;
конфигурация профиля и положение боковой плоскости нарезки относительно осевой линии.

Резьба с треугольным профилем наносится на поверхности на автоматизированном оборудовании, рассчитанном на массовое производство. В некоторых мелкосерийных узлах встречаются крепления с прямоугольным или квадратным профилем, нарезанным на металлообрабатывающих станках.

Из-за пониженной точности и увеличенных затрат времени технология используется редко. Существуют специальные резьбы, которые отличаются профилем или шагом от стандартных значений. В документации для обозначения вводятся литеры Сп (например, Сп М40х1,5 левая).

Метрическая

Нарезка измеряется в мм, стандарты предусматривают поперечное сечение в пределах 1-600 мм при шаге в диапазоне от 0,25 до 6 мм. Профиль представляет собой равносторонний треугольник с вершинным углом 60°. Для маркировки используют литеру М (сокращение от слова metric) и числовой код, указывающий на диаметр (для мелкой нарезки указывают шаг, иногда вводится обозначение направления хода витка). В таблице приведены стандартные шаги метрической нарезки в соответствии с международными стандартами и нормативами ГОСТ.

Номинал	Шаг, мм
М4	0,7
М6	1,0
М8	1,0
М16	2,0
М26	3,0
М32	3,5

Метрическая резьба.

Болты и шпильки со стандартной метрической нарезкой встречаются в автомобилях, металлорежущих станках, бытовом оборудовании. Уменьшение шага при сохранении неизменного поперечного сечения позволяет повысить механическую прочность резьбы. Одновременно падает угол подъема нарезки, что обеспечивает дополнительную защиту от самопроизвольного отворачивания. Мелкую нарезку наносят на детали с небольшой толщиной стенки, работающие в условиях динамических нагрузок.

Метрическая коническая

Нарезка отличается положением боковых поверхностей с небольшим углом наклона к осевой линии (конусность 1 к 16). За счет изменения конфигурации обеспечивается герметичность стыка и фиксация соединения от самопроизвольного отворачивания. Для обозначения используют комбинацию букв МК, номинальное значение поперечного размера, шаг и направление хода витков (например, МК30х3,5LH или МК30х3,5RH для левого и правого типов соответственно).

Цилиндрическая

Специальная цилиндрическая нарезка базируется на метрической, но отличается повышенной механической прочностью и стойкостью к воздействию высоких температур. Для улучшения характеристик впадины резьбы имеют увеличенный радиус скругления. Для обозначения используют буквы MJ, в коде указывают диаметр, значение шага и поля допусков нарезки.

Резьба предназначена для техники с жесткими режимами эксплуатации (например, в аэрокосмической отрасли). По габаритам детали взаимозаменяемы с элементами, имеющими метрическую нарезку.

Дюймовая

Британский стандарт дюймовой треугольной нарезки отличается системой измерения габаритов и углом при вершине, равным 55°. Базовый вариант имеет обозначение BSW (сокращение от British Standard Whitworth). Разновидность с мелким шагом имеет название BSF (от английского термина British Standard Fine). Шаг определяется как количество витков на 1″ (25,4 мм) нарезки, которая используется для соединения трубопроводов. На территории США и Великобритании стандарт применяют при изготовлении крепежных деталей, несовместимых с метрическими метизами.

Дюймовая цилиндрическая

Стандарт, распространенный на территории Северной Америки, имеет треугольный профиль с углом при вершине 60°. Предусмотрено разделение на категории UNC (Unified Coarse), UNF (Unified Fine), UNEF (Unified Extra Fine), 8UN и UNS (Unified Special) в зависимости от шага витка. Нарезка используется для фотографического оборудования (например, в СССР был принят специальный стандарт ГОСТ 3362-75, регламентировавший цилиндрическую дюймовую резьбу).

Дюймовая коническая

Коническая нарезка NPT (сокращение от National Pipe Thread) имеет треугольный профиль с верхним углом 60°. Выступы расположены на конической поверхности 1:16. Размеры регламентированы стандартом ГОСТ 6111-52, а также нормативами Американского национального института стандартов ANSI и общества инженеров-механиков ASME. Предусмотрены габариты резьбы в диапазоне от 1/16″ до 24″, нарезка используется для соединения трубопроводов для подачи воды, газа или технологических жидкостей.

