В машиностроительной и производственной отраслях обработка резьбы является основной и критически важной операцией. Будучи основным инструментом для изготовления внутренней резьбы, выбор резьбонарезных метчиков напрямую влияет на эффективность обработки, качество резьбы и срок службы инструмента. Столкнувшись с огромным разнообразием метчиков на рынке, выбор подходящего типа метчика в соответствии с конкретными потребностями обработки становится сложной задачей для многих инженеров и техников. Эта статья всесторонне проанализирует различные типы резьбовых метчиков, предоставит научный метод выбора и поможет вам принять оптимальное решение среди множества вариантов, тем самым повысив эффективность обработки и снизив производственные затраты.
Что такое резьбовой метчик? Резьбовой метчик — это прецизионный инструмент, используемый для нарезания внутренней резьбы, обычно изготавливаемый из быстрорежущей стали, твердого сплава или других высокопроизводительных материалов. Он имеет винт образный внешний вид с прямыми или спиральными канавками вдоль осевого направления для формирования режущей кромки. Размер и профиль зуба метчика должны точно соответствовать нарезаемой резьбе, включая такие параметры, как диаметр, шаг и угол профиля.
Принцип работы метчика заключается в передаче режущего усилия на материал заготовки посредством вращательного движения, постепенно удаляя материал для формирования резьбовой канавки. В отличие от резьбовых фрез, метчики обрабатывают резьбу путем формирования резанием, а не генерирующим методом, что делает требования к жесткости станков относительно низкими, но в то же время требует чрезвычайно высокой точности и прочности самого метчика.
Что такое резьбовой метчик?
Каковы основные структурные элементы резьбовых метчиков? Стандартный резьбовой метчик состоит из следующих ключевых частей:
- Рабочая часть метчика (Tap body): Рабочая часть является самой длинной и наиболее важной частью всей конструкции метчика, и она выполняет основную функцию резания. Она состоит из заборной части (thread chamfers) и калибрирующей части (full threads), причем конкретное количество витков заборной и калибрирующей частей варьируется в зависимости от типа метчика.
- Хвостовик (Shank): Хвостовик расположен непосредственно над рабочей частью и имеет гладкую цилиндрическую форму. Его длина не фиксирована, а определяется конкретным типом метчика. На хвостовике будут соответствующие маркировки, которые могут четко указывать на характеристики резьбы.
- Квадрат (Tang): Квадрат расположен на конце хвостовика и имеет квадратную форму. При работе производитель прочно закрепляет квадрат в держателе (в соответствии с различными режимами работы — ручным или автоматическим), чтобы обеспечить вращение метчика.
- Стружечные канавки (Chip flutes): Стружечные канавки — это канавки на метчиках. Их основная функция — обеспечивать пространство для стружки, образующейся при резании, и плавно отводить ее в процессе нарезания резьбы. Различные типы метчиков имеют разные типы и формы стружечных канавок. Как правило, стандартные метчики обычно оснащаются 2-4 стружечными канавками. Распространенные типы стружечных канавок включают угловые стружечные канавки, прямые стружечные канавки и спиральные стружечные канавки.
- Ленточка (Edge band): Ленточка относится к резьбовой части между стружечными канавками.
- Задняя грань (Heel): Задняя грань относится к наклонной области за резьбой на метчике.
- Передняя грань (Cutting face): Передняя грань — это поверхность, где метчик непосредственно контактирует с обрабатываемым материалом.
Каковы 3 основных типа резьбовых метчиков? Понимание основных типов метчиков и сценариев их применения является необходимым базовым знанием для каждого инженера-механика, техника по обслуживанию и мастера-любителя. LS подробно представит три основных типа резьбовых метчиков: конусный метчик (Taper Tap), средний метчик (Plug Tap) и донный метчик (Bottom Tap), чтобы помочь вам выбрать наиболее подходящий инструмент в соответствии с различными потребностями обработки и повысить эффективность работы и качество обработки.
1. Конусный метчик (Taper Tap): Предпочтительный инструмент для начала нарезания резьбы в глухих отверстиях Основные особенности
- Конусная конструкция: Передняя часть имеет постепенно сужающийся конус на 8-10 витков.
- Постепенное резание: Постепенно врезается в материал, режущее усилие равномерно распределяется.
- Хорошее центрирование: Длинный конус обеспечивает отличное самоцентрирование.
Основные преимущества
- Необходим для обработки глухих отверстий: Особенно подходит для создания резьбы в глухих отверстиях “с нуля”.
- Снижает риск перекоса: Конструкция с длинным конусом предотвращает смещение положения при начале нарезания.
