Существует множество различных типов резьбонарезных метчиков, которые можно использовать для нарезания внутренней резьбы в металле, но знаете ли вы, какой выбрать для правильного применения? Эта статья наглядно поможет вам ответить на эти вопросы.
Что такое резьбовой метчик?
Резьбонарезной метчик - это осевой инструмент для нарезания внутренней резьбы в отверстии. Для изготовления внутренней резьбы небольшого размера, метчик является практически единственным обрабатывающим инструментом. Процесс обработки резьбы является сложным формообразующим процессом, поскольку метчик в процессе работы практически полностью погружен в заготовку и рабочая нагрузка на зуб более значительна, чем у других инструментов, так как поверхность контакта метчика с заготовкой вдоль резьбы огромна. Таким образом, можно сказать, что метчик работает в очень жестких условиях.
Какие бывают типы метчиков для нарезания резьбы?
В зависимости от привода метчики делятся на:
· Ручные;
· Машинные;
Ручные метчики изготавливаются из углеродистой инструментальной стали или легированной инструментальной стали. Такие метчики поставляются комплектом, состоящим из 2х - 3х метчиков. Машинные метчики обычно изготавливаются из быстрорежущей стали с высокой точностью изготовления. Машинные метчики подходят для нарезания резьбы, как на универсальных, так и на станках с ЧПУ.
В зависимости от метода получения резьбы:
· Метод нарезание резьбы;
· Метод деформации резьбы.
В зависимости от типа резьбы:
· Метрические метчики;
· Дюймовые метчики.
По своей форме метчики конструктивно подразделяются:
· Метчики с прямыми канавками (для сквозных отверстий и сыпучих материалов);
· Метчики со спиральными канавками (для глухих отверстий).
В соответствии со стандартами, хвостовики у метчиков бывают:
· По стандарту DIN;
· По стандарту ISO;
· По стандарту JIS;
· По стандарту ANSI;
В зависимости от материала метчика:
· Метчики из быстрорежущего сплава HSS
· Метчики из быстрорежущего сплава с добавлением кобальта HSSE;
· Метчики из порошкового быстрорежущего сплава HSS-PM;
· Твердосплавные метчики.
А теперь давайте более подробно поговорим про каждый тип метчика и рассмотрим их сильные и слабые стороны.
Метчики с прямыми канавками.
Метчики с прямыми канавками являются одними из наиболее часто применяемых на производстве, они широко используются для нарезания внутренней резьбы на обычных токарных, сверлильных и резьбонарезных станках. Такое распространение они получили из-за их удобства использования, низкой цены, надежности и наибольшей жесткости. Метчики с прямыми канавками используются только для нарезания резьбы в сквозных отверстиях, так как у них на заборном конусе располагаются 2, 4 или 6 заходных (неполнопрофильных) зубьев. Благодаря заходной части, такие метчики легко нарезают резьбу, имеют большую производительность, но при этом имеют несколько меньшую точность, чем метчики со спиральными канавками. Однако у метчиков с прямыми канавками есть ограничения, они не подходят для нарезания резьбы по пластичным и высокопластичным материалам (таким как нержавеющая сталь, титановые сплавы и другие). Поэтому метчики с прямыми канавками обычно используют при нарезании резьбы в материалах с более высокой твердостью до 35HRC и дающих сыпучую стружку (например, при нарезании резьбы в чугуне). Метчики с прямыми канавками могут быть изготовлены из быстрорежущих сталей, из быстрорежущих сталей с добавлением кобальта и твердых сплавов.
Метчики со спиральной канавкой.
