Несмотря на то, что нарезание внутренней резьбы не относится к сложным технологическим операциям, существуют некоторые особенности подготовки к этой процедуре. Так, следует точно определить размеры подготовительного отверстия под нарезание резьбы, а также правильно подобрать инструмент, для чего используются специальные таблицы диаметров сверл под резьбу. Для каждого из типов резьбы необходимо использовать соответствующий инструмент и рассчитывать диаметр подготовительного отверстия.

Разновидности и параметры резьбы

Параметрами, по которым резьбу разделяют на различные типы, являются:

• единицы исчисления диаметра (метрическая, дюймовая и др.);
• количество заходов ниток (одно-, двух- или трехзаходная);
• форма, в которой выполнены элементы профиля (треугольная, прямоугольная, круглая, трапециевидная);
• направление подъема витков (правая или левая);
• место размещения на изделии (наружная или внутренняя);
• форма поверхности (цилиндрическая или коническая);
• назначение (крепежная, крепежно-уплотнительная, ходовая).

В зависимости от вышеперечисленных параметров различают следующие виды резьбы:

• цилиндрическая, которая обозначается буквами MJ;
• метрическая и коническая, обозначаемые соответственно M и MK;
• трубная, для обозначения которой используются буквы G и R;
• с круглым профилем, названная в честь Эдисона и маркируемая буквой E;
• трапецеидальная, обозначаемая Tr;
• круглая, используемая для монтажа сантехнической арматуры, – Кр;
• упорная и упорная усиленная, маркируемые как S и S45 соответственно;
• дюймовая резьба, которая также может быть цилиндрической и конической, – BSW, UTS, NPT;
• используемая для соединения труб, монтируемых в нефтяных скважинах.

Применение метчика

Прежде чем приступить к резьбонарезанию, надо определить диаметр подготовительного отверстия и выполнить его сверление. Для облегчения этой задачи был разработан соответствующий ГОСТ, который содержит таблицы, позволяющие точно определить диаметр отверстия под резьбу. Эти сведения позволяют легко подобрать размер сверла.

Для нарезания резьбы метрического типа на внутренних стенках сделанного сверлом отверстия используется метчик – винтообразный инструмент с режущими канавками, выполненный в виде стержня, который может иметь цилиндрическую или коническую форму. На его боковой поверхности есть специальные канавки, расположенные вдоль его оси и разделяющие рабочую часть на отдельные сегменты, которые называются гребенками. Острые края гребенок как раз и являются рабочими поверхностями метчика.

Чтобы витки внутренней резьбы получились чистыми и аккуратными, а ее геометрические параметры соответствовали требуемым значениям, ее надо нарезать постепенно, путем поэтапного снятия тонких слоев металла с обрабатываемой поверхности. Именно поэтому с данной целью используют либо метчики, рабочая часть которых по длине разделена на участки с различными геометрическими параметрами, либо наборы таких инструментов. Единичные метчики, рабочая часть которых имеет одинаковые геометрические параметры по всей своей длине, нужны в тех случаях, когда необходимо восстановить параметры уже имеющейся резьбы.

Минимальным набором, при помощи которого можно достаточно качественно выполнить обработку отверстий под резьбу, является комплект, состоящий из двух метчиков – чернового и чистового. Первый срезает со стенок отверстия под нарезание метрической резьбы тонкий слой металла и формирует на них неглубокую канавку, второй не только углубляет сформированную канавку, но и зачищает ее.

Комбинированные двухпроходные метчики или наборы, состоящие из двух инструментов, используются для резьбонарезания в отверстиях небольших диаметров (до 3 мм). Для обработки отверстий под метрическую резьбу большего диаметра необходимо использовать комбинированный трехпроходной инструмент или набор, состоящий из трех метчиков.

Для манипуляций с метчиком применяется специальное приспособление – вороток. Главным параметром таких приспособлений, которые могут иметь различное конструктивное исполнение, является размер посадочного отверстия, который должен точно совпадать с размером хвостовика инструмента.

