3.1. Начальные данные:

Резьба: М16x2-7h(7H),

Материал заготовки: Сталь 15ХГ,

3.2. Материал метчика

Обработка материала Сталь 15ХГ может проводиться легированной инструментальной и быстрорежущей сталью.

Метчики изготавливаются из стали Р18, Р9, Р6М5 или ХГ, ХГС и предназначены для резьб: метрических — до М52, заданная резьба – М16 (стр. 421, [4])

Принимаем для обработки данной заготовки, из материала Сталь 15ХГ, быстрорежущую сталь Р18. Легированная сталь имеет меньшую износоустойчивость по сравнению с быстрорежущей сталью, что есть крайне важно в условиях работы в серийном, крупносерийном производстве.

3.3. Расчет метчика

Начальные даны для расчета:

D=16мм,

Р=2мм,

TD=0,019мм.

Определение параметров внутренней резьбы детали(стр. 144, [3]):

D₂=D-2+0,701,

D₁=D-3+0,835,

D₂= 16-2+0,701=14,701мм,

D₁= 16-3+0,835=13,835мм.

Угол профиля метрической резьбы:

=60

Тип метчика: Машинно-ручной для нарезания метрической резьбы, одинарные и в комплекте из 2х штук, для сквозных и глухих отверстий.

Окончательное значение количества метчиков в комплекте принимается после проверки условия (стр. 436, [4]):

M_рМ_кр, где:

M_р – крутящий момент резьбонарезания,

М_кр – критический крутящий момент.

Крутящий момент резьбонарезания(стр. 17, [5]):

М_р=C_m*D^qm*P^ym*K΄_m*K_з, где:

C_m=0,27 – коэффициент и показатели степени, учитывающие материал заготовки и рабочей части метчика,

q_m=1,4 – коэффициент и показатели степени, учитывающие материал заготовки и рабочей части метчика,

y_m=1,5 – коэффициент и показатели степени, учитывающие материал заготовки и рабочей части метчика,

K΄_m=0,8 – коэффициент, учитывающий тип метчика и обрабатываемый материал,

K_з=2,5 –коэффициент, учитывающий влияние затупления метчика, тогда:

М_р= 0,27·16^1,4·2^1,5·0,8·2,5=74,08 Нм.

Критический крутящий момент, допускаемый прочностью метчика(стр. 17, табл. 1.5, [5]):

M_кр=104 Нм,

тогда:

74104

M_рМ_кр,

условие соблюдается, следовательно обработка проводится один инструментом.

Число перьев (стр. 21, табл. 1.10, [5]):

Z=3.

Длина режущей части (стр. 21, табл. 1.9, [5]):

L₁=(68)P,

L₁=7·2=14мм.

Диаметр переднего торца метчика (стр. 20, [5]):

D_t=D₁-(0,10,15),

D_t= 13,835-0,1=13,735мм.

Главный угол в плане (стр. 18, [5]):

=arctg[(D-D_t)/2L₁],

=arctg[(16-13,735)/2·14]=4,62.

Толщина срезаемой стружки (стр. 18, [5]):

A_z=(P/Z) ·sin,

A_z=(2/3) ·sin4,62=0,05мм.

Длина калибрующей части (стр. 22, табл. 1.11, [5]):

L₂=16мм.

Резьбу калибрующей части выполняют с обратной конусностью (уменьшение диаметров D, D₁, D₂ в направлении к хвостовику) в пределах (0,040,08)мм на 100мм. Принимаем значение 0,05мм.

Диаметр сердцевины и ширины пера (стр. 22, табл. 1.12, [5]):

d_С=(0,38–0,40)d,

b=(0,30–0,32)d,

d_С=0,4·16=6,4мм,

b=0,32·16=5мм.

Передний угол при вершине (стр. 27, табл. 1.14, [5]):

=10

Задний угол (стр. 27, табл. 1.14, [5]):

=5

Принимаем 2х радиусный профиль стружечных канавок:

Рисунок 11- Профиль стружечных канавок метчика и зубьев фасонной фрез

Размеры профиля стружечных канавок (стр. 23, табл. 1.13, [5]):

d_C=9,0,

z=4,

x=4,32,

y=2,0,

r=2,0,

H=6,53,

X₁=3,1,

Y₁=10,4,

r1=10,5.

Величина угла скоса определяется по формуле (стр. 25, [5]):

=arctg (H/(L₁+P)), где:

Н = (0,5 – 0,7)· b – высота скоса, тогда:

Н = 0,5·4,8=2,4мм,

= arctg (2,4/(14+2))=8,53.

Величина падения затылка определяется (стр. 27, [5]):

K = (π ·D/Z) ·tgα,

K = (3,14·16/3) ·tg5=1,46мм.

Метчики диаметром D = 3 ÷ 52 мм затылуются (шлифуются) по всему профилю зубьев режущей и калибрующей частей на величину K1 = 0,01– 0,1 мм т. е. затылуются «наостро». При этом образуются задние углы и на боковых сторонах зубьев. Это приводит к резкому уменьшению налипания металла на боковые стороны зубьев метчика, снижению силы трения и уменьшению крутящего момента.

Принимаем:

K₁ = 0,05мм.

Класс точности метчика – 4 (стр. 30, табл. 1.15, [5]).

Поле допуска на средний диаметр резьбы гайки степени точности 7H по ГОСТ 16093–2004:

TD₂₍₇₎=0,265мм.

Допуск на средний диаметр резьбы метчика (стр. 30, [5]):

TD₂ = 0,2·TD₂₍₇₎,

TD₂ = 0,2·0,265=0,053мм.

Нижнее отклонение на D2 согласно 4 классу точности (стр. 33, табл. 1.18, [5]):

ei_D2 = +0,7 TD₂₍₇₎,

ei_D2 = 0,7·0,265=0,1855мм.

Средний диаметр резьбы метчика (стр. 30, [5]):

D₂ = (D₂+ ei_D2+ TD₂ ) - TD ,

D₂ = (14,701+0,1855+0,053)-0,053=14,8865мм.

Верхнее отклонение (стр. 33, [5]):

es_D2 = ei_D2 + TD₂,

es_D2 = 0,1855+0,053=0,2385мм.

Гарантированный запас на износ по среднему диаметру (стр. 34, [5]):

∆₂ = es_D2 – ei_D2 ,

∆₂ = 0,2385-0,1855=0,053мм.

Разбивка резьбы (стр. 34, [5]):

δ₂ = D_2max – es_D2, где:

D_2max= D₂+ES_D2 – максимальное значение среднего диаметра, тогда:

D_2max =14,701+0,265=14,966мм,

δ₂ = 14,966-0,2385=14,7275мм.

Нижнее отклонение наружного диаметра резьбы метчика (стр. 35, [5]):

ei_D = 0,4·TD₂₍₇₎,

ei_D=0,4·0,265=0,106мм.

Допуск на наружный диаметр резьбы метчика (стр. 35, [5]):

TD = 0,3· TD,

TD =0,3·0,018=0,0054мм.

Наружный диаметр резьбы метчика (стр. 35, [5]):

d = (D + ei_D + TD ) – TD,

d = (16+0,106+0,0054)-0,0054=16,106мм.

Внутренним диаметром метчик не должен срезать стружку, и поэтому верхнее отклонение es_D1 < 0. Нижнее отклонение ei_D1 не устанавливается, поэтому:

D_{1 max} = D₁=13,835мм.

Отклонение на угол профиля резьбы назначают с учетом обеспечения симметричности профиля (допуск назначают на половину угла α/2. При шаге резьбы 0,25–5,0 мм допуск на половину угла Tα/2 = ± (40…15)´ для метчиков класса точности 1, 2, 3 и Тα/2 = ± (80…20)´ для метчиков класса точности 4.

Для нешлифованных метчиков четвертого класса точности предельные отклонения по шагу равны ± 0,05 мм для всего диапазона диаметров и шагов.

Наружный диаметр (стр. 36, табл. 1.20, [5]):

D= 16,106^+0,173_+0,068.

Средний диаметр (стр. 36, табл. 1.20, [5]):

D₂= 14,8865^+0,119_+0,051.

Внутренний диаметр (стр. 36, табл. 1.20, [5]):

D₁= 13,835^-0,110₀.

Шаг резьбы (стр. 36, табл. 1.20, [5]):

P=20,050мм.

Предельные отклонения половины угла профиля (стр. 36, табл. 1.20, [5]):

α/2=25΄.

Рисунок 12 - Схема к определению передних и задних углов в нормальных сечениях на боковых и вершинных режущих кромках заборного конуса метчика.

Диаметр хвостовика (стр. 40, табл. 1.22, [5]):

D₃=12мм.

Размеры квадрата (стр. 40, [5]):

a= 10мм.

Быстрорежущие машинно-ручные метчики с диаметром D > 12 мм и гаечные диаметром D ≥ 10 мм делаются сварными. Сварной шов располагается на расстоянии L_C от переднего торца:

L_C = L₁ + L₂ + 20 ,

L_C = 16+14+20=50мм.

Длина машинно-ручных метчиков L в соответствии с ГОСТ 3266–81:

L=102мм.

Длина цапфы (стр. 40, [5]):

L_Ц=14мм.

Ширина канавки для выхода шлифовального круга (стр. 40, [5]):

L_К=0.

Глубина отверстия (стр. 40, [5]):

L₁=0.

Длина выхода калибрующей части метчика из отверстия (стр. 40, [5]):

L_В=6мм.

Длина резьбы с полным профилем в заготовке (стр. 40, [5]):

L_Р =16мм.

Расстояние от торца патрона до заготовки (стр. 40, [5]):

L_Т=10мм.

Длина хвостовика, находящаяся в патроне или в цанге (стр. 40, [5]):

L_Хп=29мм.

Длина машинно-ручных метчиков L расчетная (стр. 40, [5]):

L = L_Ц+ L_К+ L₁+L_В+L_Р+L_Т+L_Хn,

L = 14+6+16+10+29=75мм.

Если расстояние L меньше выбранного по ГОСТ, то принимаем гостовское значение. Принимаем:

L=102мм.

Рисунок 13 - Схемы к расчету длины метчика при нарезании резьбы в сквозном отверстии

Рисунок 14 - Геометрические размеры метчика

Рисунок 15 – Исполнение хвостовика для диаметра метчика больше 5мм

L=102мм , l=32мм,

t₁=12мм , =6,

l₃=20мм , d₁=12,5мм,

R=6мм , d₃=11мм.