Упорная

Резьбы, применяемые в нагруженных узлах и механизмах (например, гидравлических или винтовых прессах, прокатных станах), имеют треугольный профиль с углами наклона боковых граней 30° и 3°. Полученный пилообразный рисунок обладает повышенной механической прочностью, габариты регламентированы стандартом ГОСТ 10177-82. В обозначение входит литера S и числовые значения, позволяющие определить поперечное сечение, шаг и направление хода витков. Для многозаходной резьбы в коде указывается количество заходов.

Упорная усиленная

Для обеспечения повышенной несущей способности угол наклона боковых образующих профиля составляет 45° и 3°. Cтандарт ГОСТ 13535-87 допускает изготовление деталей с резьбой диаметром до 2000 мм. В идентификаторе присутствуют литера S и угол наклона 45°, указаны поперечное сечение, числовой индекс шага, направление нарезки и дополнительный код Тт. Резьба встречается в механических передачах типа винт-гайка.

Трапециедальная

Для обозначения применяется индекс Tr (от trapezoidal), к которому добавлены значения номинального диаметра, шага, направления витков и идентификатора поля допуска. Резьба характеризуется пониженными потерями на трение. Для изготовления не требуется сложное технологическое оборудование. Дополнительным преимуществом является возможность передачи реверсивного движения при повышенных нагрузках.

Трапецеидальная резьба характеризуется пониженными потерями на трение.

Круглая для санитарно-технической арматуры

Для подключения сантехнического оборудования используется резьба, состоящая из окружностей при вершине и впадине, соединенных прямыми отрезками. Полученный треугольник с закругленными вершинами имеет угол в верхней точке 30°. Параметры регламентированы нормативом ГОСТ 13536-68, идентификатор состоит из букв Кр и чисел, указывающих на значения поперечного размера и шага (может присутствовать обозначение стандарта).

Нарезку можно встретить на вентилях смесителей, соединительных гибких трубопроводах, запорных кранах, устанавливаемых на магистралях.

Резьба используется в промышленном оборудовании, обладает повышенной динамической прочностью. Ограничено применяется для передачи усилий при тяжелых условиях эксплуатации.

Эдисона круглая

Нарезку легко узнать по сферическому профилю, используется только на цоколях ламп накаливания. Для идентификации применяется литера Е и номер (соответствующий диаметру). Если нарезка выполнена на неметаллических изделиях, то в код вводится наклонная черта и дополнительная литера N (например, Е27 или Е27/N). Для установки деталей инструмент не требуется, резьба затягивается рукой.

Трубная коническая

Нарезка имеет конические боковые кромки (коэффициент 1:16) и профиль с углом при вершине 55°. В идентификации используется литера R для внешнего типа и Rc для внутреннего. Индекс содержит номинальный поперечный размер и буквы LH для указания на левое направление витков. Параметры регламентированы стандартом ГОСТ 6211-81, а также международными нормативами ISO R7 и DIN 2999.

Трубная цилиндрическая

Резьба дюймового типа, базирующаяся на стандарте BSW (British Standard Whitworth). Предусмотрены несколько вариантов шага (от 11 до 28 ниток на дюйм). Профиль имеет очертания треугольника с вершинным углом 55°.

Трубная цилиндрическая резьба.

Нефтяной сортамент

Нарезка предназначена для соединения труб, используемых при бурении скважин. Имеет коническую форму для обеспечения герметичности, профиль треугольный с вершинным углом 60° либо трапециевидный с разными размерами боковых граней (на схемах обозначается как резьба Батресс). Габариты регламентированы ГОСТом, а также нормативами Американского института нефти API.

Определение типа резьбы

Опытный механик может определить тип резьбы визуально, но полноценно выяснить параметры можно только при помощи штангенциркуля и калькулятора или специального металлического шаблона. При использовании измерительного инструмента полученные данные пересчитывают и сравнивают с табличными значениями.

На шаблонах нанесена маркировка, позволяющая назвать тип резьбы. В случае возникновения сомнений необходимо провести контрольный замер штангенциркулем и идентифицировать нарезку по таблицам.

Российская промышленность выпускает шаблоны 2 типов (с маркировками М60° для метрических профилей с углом 60° и Д55°, предназначенные для идентификации дюймовой или трубной нарезки с вершинным углом 55°). Металлические шаблоны собраны в общую пачку на центральной оси. На каждом элементе нанесена краской или выдавлена прессом цифра, указывающая на шаг резьбы (в мм или дюймах, в зависимости от типа шаблонов).

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 дюймовую резьбу);
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).