Метчики со спиральными канавками так же широко используются на производстве, применяются на токарных, сверлильных и резьбонарезных станках. Такие метчики применяются для нарезания резьбы в глухих отверстиях, благодаря укороченному заборному конусу, которая составляет 1-2 витка. Так же благодаря тому, что стружечная канавка закручена в спираль стружка во время нарезания резьбы выбрасывается вверх и не препятствует процессу резания. Угол спиральной канавки может быть разным от 15° до 42° в зависимости от назначения и условий работы метчика. Чем материал тверже, тем меньше угол наклона, и наоборот, чем мягче материал и пластичнее, тем угол наклона метчика должен быть больше. Благодаря этому метчики со спиральными канавками могут использоваться для нарезания резьбы в пластичных материалах с длинной стружкой (например, для нарезания резьбы в нержавеющей стали). Спиральные канавки позволяют метчику плавно заходить в отверстие, благодаря им, крутящий момент снижается порядка на 30%. Но у метчиков со спиральными канавками существуют и ограничения. Такие метчики не подходят для нарезания резьбы большого размера, особенно из материалов с высокой прочностью на растяжение. На больших диаметрах резьбы, крутящий момент возрастает и становиться огромным. Такой большой крутящий момент может легко привести к разрушению или даже поломке метчика. Поэтому обычно используемые метчики со спиральными канавками имеют спецификации от M2 до M36. Именно поэтому мы в ОКЕ считаем, что начиная с диаметра резьбы М22 лучше всего нарезать резьбы при помощи резьбовых пластин и державок. В нашей номенклатуре имеются метчики с М2 до М22.
Накатники.
Бесстружечные метчики (накатники) - это разновидность метчиков, которые при обработке внутренней резьбы используют метод деформации металла. В отличие от вышеупомянутых типов метчиков, метод деформации резьбы при получении резьбы накатниками заключается в выдавливании формы внутренней резьбы путем пластической деформации самого материала. Поэтому на накатники сразу накладывается ограничение – обрабатываемы материал должен быть пластичным, и не может быть твердым. Благодаря пластической деформации резьба имеет гладкую поверхность, хорошую точность, износостойкость, устойчивость к разрыву и высокую прочность. Она широко используется в электронной промышленности и производстве пластмасс. Так как в процессе получения резьбы не образуется стружка, поэтому можно устранить 90% проблем с обработкой. Накатники используются для обработки мягких материалов (алюминиевые сплавы, медные детали, низкоуглеродистая и среднеуглеродистая сталь). К недостаткам накатника можно отнести то, что резьбы полученные при помощи накатника не являются герметичными и не подходят для герметичного соединения.
Из чего изготавливают метчики?
Обычно метчики изготавливаются из следующих материалов:
· Быстрорежущие стали (HSS);
· Быстрорежущие стали c добавлением кобальта (HHS-E);
· Порошковые быстрорежущие стали (HSSE-PM);
· Порошковые твердые сплавы;
Быстрорежущая сталь (HSS) является одним из самых распространенных материалов для изготовления метчиков. Процесс изготовления метчиков из HSS уже давно отработан и не представляет, каких либо сложностей, поэтому такие метчики, не важно с прямыми или спиральными канавками имеют самую низку цену. У метчиков из HSS только один недостаток – это низкая сопротивляемость высокой температуре в зоне резания, что приводит к низкой стойкости. Метчики из HSS лучше всего подойдут для обработки относительно мягких металлов, конструкционные и легированные стали, алюминий, магниевые сплавы с твердостью до 25HRC. Для более твердых материалов с твердостью до 35HRC, например, в чугун и другие, можно использовать быстрорежущие метчики с добавлением кобальта HSS-E. Добавление кобальта помогает значительно предотвратить износ метчика.
Быстрорежущая сталь HSSE-PM. Это порошковая быстрорежущая сталь. Процесс изготовления инструмента из HSSE-PM подобен процессу изготовлению сменных пластин из твердого сплава (ссылка на статью по изготовлению пластин). Быстрорежущая сталь HSSE-PM имеет однородную структуру, благодаря которой метчики имеют более высокую стойкость и прочность режущей кромки и инструмента, чем метчики из HSS и HSS-E. Метчики из порошковой быстрорежущей стали отлично подойдут для обработки высокопрочных и труднообрабатываемых материалов, таких как, например, титан и его сплавы. Это относительно новая технология, но в номенклатуре инструмента ОКЕ они уже представлены.