При использовании набора из трех метчиков, отличающихся как своей конструкцией, так и геометрическими параметрами, следует строго соблюдать последовательность их применения. Отличить их друг от друга можно как по специальным рискам, нанесенным на хвостовики, так и по конструктивным особенностям.

1. Метчик, которым отверстие под нарезание метрической резьбы обрабатывается в первую очередь, отличается минимальным диаметром среди всех инструментов набора и режущими зубьями, верхняя часть которых сильно обрезана.
2. Второй метчик имеет более короткую заборную часть и более длинные гребни. Его рабочий диаметр занимает промежуточное значение между диаметрами остальных инструментов из набора.
3. Третий метчик, которым отверстие под нарезание метрической резьбы обрабатывается в последнюю очередь, характеризуется полными гребнями режущих зубцов и диаметром, который должен точно соответствовать размеру формируемой резьбы.

Метчики используются преимущественно для нарезания резьбы метрического типа. Значительно реже, чем метрические, применяются метчики, предназначенные для обработки внутренних стенок труб. Они в соответствии со своим назначением называются трубными, а отличить их можно по букве G, присутствующей в их маркировке.

Технология нарезания внутренней резьбы

Как уже говорилось выше, перед началом работы надо просверлить отверстие, диаметр которого должен точно подходить под резьбу определенного размера. Следует иметь в виду: если диаметры отверстий, предназначенных под нарезание метрической резьбы, выбраны неверно, это может привести не только к ее некачественному выполнению, но и к поломке метчика.

Учитывая тот факт, что метчик, формируя резьбовые канавки, не только срезает металл, но и продавливает его, диаметр сверла для выполнения резьбы должен быть несколько меньше, чем ее номинальный диаметр. Например, сверло под выполнение резьбы М3 должно иметь диаметр 2,5 мм, под М4 – 3,3 мм, для М5 следует выбирать сверло диаметром 4,2 мм, под резьбу М6 – 5 мм, М8 – 6,7 мм, М10 – 8,5 мм, а для М12 – 10,2.

Таблица 1. Основные диаметры отверстий под метрическую резьбу

Все диаметры сверл под резьбу ГОСТ приводит в специальных таблицах. В таких таблицах указаны диаметры сверл под выполнение резьбы как со стандартным, так и с уменьшенным шагом, при этом следует иметь в виду, что для этих целей сверлятся отверстия разных диаметров. Кроме того, если резьба нарезается в изделиях из хрупких металлов (таких, например, как чугун), диаметр сверла под резьбу, полученный из таблицы, необходимо уменьшить на одну десятую миллиметра.

Ознакомиться с положениями ГОСТ, регламентирующими нарезание метрической резьбы, можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Диаметры сверл под метрическую резьбу можно рассчитать самостоятельно. От диаметра резьбы, которую требуется нарезать, необходимо вычесть значение ее шага. Сам шаг резьбы, размер которого используется при выполнении таких вычислений, можно узнать из специальных таблиц соответствия. Для того чтобы определить, какого диаметра отверстие необходимо выполнить с помощью сверла в том случае, если для резьбонарезания будет использоваться трехзаходный метчик, надо воспользоваться следующей формулой:

Д о = Д м х 0,8, где:

Д о – это диаметр отверстия, которое надо выполнить с помощью сверла,

Д м – диаметр метчика, которым будет обрабатываться просверленный элемент.

Прочность крепления деталей между собой обеспечивается за счет ввинчивания носителя внешней резьбы во внутреннюю второго изделия. Важно, чтобы параметры их были выдержаны в соответствии со стандартами, тогда такое соединение не нарушится в ходе эксплуатации и обеспечит необходимую герметичность. Потому существуют нормы выполнения резьбы и отдельных ее элементов.

Перед нарезкой внутри детали выполняют отверстие под резьбу, диаметр которого не должен превышать ее внутренний. Выполняется это с помощью сверл по металлу, габариты которых приведены в справочных таблицах.