Преимущества и недостатки

Преимущества резьбовых соединений:

высокая прочность и надежность;
возможность многократной сборки и разборки;
унификация болтов и гаек в соответствии с международными стандартами;
удобство сборки и разборки конструкции;
повышенное усилие при сопряжении поверхностей при небольшой нагрузке, прилагаемой к инструменту.

Наибольшее распространение получило болтовое соединение, при котором в сопрягаемых деталях необходимо просверлить отверстия соответствующего размера. В случае поломки или повреждения достаточно отвернуть гайку и установить новый крепеж. Корпусные детали остаются нетронутыми, что снижает себестоимость ремонта. Если сквозное отверстие выполнить невозможно, то используют винты с головкой под отвертку или специальную биту. Шпильки применяют для узлов из легких сплавов или для агрегатов, требующих периодической разборки для обслуживания или ремонта.

Для установки шпилек или винтов в деталях выполняются отверстия, которые формируют зоны повышенного напряжения в металле. При приложении чрезмерной нагрузки возможно частичное или полное разрушение узла или срыв крепления. Для предотвращения самопроизвольного отворачивания необходимы установка пружинных шайб либо шплинтов или нанесение герметика на резьбу. В ряде узлов применяют болты с конической кромкой, предотвращающей самопроизвольное отворачивание (например, крепления колесных дисков автомобилей к ступице).

Большим недостатком резьбовых соединений является наличие точек концентрации напряжений по длине профиля. Кроме того, следует учесть неравномерное распределение нагрузки по виткам. Например, при использовании гайки с 10 витками на первый приходится 34% усилий, а на последний — менее 1%. По этой причине в стандартных конструкциях высота гайки составляет 0,5-0,8 от диаметра.

При приложении знакопеременных нагрузок в резьбовых соединениях появляются усталостные трещины, приводящие к разрушению конструкции. Несмотря на подобную особенность, болты широко используются в машиностроении, при сборке мостов и корпусов кораблей, для соединения железнодорожных путей, в самолетостроении или аэрокосмической индустрии.

Резьбовые соединения очень широко применяют в машиностроении, поэтому инструмент для изготовления резьб является одним из самых распространенных.

по расположению витков — наружные и внутренние;
по направлению винтовой линии — правые и левые;
по форме профиля канавки — треугольные, трапецеидальные, прямоугольные, упорные и специальные;
по направлению образующей — цилиндрические и конические;
по системе размеров — метрические и дюймовые.

В зависимости от размеров резьбы, типа производства и конструкции деталей используют разные виды резьборежущего инструмента:

резьбовые резцы (стержневые и фасонные однониточные и многониточные);
метчики (ручные, машинные, гаечные, станочные, инструментальные, маточные и т.д.);
круглые плашки;
резьбонарезные головки;
резьбовые фрезы.

1. Инструмент для нарезания резьбы

Осевой многолезвийный инструмент для образования и обработки внутренней резьбы называется метчиком, наружной — плашкой.

Ручные метчики применяют для нарезания внутренней резьбы.

Рабочая часть метчика длиной f разделяется на режущую (заборную) и направляющую (калибрующую) части длинами соответственно l1 и l2 (рис. 1, а). Резцы режущей части имеют главные кромки, расположенные на конической поверхности, и вспомогательные кромки, являющиеся частью резьбового профиля (рис. 1, б). Направляющая часть служит для направления метчика и самоподачи путем ввинчивания, а также является резервом при переточках. Угол конуса режущей части зависит от угла в плане φ, который назначается равным 5° — для ручных, 3°30′ — для гаечных и 6°30′ — для машинных метчиков. Направляющая часть имеет обратную конусность для уменьшения трения и устранения опасного заклинивания метчика в отверстии.

Рис. 1. Конструктивные элементы (а), профиль резьбы (б) и геометрические параметры (в) метчика

Длину заборной части метчика принимают для чернового метчика равной 45 S, для среднего — 2,55 S и для чистового — (1,5–2,0) S, где S — шаг нарезаемой резьбы. Машинные метчики изготовляют с коротким заборным конусом, равным (1,5–2) S.

Передние углы метчиков выбирают в зависимости от обрабатываемого материала по следующим данным:

для стали мягкой γ = 12–15°;
стали средней твердости γ = 8–10°;
стали твердой γ = 5°;
чугуна и бронзы γ = 0–5°;
легких сплавов γ = 25–30° (рис. 1, в).

Хвостовая часть метчика предназначена для закрепления его в воротке или патроне и для передачи крутящего момента.