Метчики из твердого сплава стоят дороже, чем метчики из быстрорежущих сталей, но при этом твердосплавные метчики выдерживают гораздо более высокие температуры, чем HSS, HSSE и HSSE-PM. Поэтому они обладают повышенной износостойкостью, прочностью и могут применяться на более высоких скоростях. Благодаря высокой стойкости, твердосплавные метчики заменяются реже, поэтому при изготовлении больших партий деталей вам потребуется меньше метчиков, и вы потратите меньше времени на их замену и подналадку станка. У компании ОКЕ в ассортименте вы найдете метчики из всех выше перечисленных.
Точность метчиков.
Все метчики имеют код с полем допуска, который влияет на точность шага и диаметра резьбы (Н1, Н2, Н3, Н4). Чем больше значение кода, тем больше погрешность резьбы (резьба не точная). Например, ручные метчики имеют код Н4 – самая наименьшая точность и наибольшая погрешность.
Таблица. Соответствие кода точности метчика полю допуска внутренней резьбы.
Типы защитного покрытия метчиков.
Резьбовые метчики, в не зависимости от типа (винтовой или прямой) могут поставляться как без покрытия, так и с покрытием. Благодаря защитному покрытию снижаются силы резания, увеличивается теплостойкость а, следовательно, и износостойкость. Давайте рассмотрим самые распространенные типы покрытий.
TiCN (нитрид титана) - сине-серое PVD многослойное покрытие со слоистой структурой. Резьбонарезные метчики с покрытием TiCN обычно используются для нарезания резьбы по труднообрабатываемым материалам, нарезание резьбы по закаленной, износостойкой стали и т.д.
TiAlN (нитрид алюминия титана) - фиолетовое и черное многослойное PVD покрытие. Метчики с покрытием TiAlN в основном используются для нарезания резьбы в износостойких материалах, например в отливках, для нарезания резьбы в чугуне и литом алюминии, а также при резке при высоких температурах и высокой скорости.
TiN (нитрид титана) цвет покрытия – золотистый. Самое простое покрытие, имеет низкую стоимость, широкий диапазон применения, как правило, увеличивает срок службы метчика примерно на 30%. Половина номенклатуры метчиков компании ОКЕ имеют такое покрытие.
Vap (вапаризирование) – бесцветное покрытие. Высокотемпературная обработка окислением. Метчик помещается в высокотемпературный водяной пар при температуре 530℃ для образования черного Fe3O4 на поверхности метчика. Основная функция заключается в поглощении смазочно-охлаждающей жидкости для повышения эффективности смазки и предотвращения резания. Образование и адгезия конкреций имеют широкий спектр применений, особенно при нарезании резьбы из сталей средней и низкой прочности. Эффект особенно значителен;
CH (аморфный углерод) - Аморфный углерод, похожий на алмаз. Внешний вид темно-серый. При использовании процесса PVD толщина покрытия составляет 1-2 мкм, а твердость составляет около 2500HV. В основном используется для нарезания резьбы по цветным металлам, алюминию и его сплавам.
CrAl (хром-алюминия) - Покрытие из хром - алюминия обладает высоким сопротивлением к термическим нагрузкам, что позволяет повысить стойкость режущего инструмента и использовать его в более сложных и не благоприятных условиях (на высоких скоростях и подачах), труднообрабатываемых материалах, таких как чугун. Это относительно новое покрытие, не так часто распространено, но у компании ОКЕ оно присутствует в номенклатуре.
Заключение
Как мы видим, конструкция метчика, его материал и покрытие выбирается в зависимости от типа отверстия и обрабатываемого материала, в котором будет нарезаться резьба. Важно помнить! Только правильно подобранный метчик обеспечивает максимальную производительность, стойкость и не доставит проблем в процессе эксплуатации. У нас в компании ОКЕ представлена широкая номенклатура метчиков из быстрорежущих сталей с разным типом покрытий. Всегда в наличии на складе в России и возможно купить от 1 штуки.