Параметры отверстия

Различают следующие параметры резьбы:

• диаметры (внутренний, внешний и так далее);
• форму профиля, его высоту и угол;
• шаг и вхождение;
• прочие.

Условием соединения деталей между собой является полное совпадение показателей внешней и внутренней резьбы. В случае, если какая-то из них выполнена без соблюдения требований, то крепление будет ненадежным.

Крепление может быть болтовым или шпилечным, которые кроме основных деталей включают в себя гайки и шайбы. В скрепляемых деталях перед соединением формируют отверстия, а затем проводят нарезание.

Чтобы выполнить ее с максимальной точностью, следует предварительно сформировать отверстие сверлением, равное величине внутреннего диаметра, то есть образуемого вершинами выступов.

При сквозном выполнении диаметр отверстия должен быть на 5-10% больше размера болта или шпильки, тогда выполняется условие:

d отв = (1,05..1,10)×d, (1),

где d – номинальный диаметр болта или шпильки, мм.

Для определения размера отверстия второй детали расчет ведут так: из значения номинального диаметра (d) вычитают величину шага (Р) – полученный результат является искомым значением:

d отв = d — P, (2).

Результаты расчетов наглядно демонстрирует таблица диаметров отверстий под резьбу, составленная по данным ГОСТ 19257-73, для размеров 1-1,8 мм с малым и основным шагами.

Диаметр номинальный, мм	Шаг, мм	Размер отверстия, мм
1	0,2	0,8
1	0,25	0,75
1,1	0,2	0,9
1,1	0,25	0,85
1,2	0,2	1
1,2	0,25	0,95
1,4	0,2	1,2
1,4	0,3	1,1
1,6	0,2	1,4
1,6	0,35	1,25
1,8	0,2	1,6
1,8	0,35	1,45

Немаловажным параметром является глубина сверления, которая вычисляется из суммы таких показателей:

• глубины ввинчивания;
• запаса внешней резьбы ввинчиваемой детали;
• ее недореза;
• фаски.

При этом 3 последних параметра справочные, а первый вычисляется через коэффициенты учета материала изделия, которые равны для изделий из:

• стали, латуни, бронзы, титана – 1;
• чугунов серого и ковкого – 1,25;
• легких сплавов – 2.

Таким образом, глубина ввинчивания составляет произведение коэффициента учета материала на номинальный диаметр, и выражается в миллиметрах.

Скачать ГОСТ 19257-73

Разновидности резьбы

Резьбы по системе измерения подразделяют на метрические, выражаемые в миллиметрах, и дюймовые, измеряемые в соответствующих единицах. Оба этих вида могут выполняться как в цилиндрической, так и в конической формах.

Они могут иметь профили различных форм: треугольные, трапецидальные, круглые; делиться по признаку применения: для крепежных деталей, сантехнических элементов, трубные и прочие.

Диаметры подготовительных отверстий под нарезание резьбы зависят от ее вида: метрическая, дюймовая или трубная, — это нормировано соответствующими документами.

Отверстия в трубных соединениях, выраженные в дюймах, прописаны в ГОСТ 21348-75 для цилиндрической формы и ГОСТ 21350-75 – для конической. Данные справедливы в случае использования меди и безникелиевых стальных сплавов. Нарезку осуществляют внутри вспомогательных деталей, в которые будут ввинчиваться трубы – сланцев, хомутов и прочих.

В ГОСТ 19257-73 приведены диаметры отверстий под нарезание метрической резьбы, где в таблицах показаны размерные ряды номинальных диаметров и шагов, а также параметры отверстий под метрическую резьбу с учетом значений предельных отклонений.

Данные, приведенные в таблице ГОСТ19257-73 подтверждают расчет, приведенный выше, в которых параметры отверстий под метрические виды рассчитывают из номинального диаметра и шага.