Ручные метчики выпускаются комплектами. В комплект входят три метчика, которые делят по назначению на черновой, средний и чистовой. Черновой нарезает резьбу, снимая при этом до 60% металла; средний дает более точную резьбу, снимая до 30% металла; третий (чистовой) метчик производит окончательное нарезание и калибровку резьбы, снимая до 10% металла.

Для нарезания трубных и мелких метрических резьб используют комплект из двух метчиков.

Метчики в комплекте отличаются друг от друга профилем резьбы и длиной заборной части.

По конструкции режущей части различают два типа метчиков — цилиндрические и конические (рис. 2; а, б).

Рис. 2. Образование режущей поверхности в комплекте метчиков: а — цилиндрической конструкции, б — конической конструкции

При цилиндрической конструкции метчиков все три инструмента комплекта имеют разные диаметры. У чистового метчика полный профиль резьбы. Диаметр среднего метчика меньше нормального на 0,6 глубины нарезки, а диаметр чернового меньше диаметра резьбы на полную глубину нарезки.

Длину заборной части, учитывая распределение работы по нарезанию резьбы между тремя метчиками комплекта, устанавливают в соотношении 4:2:1. Таким образом, у чернового метчика длина заборной части равна 6–7 ниткам, у среднего — 3– 3,5 и у чистового — 1,5–2 ниткам.

Цилиндрическая конструкция метчика обеспечивает срезание вершинами зубьев стружки в виде широких площадок.

При конической конструкции метчиков все три инструмента комплекта имеют одинаковый диаметр и полный профиль резьбы с различной длиной заборных частей.

Резьба в пределах заборной части делается конической и дополнительно срезается по вершинам зубьев на конус.

У конических метчиков заборная часть равна: у чернового метчика – всей длине рабочей части, у среднего – половине этой длины, у чистового – двум ниткам.

Конические метчики применяются обычно при нарезании сквозных отверстий. Глухие отверстия нарезаются цилиндрическими метчиками.

Задняя (затылочная) поверхность (рис. 1, в) режущих зубьев затылуется по спирали, что позволяет сохранять постоянный профиль зубьев после их переточек.

Воротки и клуппы. Нарезание резьбы ручными метчиками осуществляется с помощью воротков, которые надеваются на квадратные концы хвостовиков.

Наиболее распространенными являются простые двухсторонние воротки (рис. 3).

Рис. 3. Двухсторонний вороток: а, а1, а2 — отверстия под хвостовики метчиков

Универсальные воротки (рис. 4) представляют собой рамку 1 с двумя сухарями — подвижным 3 и неподвижным 4, образующими квадратное отверстие. Одна из рукояток 2 заканчивается винтом для зажима квадрата метчика.

Рис. 4. Универсальный вороток: а — отверстие под хвостовик метчика

Другое исполнение универсального воротка приведено на рис. 5. Этот вороток позволяет работать с метчиками, размеры квадратов которых колеблются от 5х5 до 25х25 мм.

Рис. 5. Универсальный вороток

Круглые плашки используют для нарезания крепежных резьб на болтах, винтах и шпильках при работе вручную и на станках (револьверных, автоматах и т.д.).

Круглая плашка на каждом зубе 2 (рис. 6, а) имеет заднюю 1 и переднюю 5 поверхности, спинку зуба 3 и режущую кромку 6, образуемую стружечным отверстием 4. Круглая плашка имеет режущую и направляющую части длинами соответственно l1 и l2 (рис. 6, б). Длина режущей части равна полутора ниткам резьбы, а толщина плашки — семи-восьми ниткам.

Рис. 6. Конструктивные элементы (а), основные части (б) и формы стружечных отверстий (в) круглой плашки

Передние углы принимают для твердых обрабатываемых материалов γ = 10–12°; для материалов средней твердости γ = 15–20°; для мягких материалов γ = 22–50°.

Плашки применяют (рис. 7) цельные (а), разрезные (б) и раздвижные.

Рис. 7. Плашки

Круглые и раздвижные плашки при ручном нарезании устанавливаются в специальных воротках и клуппах.

Воротки для круглых плашек выполнены рамкой, в отверстие которой помещается плашка (рис. 8).

Рис. 8. Вороток для круглой плашки

Удерживается плашка от провертывания тремя стопорными винтами (1, 2 и 3), конические концы которых входят в углубления на боковой поверхности плашки. Четвертый винт входит в разрез регулируемой плашки и фиксирует правильный размер резьбы.

