В прошлом месяце мы отказались от 47 корпусов из нержавеющей стали, поскольку резьба с резьбой M6 не прошла проверку на соответствие/негодность при окончательном контроле качества. Кран был новый, программа проверенная, материал тот же, что и весь год. Оказывается, концентрация охлаждающей жидкости за три недели изменилась с 8% до 4%, и оператор этого не заметил. В нержавеющей стали 304 это разница между чистой резьбой и порванной резьбой с наклепанными боковыми сторонами.

Обработка резьбы — один из тех процессов, где все должно быть правильно — инструмент, скорость, подача, СОЖ, материал, размер отверстия — иначе резьба окажется мусором. А мусорные нити не обнаруживаются до тех пор, пока не будет проверен калибр, а это означает, что вы уже потратили все время на обработку детали, прежде чем обнаружили проблему.

Вот практическое сравнение четырех методов обработки резьбы, которые мы используем, основанное на тысячах деталей и большом количестве срезанной резьбы.

Жесткое нарезание резьбы используется по умолчанию в большинстве цехов с ЧПУ. Шпиндель синхронизирует вращение с подачей по оси Z точно с шагом резьбы. Теоретически, кран каждый раз нарезает идеальную резьбу. На практике он прекрасно работает с алюминием, латунью и автоматной сталью. Менее эффективно он работает с нержавеющей сталью, титаном и всем, что подвергается закалке.

Проблема с постукиванием в том, что вы преданы делу. Как только метчик входит в отверстие, он либо нарезает хорошую резьбу, либо нет — возможности отрегулировать нет. Удар не может ускоряться, замедляться или менять направление в середине удара. Если стружка не удаляется, метчик забивается стружкой и либо рвет, либо рвет резьбу.

Ограничения скорости для постукиванияреальны и неумолимы. В нержавеющей стали 304 мы нарезаем резьбу M6 при максимальной скорости около 500 об/мин. Из алюминия 6061 мы можем использовать тот же метчик М6 со скоростью 2000 об/мин. Разница не в метчике, а в склонности материала к упрочнению на режущей кромке. Увеличьте скорость обработки нержавеющей стали, и материал затвердеет быстрее, чем его сможет разрезать кран.

Нарезание резьбы в глухих отверстияхздесь возникает больше всего проблем. Щепкам надо куда-то деваться, и в глухой яме они скапливаются на дне. Метчики со спиральными канавками вытягивают стружку вверх (подходят только для сквозных отверстий), метчики со спиральными канавками толкают стружку вниз (подходят только для сквозных отверстий). Для глухих отверстий мы используем метчики со спиральными канавками с контролируемыми циклами нарезания резьбы — метчик периодически возвращается назад для очистки стружки.

Для резьбофрезерования используется одноточечная фреза, которая движется по винтовой траектории для нарезания резьбы. Фреза меньше диаметра резьбы, поэтому она движется по спирали внутрь и одновременно движется вниз с шагом резьбы. На одну нить уходит 15-30 секунд (против 2-5 секунд на постукивание), но преимущества существенные.

Самое большое преимущество: одна резьбовая фреза нарезает любую резьбу данного шага, независимо от диаметра. Резьбовая фреза М6х1,0 нарезает резьбу М6х1,0, М8х1,0, М10х1,0, М12х1,0 — любого размера с шагом 1,0 мм. У нас имеется около 15 резьбовых фрез, охватывающих все стандартные размеры метрической резьбы. Сравните это с нарезанием резьбы, где вам нужен отдельный метчик для каждого размера резьбы И глубины И материала.

Фрезерование резьбы также позволяет получить более качественную резьбу в сложных материалах. Фреза входит и выходит из разреза чисто. Чип небольшой и легко эвакуируется. Риска поломки метчика нет — если фреза сломалась, ее заменяют и повторно нарезают резьбу. Никакого извлечения EDM, никаких списанных деталей.

Для левой резьбы, многозаходной резьбы или резьбы с необычным профилем (NPT, BSPT, трапецеидальная) резьбофрезерование является единственным практичным методом ЧПУ. В строительном магазине не купишь левый метчик М8х1,25, но твоя резьбовая фреза нарезает его с изменением G-кода.

Настоящая причина использовать резьбовую фрезу: Когда допуск резьбы имеет значение. Фрезерованная резьба всегда более точна, чем резьба с резьбой, поскольку силы резания ниже, а отклонение инструмента минимально. Для резьбы, которая должна проходить через узкий проходной калибр (например, в аэрокосмической или гидравлической арматуре), более безопасным выбором является фрезерование резьбы.