ГОСТ 6111-52 нормирует диаметры отверстий под дюймовую коническую резьбу. В документе указаны два диаметра с расхождением на конус и один – без развертывания, а также глубины сверления, все величины, кроме номинального значения, выражены в миллиметрах.

Приспособления

Ручные или автоматические способы нарезания обеспечивают результаты различных классов точности и шероховатости. Так, основным инструментом остается метчик, представляющий собой стержень с режущими кромками.

Метчики бывают:

• ручными, для выполнения метрической (М1-М68), дюймовой – ¼-2 ʺ , трубной – 1/8-2 ʺ ;
• машинно-ручными – насадки на сверлильные и прочие станки, используются для тех же размеров, что и ручные;
• гаечными, которые позволяют нарезать сквозной вариант для тонких деталей, с номинальными размерами 2-33 мм.
• Под нарезание метрической резьбы используют комплект стержней – метчиков:
• черновой, имеющий удлиненную заборную часть, состоящую из 6-8 витков, и маркирующийся одной риской у основания хвостовика;
• средний – с заборной частью средней длины в 3,5-5 витков, и маркировкой в виде двух рисок;
• чистовой имеет заборную часть всего в 2-3 витка, без рисок.

При ручной нарезке, если шаг превышает 3 мм, то используют 3 метчика. Если шаг изделия менее 3 мм – достаточно двух: чернового и чистового.

Метчики, применяемые к малой метрической резьбе (М1-М6), имеют 3 канавки, по которым отводится стружка, и усиленный хвостовик. В конструкции остальных – 4 канавки, а хвостовик проходной.

Диаметры всех трех стержней под метрическую резьбу увеличиваются от чернового к чистовому. Последний стержень под резьбу должен иметь диметр равный ее номинальному.

Метчики крепятся в специальные приспособления – держатель инструментов (если он небольшого размера) или вороток. С помощью них осуществляется вворачивание режущего стержня в отверстие.

Подготовку отверстий к нарезке проводят с помощью сверл, зенкеров и токарных станков. Сверлением его образуют, а зенкерованием и растачиванием увеличивают его ширину и повышают качество поверхности. Приспособления используются для цилиндрических и конических форм.

Сверло представляет собой металлический стержень, состоящий из цилиндрического хвостовика и винтовой режущей кромки. К их основным геометрическим параметрам относятся:

• угол винтового подъема, как правило, составляющий 27°;
• угол заострения, который может быть 118° или 135°.

Сверла бывают катанные, вороненные темного цвета, и блестящие – шлифованные.

Зенкеры для цилиндрических форм называют цековками. Они представляют собой металлические стержни с двумя, закрученными в спираль резцами и неподвижной направляющей цапфой, чтобы ввести зенкер в полость.

Методика нарезания

Ручным метчиком проводить нарезку можно соблюдая следующие этапы:

• высверлить проем под резьбу соответствующих диаметра и глубины;
• провести его зенкование;
• закрепить метчик в держателе или воротке;
• выставить его перпендикулярно рабочей полости, в которой будет осуществляться нарезание;
• ввинчивать метчик с легким нажимом по часовой стрелке в отверстие, подготовленное заранее под нарезание резьбы;
• через каждый полуоборот выворачивать метчик назад, чтобы срезать стружку.

Для охлаждения и смазывания поверхностей в процессе резки важно использовать смазочные материалы: машинное мало, олифу, керосин и тому подобные. Неправильно подобранная смазка может привести к некачественному результату нарезки.

Выбор размера сверла

Диаметр сверла для отверстия под метрическую резьбу определяется так же формуле (2), с учетом ее основных параметров.

Стоит отметить, что при нарезке в пластичных материалах, таких как сталь или латунь, происходит повышение витков, потому необходимо под резьбу выбирать диаметр сверла больший, чем для хрупких материалов, таких как, чугун или бронза.

На практике размеры сверл, как правило, немного меньше нежели необходимое отверстие. Так, в таблице 2 показаны соотношение номинального и наружного резьбовых диаметров, шага, диаметров отверстия и сверла для него под нарезание метрической резьбы.