Клуппы для раздвижных плашек (рис. 9, а) представляют собой косую рамку с двумя рукоятками. В центральном отверстии рамки с размерами А и С устанавливаются и центрируются раздвижные плашки. Установка раздвижных плашек на требуемый размер осуществляется с помощью нажимного винта 1, действующего на подвижную часть раздвижной плашки.

Клуппы для нарезания резьбы на трубах отличаются от обычных тем, что в прорези обоймы клуппа входят четыре стальные гребенки 2 (рис. 9, б).

Рис. 9. Клуппы: а — для раздвижных плашек; б — для нарезания резьбы на трубах

Повертыванием верхней рукоятки 1 можно сближать или раздвигать гребенки и благодаря этому применять один и тот же клупп для нарезания резьбы на трубах различных диаметров. Трубный клупп снабжается направляющими 3, которые регулируются так же, как и плашки, нижней рукояткой 4. Этим обеспечивается правильное положение клуппа на трубе при нарезании резьбы.

2. Технология и приемы нарезания резьбы вручную

При нарезании резьбы метчиками и плашками часть металла не удаляется вместе со стружкой, а выдавливается вдоль режущих граней инструмента, образуя профиль резьбы на детали. С учетом этого диаметры отверстий и стержней под резьбу должны изготовляться не по номинальному размеру резьбы, а несколько ниже его. Для метрической резьбы диаметром 6–10 мм эта разница составляет 0,1–0,2 мм; диаметром 11–18 мм – 0,12–0,24 мм; диаметром 20–30 мм – 0,14–0,28 мм.

Диаметры отверстий под наиболее распространенные размеры метрической резьбы приведены в табл. 1.

Для образования захода резьбы на торце детали необходимо снять фаску, соответственно высоте профиля резьбы.

Таблица 1. Диаметры отверстий под нарезание метрической резьбы

Смазанный смазкой метчик вставляют в просверленное отверстие и, слегка прижимая его к детали левой рукой, осторожно поворачивают вороток правой рукой до тех пор, пока метчик не захватит металл и его положение в отверстии не станет устойчивым. После этого вороток берут двумя руками и вращают с перехватом рук через каждые полоборота (рис. 10, а).

Рис. 10. Движения при нарезании резьбы: а — метчиком, б — плашкой, в — клуппом

После одного-полутора оборотов метчик, покачивая в горизонтальной плоскости, вращают в обратную сторону примерно на четверть или пол-оборота. Это необходимо для того, чтобы стружка сломалась и по канавкам метчика удалилась из отверстия, не заклинив метчик. Закончив нарезание, пропускают его насквозь или вращением воротка в обратную сторону вывертывают метчик из отверстия.

Второй и третий метчики смазывают маслом и вводят в отверстие без воротка; только после того, как метчик правильно установится по резьбе, накладывают вороток и продолжают нарезание резьбы.

Таким же образом следует вести нарезание резьбы плашками. Здесь, однако, кроме круговых движений по стрелке а (рис. 10, б), воротку следует сообщать также некоторый нажим вниз по стрелке в. В процессе нарезания необходимо следить, чтобы давление на обе ручки было одинаковым.

На первом этапе нарезания резьбы следует следить за правильным положением метчика и плашки по отношению к осям отверстия и стержня. Непараллельность осей и неперпендикулярность их к торцу детали контролируются угольником и устраняются изменением положения инструмента.

Нарезать резьбу в мелких и глухих отверстиях небольшого диаметра нужно особенно осторожно, не перегружая метчик и часто очищая его от стружки.

При нарезании резьбы в глубоких отверстиях следует вывертывать метчик из отверстия для прочистки (2–3 раза).

Если необходимости получить точные и чистые резьбы на стержнях, то их нарезание следует выполнять черновой и чистовой плашками.

Если нарезание резьбы выполняется клуппами с раздвижными плашками, то их сжатие (подачу) следует производить только в начале прохода. После каждого прохода по всей длине нарезаемого стержня клупп сгоняют в обратную сторону и затем вновь поджимают плашки винтом и вновь прорезают резьбу по всей длине нарезаемого стержня до получения нужного диаметра резьбы. Поджимать плашки на середине стержня не следует. Раздвижными плашками резьбу нарезают за несколько проходов.

Для нарезания трубной резьбы клуппом трубу необходимо надежно закрепить в специальном зажиме для труб (рис. 10, в).

Вращение клуппа вокруг трубы обычно производят качательным движением в четыре приема; за каждый прием нужно повернуть клупп на 1/4 оборота.

Читайте также: