2. Метчики.

10.2.1. Назначение и типы.

Метчики предназначены для нарезания и калибрования резьбы в отверстиях, как сквозных, так и глухих. Они обладают высокой про-изводительностью, просты в эксплуатации, универсальны, позволяют обеспечивать высокую точность. Ими можно обеспечивать как грубые и средние классы резьб, так и точные.

В связи с этим метчики нашли широкое распространение в производстве.

Основными типами метчиков являются: ручные, машиино-ручные, гаечные, плашечные (для нарезания резьбы в плашках), маточные (для калибрования резьбы в плашках), конические (для конических резьб), калибровочные, специальные и т.д.

Различают метчики также по типу резьбы (метрические, дюймовые, трапециидальные и т.д.), по конструкции (цельные, сварные, сборные). Они могут быть регулируемые и нерегулируемые, хвостовые и насадные, одиночные и комплексные.

По принципу образования резьбы все метчики разделяются на

а) режущие (снимающие стружку) и

б) выдавливающие (деформирующие металл заготовки).

Большинство метчиков стандартизованы.

10.2.2. Элементы конструкции и принцип работы метчика

для цилиндрических резьб.

Метчик представляет собой винт, на котором сделан заборный конус под углом φ и прорезаны стружечные канавки (рис.10.1).

Рис. 10.1. Элементы конструкции метчика.

В результате образуются режущие кромки. Передняя поверхность – плоская или винтовая наклонена под передним углом γ (γ ηада­ется в плоскости, перпендикулярной оси метчика). Для создания зад­него угла α на заборной части метчика по вершинам витков произ­водят затылование шлифовальным кругом с величиной затылования К.

Рабочая часть l_p метчика состоит из заборной l_з и ка­либрующей l_к части.

Длина заборной части:

l_з = .

Из условия обеспечения перекрытия режущих кромок диаметр переднего торца:

D_T = D₀ – 2(1,3…1,8)h,

где h – высота нарезаемой резьбы, D₀ – наружный диаметр метчика.

Калибрующая часть служит:

1) для придания окончательных размеров и шероховатости (эту функцию выполняют обычно 1-ые калибрующие витки);

2) для направления метчика в отверстии;

3) для самозатягивания (ввинчивания) метчика в отверстие.

Эта функция калибрующей части характерна для метчиков, плашек и некоторых других резьбонарезных инструментов. Чтобы в процессе ввинчивания резьба не подрезалась, калибрующая часть делается без задних углов α_к = 0.

Для уменьшения сил трения и предотвращения заедания метчи­ка в процессе работы вся резьба нарезается на обратном конусе.

D₀₁ < D₀.

Величина конусности и ее влияние на работу метчика приблизительно

такие же как и у сверла. Обычно конусность составляет 0,0005...0,0012.

Длина калибрующей части

l_к ≈ (10…16)p,

где p – шаг резьбы.

Хвостовик l_x обычно делается цилиндрическим и оканчивается квадратом для передачи крутящего момента. У машинно-ручных метчи­ков для возможности крепления в быстросменные патроны делается кольцевая выточка. Мелкие метчики могут не иметь квадрата. Специальные метчики могут иметь и другие типы хвостовиков.

Принцип работы метчика заключается в следующем.

Метчику сообщается вращательное движение. В начале работы сообща­ется принудительное осевое перемещение. После нарезания 1 – 2 витков перемещение осуществляется за счет самозатягивания, т.е. метчик ввинчивается сам. Если при этом метчику приходится перемещать тяже­лые части станка (например, перемещать шпиндель сверлильного станка), то точность нарезаемой резьбы снижается. Поэтому рекомен­дуется осуществлять принудительное осевое перемещение. А чтобы не было заеданий и поломок метчика от несовпадения осевых пере­мещений в результате принудительного перемещения и самозатягивания, применяют специальные компенсирующие патроны. Такие патроны позволяют перемещаться метчику независимо от перемещения шпинделя станка.

По конструкции патроны бывают:

а) опережающие;

б) отстающие.

Для глухих отверстий применяют предохранительные патроны. Если метчик упрется в дно отверстия, то срабатывает предохранитель­ное устройство, и метчик вращаться не будет, и поломка метчика не произойдет.

После нарезания резьбы метчик вывинчивается из отверстия. Исключение составляют гаечные метчики, у которых нарезанные гайки нанизываются на хвостовик.