- Защита заготовки: Постепенное резание снижает риск разрыва материала.
Типичные сценарии применения
- Нарезание резьбы в новых глухих отверстиях.
- Изготовление резьбы в тонкостенных материалах.
- Начальная обработка высокоточных резьб.
- Нарезание резьбы в труднообрабатываемых материалах.
Профессиональный совет: При использовании конусных метчиков рекомендуется использовать их с СОЖ, начинать нарезание на низкой скорости, а затем увеличивать скорость после полного врезания 2-3 витков.
2. Средний метчик (Plug Tap): Универсальный выбор для ремонта сквозных отверстий и стандартной обработки резьбы Основные особенности
- Средний конус: Переходный конус с 3-5 витками.
- Высокая универсальность: Соответствует международным стандартам, таким как ISO и UN.
- Баланс эффективности: Учитывает как эффективность резания, так и качество обработки.
Основные преимущества
- Первый выбор для ремонта сквозных отверстий: Идеально подходит для ремонта и переобработки существующих резьб.
- Широкая совместимость: Одним набором можно решить большинство задач по нарезанию стандартной резьбы.
- Высокая эффективность обработки: Более быстрое нарезание резьбы по сравнению с конусными метчиками.
Типичные сценарии применения
- Обработка и ремонт резьбы в сквозных отверстиях.
- Массовое производство стандартной резьбы.
- Случаи с высокими требованиями к качеству резьбы.
- Использование в двухэтапном процессе с конусными метчиками.
Технические моменты: Средние метчики также называют “вторым метчиком” и часто используются в сочетании с конусными метчиками – сначала используют конусный метчик для создания резьбы, затем средний метчик для завершения чистовой обработки.
3. Донный метчик (Bottom Tap): Специальный инструмент для обработки резьбы на дне глухого отверстия Основные особенности
- Минимальный конус: Чрезвычайно короткий конус всего на 1,5 витка.
- Конструкция для обработки до дна отверстия: Может нарезать резьбу до самого дна глухого отверстия.
- Специальное использование: Разработан специально для обработки резьбы в самом дне глухого отверстия.
Основные преимущества
- Обработка дна глухих отверстий: Может нарезать резьбу в самой глубокой части глухого отверстия.
- Полная резьба: Обеспечивает формирование полной резьбы даже на дне глухого отверстия.
- Контроль глубины: Точно контролировать длину резьбы с помощью глубины предварительного сверления.
Типичные сценарии применения
- Высокоточная обработка резьбы на дне глухого отверстия.
- Случаи, требующие резьбы по всей глубине.
- Детали с высокими требованиями к прочности резьбового соединения.
- Используется как финальный этап после конусного и среднего метчиков.
Каковы 3 основных типа резьбовых метчиков?
Ключевые параметры: При использовании донного метчика глубина предварительного сверления должна быть = требуемая длина резьбы + 1,5 диаметра резьбы (необходимость консультации с таблицами диаметров отверстий под резьбу для точного значения) для обеспечения достаточного пространства для отвода стружки.
Техническое сравнение трех метчиков
| Сравнение характеристик | Конусный метчик | Средний метчик | Донный метчик |
|---|---|---|---|
| Количество витков заборной части | 8-10 витков | 3-5 витков | 1,5 витка |
| Основное применение | Начало резьбы в глухих отверстиях | Сквозные отверстия/Общего назначения | дно глухих отверстий |
| Режущее усилие | Распределенное | Среднее | Сконцентрированное |
| Эффективность обработки | Низкая | Высокая | Средняя |
| Частота использования | Высокая | Наивысшая | Специфические случаи |
Как донный метчик решает проблемы глухих отверстий? В области прецизионного производства обработка резьбы в глухих отверстиях всегда считалась “ювелирной работой в металлообработке”. В частности, в высокоточных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование, предъявляются чрезвычайно строгие требования к точности обработки резьбы в глухих отверстиях. Традиционные методы обработки сталкиваются с такими проблемами, как затрудненный отвод стружки, легкое повреждение инструмента и недостаточная точность. LS углубленно проанализирует, как современные донные метчики достигают отраслевого прорыва в точности нарезания глухих отверстий до ±0,02 мм благодаря инновациям в геометрической структуре, прорывам в технологии материалов и оптимизации процессов, и использует обработку ключевых деталей авиационных двигателей в качестве примера, чтобы продемонстрировать их превосходные характеристики.
