Нарезание резьбы метчиком

При нарезании резьбы метчиком, как и при любом другом виде обработки, необходимо принимать во внимание марку материала заготовки, конструкцию инструмента, возможности станка, а также режимы резания. Необходимо добавить к вышесказанному, что при нарезании резьбы нагрузка на зуб метчика намного превышает нагрузку на зуб практически любого другого инструмента из-за постоянного контакта метчика с боковой поверхностью резьбы. В процессе нарезания резьбы нужно обеспечить хороший отвод стружки во-избежании поломки метчика и для обеспечения высокой точности и хорошего качества поверхности резьбы. Все это создает дополнительные трудности для конструкторов металлорежущего инструмента в деле борьбы за повышение производительности, стойкости и стабильности обработки.

     Для разных материалов разные метчики

     При проектировании метчиков для различных материалов изменяют, как правило, передний угол и кривизну передних поверхностей метчика. Для труднообрабатываемых материалов эти параметры имеют отрицательные или нулевые значения для обеспечения прочности режущей кромки. Кроме того, из-за большой кривизны передних поверхностей метчика при обработке таких материалов на резьбе могут появиться задиры.
При обработке материалов, дающих сливную стружку, применяются метчики с положительными передними углами и достаточно большой кривизной передних поверхностей, благодаря чему стружка закручивается и ломается.

     Другим значимым параметром геометрии метчика является задний угол. Для обработки более твердых материалов используются метчики с большим задним углом с целью уменьшения трения и обеспечения попадания СОЖ в зону резания. Но слишком большой задний угол снижает способность метчика к самоцентрированию. При обработке пластичных материалов слишком большой задний угол может привести  к выходу параметров резьбы за пределы поля допуска.

     Метчики для нарезания резьбы в глухих отверстиях отличаются друг от друга углом подъема винтовой линии. Для материалов с более высокой прочностью используются метчики с меньшим углом подъема винтовой линии. Таким образом обеспечивается более высокая прочность самого метчика. Для тяжелообрабатываемых материалов также используются метчики с небольшой длиной режущей части для уменьшения сил резания.

     Если вы хотите повысить эффективность резьбонарезания, необходимо обращать внимание не только на инструмент. Например, при нарезании резьбы в сером чугуне метчиками старой конструкции вы можете вести обработку со скоростью резания 10-15 м/мин, а метчиками новой конструкции – 75 м/мин. Но необходимо помнить, что такая скорость резания достижима лишь в определенных условиях. Например, при отсутствии внутреннего подвода СОЖ скорость резания необходимо будет снизить до 45 м/мин, так как при перегреве быстрорежущей стали стойкость ее сильно снижается. При обработке небольших резьб может не хватать скорости вращения шпинделя, а при обработке больших резьб мощности оборудования и так далее.

     Кроме геометрии метчика большое значение имеет покрытие, наносимое на поверхность инструментального материала. Применяется множество покрытий: TiN, TiCN, CrN, TiAlN. Благодаря применению покрытий увеличивается стойкость инструмента, и появляются резервы для увеличения производительности.

     Твердосплавные метчики

     Точно также как твердосплавный инструмент постепенно сменил инструмент из быстрорежущей стали при точении, твердосплавные метчики получают все большее и большее применение при резьбонарезании.

     Твердосплавные метчики из-за своей хрупкости тяжело переносят большие нагрузки в отличие от метчиков из быстрорежущей стали.  Несмотря на это они отлично себя зарекомендовали при обработке таких материалов, как серый чугун и алюминий с большим содержанием кремния, ведь при обработке этих материалов основной механизм износа – абразивный.

     Разработка мелкозернистых твердых сплавов повышенной прочности привела к тому, что появились твердосплавные метчики с высокой прочностью и износостойкостью. Применять их можно также при обработке закаленной стали, пластиков и жаропрочных сплавов. Особенно большое распространение твердосплавные метчики получают с развитием металлорежущего оборудования.

     Жесткое резьбонарезание

     Увеличение производительности обработки и качества изделий требует применения соответствующего оборудования. Для резьбонарезания широко используются две группы станков.

     Первая группа – станки для сверления небольших отверстий и нарезания резьбы в них, частота вращения шпинделя может достигать 6000 мин-1.

     Вторая группа – обрабатывающие центры, на которых сейчас нарезается все больше и больше резьб. На станках данного типа используются так называемые жесткие циклы резьбонарезания (частота вращения шпинделя синхронизирована с перемещением по оси Z).  Для таких станков не требуется применение плавающих метчиковых патронов. Резьбонарезание можно вести на 2000-3000 мин-1.

     Обрабатывающие центры, как правило, оснащаются несколькими, полезными для резьбонарезания, функциями, такими как, ускоренный вывод метчика из отверстия и задание предельного момента при резьбонарезании, что позволяет предотвратить поломку метчика.

     Теоретически, при обработке резьб на обрабатывающих центрах не нужно использовать какие-либо средства, компенсирующие несоответствие шага метчика реальной подаче по оси Z и частоте вращения шпинделя. На самом деле, для компенсации накопленной погрешности при резьбонарезании,  рекомендуют использовать метчиковые патроны типа SynchroFlex, со встроенным гибким элементом. Патроны этого типа обладают компенсирующей способностью около 0,5 мм.

     Шаг за шагом

     Большинство металлообработчиков сталкивается с проблемами при резьбонарезании: метчики ломаются, выкрашиваются, стойкость их не велика. Увеличение производительности кажется невозможным. На самом деле нужно просто тщательно подойти к выбору метчика. Как правило, производители инструмента предлагают автоматизированные решения для выбора осевого инструмента. С помощью специальной программы вы выбираете: инструментальный материал, тип и размер резьбы, глубину резьбы, сквозное или глухое отверстие и так далее. На выходе вы получаете рекомендуемые модели метчиков, режимы резания и стойкость инструмента.

     А самый лучший вариант – обратиться за советом в инструментальную компанию, в таком случае вы получите лучший результат с наименьшими материальными затратами.

     Автор: Генеральный директор компании Мир Станочника, Дмитрий Тренев.