Точение резьбы (одноточечное нарезание резьбы на токарном станке) — это метод нарезания наружной резьбы на валах, стержнях и токарных деталях. Режущий инструмент представляет собой фасонную вставку, соответствующую профилю резьбы. Токарный станок синхронизирует вращение шпинделя с подачей по оси Z, делая несколько проходов с увеличивающейся глубиной, пока нарезание резьбы не будет завершено.

Токарная обработка резьбы возможна для любой внешней резьбы — метрической, UNC, UNF, BSW, Acme, трапециевидной, нестандартных профилей. Пластина дешевая (10-25 долларов), и одна пластина режет любой диаметр с этим шагом. Мы нарезаем резьбу на всём: от установочных винтов М3 до карданных валов М80.

Многопроходной подход является ключом к качеству. Типичная внешняя резьба M10x1,5 требует 8–12 проходов, каждый из которых удаляет 0,05–0,15 мм материала с глубины резьбы. Световые проходы предотвращают нагартование нержавеющей стали и титана. Последний проход пружины (нулевая глубина резания) устраняет любые отклонения от предыдущих проходов.

Токарная обработка резьбы и нарезание резьбы штампом: Нарезание резьбы (проведение матрицы вниз по валу вручную или с помощью держателя матрицы на задней бабке станка) выполняется быстро при выполнении разовых работ. Но резьба матрицы имеет плохую концентричность (матрица самовыравнивается, что означает, что резьба следует за тем, что ей дает поверхность вала). При точении резьбы получается резьба, концентричная шейкам подшипника вала, поскольку обе они нарезаются на одной и той же установке.

Формовка резьбонакатными валками (также называемая накаткой резьбы) не разрезает материал, а вытесняет его. Роликовая матрица вдавливается в поверхность заготовки, осуществляя холодную формовку материала в профиль резьбы. Гребни резьбы образуются путем вытеснения материала из корней.

В результате получается более прочная нить. Процесс холодной обработки повышает твердость поверхности резьбы на 10-30% (наклеп здесь является преимуществом, а не проблемой). Зернистая структура повторяет контур резьбы, а не разрезается поперек него. Усталостная прочность накатанной резьбы на 30-50% выше, чем нарезанной.

Профилированием можно обрабатывать любые пластичные материалы — алюминий, латунь, мягкую сталь, нержавеющую сталь. НЕ работает с твердыми материалами (закаленная сталь, титан) или хрупкими материалами (чугун, некоторые пластмассы).

Ограничением является сложность настройки. Роликовые матрицы должны быть точно выровнены по центральной линии заготовки, а скорость подачи должна точно соответствовать шагу резьбы. На токарном станке с ЧПУ мы используем приспособление для накатки резьбы, которое крепится на стойке инструмента. Настройка занимает 30-60 минут для каждого размера резьбы.

Для внутренней резьбы: начните с нарезания резьбы. Если материал легкий (алюминий, латунь) и отверстие сквозное, нарезание резьбы происходит быстрее и дешевле. Перейдите на фрезерование резьбы, если материал нержавеющий или титановый, если это глухое отверстие, если вам нужна резьба нескольких размеров или если сломанный метчик будет иметь катастрофические последствия (дорогая деталь, поздняя обработка).

Для внешней резьбы: начните с точения резьбы. Это стандарт для токарных станков с ЧПУ. Добавьте накатку, если резьба требует максимальной усталостной прочности (валы двигателей, детали подвески, многоцикловые крепежные детали).

Для крупносерийного производства: нарезание резьбы выигрывает по скорости и стоимости для простых материалов. Фрезерование резьбы лучше всего подходит для сложных материалов, где срок службы метчиков короткий (вы потратите 500 долларов на метчики из нержавеющей стали при выпуске 10 000 деталей из нержавеющей стали - резьбовая фреза за 80 долларов справится с той же работой).

И последнее, что застает людей врасплох: для внутренней резьбы диаметр отверстия имеет большее значение, чем вы думаете. Метчик (или резьбофреза) не нарезает полный профиль резьбы из твердого материала. Отверстие предварительно просверливается до определенного диаметра, а инструмент для нарезания резьбы нарезает только последние 30-50% глубины резьбы. Просверлите слишком большое отверстие, и вы получите неглубокую резьбу, которая сдирается. Просверлите слишком маленькое сверло, и метчик сломается (или фрезерный станок завибрирует). Правильный размер метчика для M6x1.0 — 5,0 мм, а не 5,1 мм или 4,9 мм. Эта разница в 0,1 мм — это разница между хорошей резьбой и бракованной деталью.