1. Революция в геометрической структуре: Идеальное сочетание конструкции для обработки дна и угла наклона стружечной канавки 30° Революционная конструкция для обработки дна
- Обработка без остатка: Конструкция с плоским торцом обеспечивает полное формирование дна глухого отверстия, устраняя “необработанную область” традиционных метчиков.
- Технология полного контакта зуба: Каждый зуб резьбы равномерно нагружен, что позволяет избежать локальных перегрузок.
- Оптимизация распределения напряжений: Специальная геометрическая структура снижает режущее напряжение на 45% и снижает риск выкрашивания.
Инновация: “Золотой” угол спирали 30°
| Параметр | Традиционный метчик (15-20°) | Новый донный метчик (30°) | Улучшение |
|---|---|---|---|
| Эффективность отвода стружки | Базовое значение | 160% | +60% |
| Сопротивление резанию | Базовое значение | 65% | -35% |
| Шероховатость поверхности | Ra1,2 | Ra0,6 | Улучшение на 50% |
- Непрерывный канал отвода стружки: Большой угол спирали формирует гладкий путь для отвода стружки.
- Оптимизация гидродинамики: Эффективность проникновения СОЖ увеличена на 70%.
- Контроль вибрации: Амплитуда вибрации при обработке <0,005 мм, обеспечивая точность резьбы.
2. Прорыв в технологии материалов: Экстремальная производительность быстрорежущей стали с кобальтом HRC65 Сверхпрочная формула материала
- Зернистая структура микронного уровня: Размер зерна соответствует стандарту ASTM 12.
- Двухфазная система упрочнения:
- Твердая фаза карбида ванадия составляет 18-22%.
- Твердый раствор на основе кобальта обеспечивает высокотемпературную стабильность.
- Нанокомпозитное покрытие: Толщина покрытия TiAlSiN 3-5 мкм, коэффициент трения снижен на 40%.
Тест производительности в экстремальных условиях
| Показатель теста | Традиционная быстрорежущая сталь | Донный метчик из кобальтовой быстрорежущей стали | Улучшение производительности |
|---|---|---|---|
| Ресурс на титановом сплаве TC4 | 50 отверстий | 300 отверстий | 6 раз |
| Ресурс на Inconel718 | 20 отверстий | 150 отверстий | 7,5 раз |
| Температура непрерывной работы | 650℃ | 850℃ | +200℃ |
| Устойчивость к выкрашиванию кромки | 3 раза | 15 раз | 5 раз |
3. Реальный пример: Авиационный двигатель: Достигнута точность нарезания глухого отверстия M18 ±0,02 мм Предыстория
- Область применения: Компрессор высокого давления определенного типа коммерческого авиационного двигателя.
- Обрабатываемый материал: Высокотемпературный сплав GH4169.
- Требования к обработке:
- Резьба M18×1,5 в глухом отверстии.
- Глубина 35 мм.
- Соосность ≤0,02 мм.
- Шероховатость поверхности Ra0,8.
План обработки и результаты Трехэтапный процесс высокоточной обработки:
- Предварительное сверление: Ø16,5 мм (точность уровня H9).
- Конусный (направляющий) метчик: Обработка первых 10 мм.
- Донный (чистовой) метчик: Завершение нарезания резьбы по всей глубине.
Оптимизация параметров процесса:
- Скорость: 25 об/мин.
- Подача: Строгий синхронный контроль.
- СОЖ: 12% эмульсия с противозадирными присадками, давление 3 МПа.
Сравнение результатов испытаний:
| Показатель качества | Стандартные требования | Фактические результаты измерения | Улучшение процента годных изделий |
|---|---|---|---|
| Диаметр резьбы | ±0,01 мм | +0,003 мм | 99,8% |
| Накопленная ошибка шага | ≤0,02/25 мм | 0,015 мм | 100% |
| Шероховатость поверхности | Ra0,8 | Ra0,6 | Превышает стандарт на 25% |
| Соосность | 0,02 мм | 0,018 мм | Превышает стандарт на 10% |
Анализ экономической выгоды
- Повышение эффективности: Время обработки одной детали сократилось с 45 минут до 18 минут (экономия 60%).
- Снижение затрат: Потребление инструмента снижено на 75% (стоимость обработки одного отверстия снизилась с 15 до 3,5 долл.).
- Скачок в качестве: Процент годных изделий вырос с 82% до 99,6%.
Как донный метчик решает проблемы глухих отверстий?
Как использовать метчик для нарезания резьбы? При нарезании резьбы метчиком стандартная эксплуатация является ключом к обеспечению качества резьбы и предотвращению повреждения инструмента и брака заготовок. От подготовки до конкретных шагов операции, ниже представлено подробное руководство о том, как использовать метчики для нарезания резьбы.