Таблица 2. Соотношение основных параметров метрической резьбы с нормальным шагом и диаметров отверстия и сверла

Номинальный диаметр, мм	Наружный диаметр, мм	Шаг, мм	Наибольший диаметр отверстия, мм	Диаметр сверла, мм
1	0,97	0,25	0,785	0,75
2	1,94	0,4	1,679	1,60
3	2,92	0,5	2,559	2,50
4	3,91	0,7	3,422	3,30
5	4,9	0,8	4,334	4,20
6	5,88	1,0	5,153	5,00
7	6,88	1,0	6,153	6,00
8	7,87	1,25	6,912	6,80
9	8,87	1,25	7,912	7,80
10	9,95	1,5	8,676	8,50

Как видно из таблицы, существует некий размерный предел, который рассчитан с учетом допусков для резьбы.

Размер сверла при этом значительно меньше, чем отверстие. Так, например, под резьбу М6, наружный диаметр которой 5,88 мм, а ее наибольшее значение отверстия не должно превышать 5,153 мм, стоит использовать сверло на 5 мм.

Отверстие под резьбу М8 с наружным диаметром 7,87 мм составит только 6,912 мм, значит, для него сверло будет 6,8 мм.

Качество резьбы зависит от множества факторов при ее нарезании: от выбора инструмента до правильно рассчитанного и подготовленного отверстия. Слишком малое оно приведет к повышенной шероховатости и даже поломке метчика. Большие усилия, приложенные к метчику – способствуют несоблюдению допусков и, как результат, не выдерживаются размеры.

Нарезание наружной резьбы. Диаметры стержней под резьбу при нарезании плашками.

Перед тем как нарезать резьбу, необходимо подобрать диаметр заготовки под данную резьбу.

Нарезая резьбу плашкой, надо иметь в виду, что при образовании профиля резьбы металл изделия, особенно сталь, медь и др., тянется и изделие увеличивается. Вследствие этого усиливается давление на поверхность плашки, что приводит к нагреву и прилипанию частиц металла, поэтому резьба может получиться рваной.

При выборе диаметра стержня под наружную резьбу следует руководствоваться теми же соображениями, что при выборе отверстий под внутреннюю резьбу. Практика нарезания наружных резьб показывает, что лучшее качество резьбы можно получить в том случае, если диаметр стержня несколько меньше наружного диаметра нарезаемой резьбы. Если диаметр стержня будет меньше требуемого, то резьба получится неполной; если же больше, то плашка или не сможет быть навинчена на стержень и конец стержня будет испорчен, или во время работы зубья плашки вследствие перегрузки могут поломаться, а резьба будет сорвана.

В табл. 27 приведены диаметры стержней, используемых при нарезании резьбы плашками.

Таблица 27 Диаметры стержней под резьбу при нарезании плашками

Диаметр заготовки должен быть на 0,3-0,4 мм меньше наружного диаметра резьбы.

При нарезании резьбы плашкой стержень закрепляют в тисках так, чтобы выступающий над уровнем губок конец тисков был на 20-25 мм больше длины нарезаемой части. Для обеспечения врезания на верхнем конце стержня запиливается фаска. Затем на стержень накладывают закрепленную в клупп плашку и с небольшим нажимом вращают клупп так, чтобы плашка врезалась примерно на 0,2-0,5 мм. После этого нарезаемую часть стержня смазывают маслом и вращают клупп точно таким же образом, как при работе метчиком, т. е. один-два оборота вправо и пол-оборота влево (рис. 152, б).

Рис. 152. Прием нарезания резьбы плашкой (б)

Для предупреждения брака и поломки зубьев необходимо, чтобы плашка заходила на стержень без перекоса.

Проверка нарезанной внутренней резьбы производится резьбовыми калибрами-пробками, а наружной - резьбовыми микрометрами или резьбовыми калибрами-кольцами.