Изнашивается метчик по задней поверхности. Перетачивать его рекомендуется по заборному конусу (задней поверхности) и перед­ней поверхности. У метчиков для глухих отверстий, чтобы не удлинять заборную часть, переточку ведут только по передней поверхности.

1. Передний угол γ на заборной части выбирают в зависимости от

свойств обрабатываемого материала

γ = 4…20˚.

Меньшие значения соответствуют хрупким материалам, большие - пластичным. Чем больше вязкость и меньше твердость материала (например, для алюминия, меди и т.п.), тем большие значения углов применяются.

На калибрующей части

γ_к = γ или γ_к = γ – 5…7˚.

Метчик со стандартной заточкой рекомендуется на заборной час­ти подтачивать для обеспечения требуемого угла γ.

2. Задний угол на заборной части делается только по вершинам витков.

α = 4…12˚.

Большие значения рекомендуют при обработке мягких вязких материалов, т.к. они склонны к налипанию, а меньшие – при обработке твердых.

Величина затылования определяется также, как и у фасонных затылованных фрез,

K = .

На калибрующей части, как уже указывалось в п.10.2.1,чтобы можно было осуществить самозатягивание, α_к = 0. Однако, у метчи­ков со шлифованной резьбой наблюдается повышенная налипаемость, особенно при обработке вязких материалов. Поэтому рекомендуется затыловать 2/3 пера с очень малой величиной затылования (рис.10.2).

У метчиков для обработки вязких материалов затылование ве­дут по всей ширине пера.

Метчики с нешлифованной резьбой (незатылованные по профилю резьбы) имеют обратную конусность большую примерно в 1,5 раза (0,0008 ... 0,0012), по сравнению с метчиками со шлифованной резьбой (затылованными по профилю резьбы) ( 0,0005 ... 0,001).

3. Угол заборного конуса φ, как и у других инструментов, выбирает­ся в зависимости от параметров срезаемого слоя.

Рис.10.2. Профиль стружечных канавок метчика и величина затылования по профилю резьбы.

Метчик можно рассматривать как генераторную протяжку, зубья которой расположены по винтовой линии. Профиль нарезаемой резьбы формируется вспомогательными режущими кромками (рис. 10.3).

Рис.10.3. Схема резания и элементы срезаемого слоя. при нарезании резьбы метчиком. 1-главные режущие кромки; 2- вспомогательные режущие кромки.

Толщина срезаемого слоя

a = S_z cosφ,

где S_z – конструктивная подача (подъем на зуб)

S_z = ,

где h – высота резьбы,

n – число резцов

n = ,

где l_з΄ - активная длина заборной части,

z – число зубьев (перьев) метчика.

Тогда

S_z = = tgφ.

Подставляя полученное значение, получим

а = tgφ cosφ

или

a = sinφ.

При проектировании метчика угол φ можно определять по формуле

sinφ = .

Величину а выбирают так же, как и у протяжек.

При выборе а следует учитывать следующее:

если а меньше,

1) угол φ меньше, длина заборной части l_з больше;

2) точность и качество обработанной поверхности выше;

3) стойкость метчика выше;

4) направление метчика, особенно в начале работы, лучше;

5) сила резания для длинных резьб больше, а для коротких меньше (рис.10.4).

Обычно основным моментом, ограничивающим l_з является сило­вой фактор и опасность поломки метчика. Поэтому для длинных резьб стремятся принимать меньшие значения длины заборной части (большие значения а), а для коротких резьб, меньших l_з, наоборот, большие значения l_з (меньшие значения а). Все это, конечно, возможно в пределах, когда удовлетворяются требования по точности нарезаемой резьбы и стойкости метчика. Однако, при больших шагах ( р > 2 ... 3мм) и достаточно длинной резьбе удовлетворить всем требованиям не представляется возможным. То же часто имеет место при обработке труднообрабатываемых материалов. В этих слу­чаях применяют комплекты метчиков (из двух, трех и даже более штук). Каждый метчик комплекта вырезает часть припуска согласно принятой схеме вырезания. Рассчитывают нагрузку на метчики обычно по площадям.

Рис.10.4.Влияние длины заборной части метчика на площадь нарезания резьбы. а) длинное отверстие; б) короткое отверстие; 1-заготовка; 2-метчик с длинной заборной частью; 3-метчик с короткой заборной частью.