1. Подготовка Выбор подходящего метчика
- Адаптация к материалу: Различные обрабатываемые материалы требуют разных типов метчиков. Например, для обработки стали, нержавеющей стали и других материалов подходят режущие метчики; для обработки мягких металлов, таких как алюминий и медь, лучше подходят накатные (бесстружечные) метчики; метчики со спиральными канавками часто используются для обработки глухих отверстий из-за их превосходных свойств отвода стружки.
- Уточнение спецификаций: Подтвердите стандарт резьбы, например, распространенную метрическую резьбу M6, дюймовую резьбу 1/4″-20 UNC и т. д., а также учтите требования к точности, чтобы выбрать метчик соответствующей спецификации.
- Выбор типа: Метчики с прямыми канавками обладают высокой универсальностью и подходят для обработки сквозных отверстий; метчики со спиральными канавками обеспечивают плавный отвод стружки при обработке глухих отверстий (для отвода стружки вверх); накатные метчики используются для обработки мягких металлов и не образуют стружку.
Просверлите подходящее отверстие под резьбу
- Диаметр отверстия под резьбу должен соответствовать целевому размеру резьбы, что можно определить, сверившись с таблицей диаметров отверстий под резьбу. Например, для резьбы M6×1,0 диаметр отверстия составляет примерно 5,0 мм (определяется по таблице, не просто вычитанием шага из диаметра).
- В случае глухих отверстий глубина сверления на 2-3 витка больше требуемой глубины резьбы, чтобы обеспечить достаточную длину эффективной резьбы, которую может нарезать метчик.
Подготовьте СОЖ
- Для обработки стальных и нержавеющих стальных материалов подходят сульфированные масла или специальные резьбонарезные масла, обеспечивающие хорошее смазывание и охлаждение.
- При обработке алюминия и меди более подходит керосин или специальная СОЖ для алюминия.
- Чугун можно обрабатывать как сухой резкой, так и с небольшим количеством масла.
Крепление заготовки При нарезании резьбы заготовка должна быть надежно закреплена, чтобы предотвратить ее смещение, иначе легко может возникнуть перекос резьбы и даже поломка метчика.
2. Шаги операции нарезания резьбы метчиком Начало нарезания (конусный метчик)
- Ручное нарезание: При работе с воротком для метчика сначала вертикально вставьте метчик в отверстие, убедившись, что он не наклонен. Затем осторожно надавите и вращайте по часовой стрелке (для правой резьбы). После каждых 1/2 – 1 оборота поворачивайте на 1/4 оборота назад, чтобы стружка могла ломаться своевременно, особенно при использовании режущих метчиков. Во время нарезания всегда держите метчик вертикально, чтобы избежать перекоса, который может повлиять на качество резьбы или привести к заклиниванию метчика.
- Машинное нарезание: При обработке на сверлильном или резьбонарезном станке рекомендуется использовать плавающий резьбонарезной патрон для предотвращения поломки метчика из-за несоосности. В то же время необходимо установить соответствующую скорость, которая обычно находится в диапазоне от 30 до 100 об/мин, и даже ниже при обработке твердых материалов.
Использование среднего и чистового метчиков (для завершения резьбы)
- Конусный метчик также называют черновым метчиком (первым номером), его основная функция — направлять нарезание, и объем снимаемого материала велик.
- Второй метчик (средний) используется для дальнейшей обработки резьбы.
- Третий метчик (чистовой), также известный как донный, формирует окончательный и точный размер резьбы.
- Обычно при обработке сквозных отверстий иногда можно ограничиться одним конусным метчиком. Однако для глухих отверстий или резьб, требующих высокой точности, последовательно используется полный набор метчиков, что позволяет лучше обеспечить качество обработки.
Меры предосторожности при нарезании резьбы в глухих отверстиях
- Предпочтительны метчики со спиральными канавками (для отвода стружки вверх), что удобно для отвода стружки.
- В процессе нарезания метчик следует регулярно вынимать для очистки от стружки, чтобы предотвратить забивание стружкой и поломку метчика.
- Убедитесь, что глубина резьбы соответствует требованиям, но не превышает эффективную длину метчика.
3. Распространенные проблемы и их решения
| Проблема | Возможные причины | Решения |
|---|---|---|
| Поломка метчика | Слишком маленькое отверстие под резьбу, слишком быстрая подача, недостаточное смазывание, слишком твердый материал | Сверлить отверстие подходящего диаметра, снизить скорость, обеспечить достаточное смазывание, использовать высокопроизводительные метчики |
| Шероховатая резьба | Износ метчика, недостаточно СОЖ, неравномерная подача | Заменить на новый метчик, увеличить подачу смазки, прикладывать усилие равномерно |
| Заклинивание метчика | Забивание стружкой, перекос, высокая вязкость материала | Обратное вращение для извлечения, очистить от стружки, выровнять |
| Неправильный размер резьбы | Неправильное отверстие под резьбу, спецификации метчика не соответствуют | Проверить диаметр отверстия под резьбу, заменить на правильный метчик |
Как правильно выбрать тип метчика? Будучи основным инструментом для нарезания резьбы, выбор метчиков напрямую влияет на качество, эффективность и стоимость обработки. При таком разнообразии типов метчиков на рынке, как сделать правильный выбор? В этом разделе мы систематически разберем некоторые из ключевых факторов выбора, чтобы помочь вам точно подобрать под свои нужды.
Выбор по обрабатываемому материалу
- Сталь/легированная сталь: Быстрорежущая сталь (HSS) или метчики с содержанием кобальта, покрытие TiN/TiCN.
- Нержавеющая сталь: Метчики с большим углом спирали (35°~45°), термостойкое покрытие (например, TiAlN).
- Алюминий/медь: Накатные метчики (бесстружечные) или метчики со спиральными канавками и полированными режущими кромками.
- Чугун: Метчики с прямыми канавками, можно использовать сухую резку или легкое смазывание маслом.
Выбор по типу отверстия
- Сквозное отверстие: Метчик с прямой канавкой, метчик с подточкой на торце (высокая эффективность резания, для вывода стружки вперед).
- Глухие отверстия: Метчики со спиральными канавками (для отвода стружки вверх), донные метчики (для обеспечения полной резьбы до дна).
Выбор по методу обработки
- Ручное нарезание: Высокопрочные метчики (сниженный крутящий момент).
- Машинное нарезание: Метчики с коротким хвостовиком (для станков с ЧПУ), метчики с внутренним подводом СОЖ (для больших объемов).
Выбор по стандарту резьбы
- Метрическая (M): Уточнить шаг (например, M8×1,25).
- Дюймовая (UNC/UNF): Обратить внимание на угол профиля (60°).
- Трубная резьба: Конусный метчик (например, NPT).
Выбор в соответствии с производственными потребностями
- Малые партии: Универсальные метчики из быстрорежущей стали.
- Большие объемы: Метчики из твердого сплава (долгий срок службы).
Ключевые принципы: твердость материала определяет материал метчика, тип отверстия определяет тип канавки, размер партии определяет экономичность.
Типы резьбовых метчиков
Заключение Выбор подходящего резьбового метчика требует всестороннего рассмотрения четырех ключевых факторов: обрабатываемые материалы, характеристики отверстия, размер партии и требования к точности. Для твердых материалов, таких как сталь, следует использовать быстрорежущую сталь с содержанием кобальта или метчики с покрытием. Для обработки нержавеющей стали рекомендуется использовать метчики с большим углом спирали и специальную СОЖ. Метчики с прямыми канавками или с подточкой на торце подходят для сквозных отверстий для повышения эффективности. Для глухих отверстий необходимо использовать метчики со спиральными канавками для обеспечения плавного отвода стружки. Для массового производства рекомендуется использовать метчики из твердого сплава для увеличения срока службы, а для специальных резьб, таких как трубная, требуются специальные конусные метчики. Благодаря научному выбору и стандартизованной эксплуатации качество обработки резьбы может быть значительно улучшено, уровень потерь инструмента может быть снижен более чем на 50%, и может быть достигнут эффективный и экономичный производственный процесс.
📞 Телефон: +86 185 6675 9667 📧 Электронная почта: info@longshengmfg.com 🌐 Веб-сайт: https://www.longshengmfg.com/
🔔 Руководство по подписке: Прокрутите страницу веб-сайта вниз, введите свой адрес электронной почты и нажмите √Subscribe.
Отказ от ответственности Содержание, представленное на этой веб-странице, предназначено исключительно для информационных целей. LS не делает никаких заявлений или гарантий какого-либо рода, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, специфические особенности конструкции, качество и типы материалов или процессов не должны интерпретироваться как представление того, что будет поставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть LS. Покупатели, запрашивающие расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.
Команда LS Эта статья была написана различными авторами LS. LS является ведущим ресурсом по производству, включая обработку на станках с ЧПУ, изготовление листового металла, 3D-печать, литье под давлением, штамповку металла и многое другое.