Характеристики резьбы
Резьба — это нарезанный в металле винтовой профиль в виде углубления или выступа, который образован соответственно на внутренней либо внешней поверхности детали. Чтобы образовать резьбу на внешней поверхности, используют специальный инструмент под названием плашка или лерка. Для получения внутренней резьбы используют метчики. В обоих случаях можно добиться нарезки резьбы с помощью токарного станка и специализированных резцов. Далее мы будем рассматривать вопросы нарезания внутренней резьбы в углублении металлической детали. Чтобы разобраться, какое отверстие сверлить под резьбу в каждом конкретном случае, следует знать разновидности резьб и их основные характеристики.
Если резьба образована на цилиндрической поверхности, то она называется цилиндрической. Если же поверхность отверстия имеет форму конуса, то полученная на ней резьба будет, соответственно, конического типа. Основные термины и понятия, касающиеся строения и характеристик резьб цилиндрического и конического типа, содержатся в стандарте ГОСТ 11708-82.
По виду профиля их разделяют на:
- треугольные;
- трапецеидальные;
- круглые;
- прямоугольные;
- специальные.
Круглые резьбы находят применение в пожарной арматуре и сантехнических деталях.
Трапецеидальные применяют в ходовых механизмах для передачи поступательного движения. Более всего распространены резьбы треугольные, о которых поговорим ниже.
Сверление под резьбу требует знания и иных ее характеристик. По движению вращения контура резьбы разделяют на правые и левые.
У правой резьбы проточка профиля образована вращением в правую сторону и продольным движением на удаление от точки захода. У левой резьбы вращение направлено в противоположную сторону. В технике более распространены правые резьбы и в их кодировке это подразумевается по умолчанию и не обозначается дополнительно. В маркировке левой резьбы появляются знаки LH. По количеству заходов резьба бывает однозаходной и многозаходной (обычно не более чем двух- и трехзаходные). Резьбы многозаходного типа позволяют работать в условиях больших нагрузок.
Важными критериями, влияющими на выбор сверла под резьбу, являются ее номинальные диаметр, а также шаг. Диаметр соответствует фактическому диаметру внешнего профиля.
Шаг резьбы — это значение дистанции между вершинами ближайших двух вершин профиля. Шаг бывает крупный или основной и мелкий (он может быть не один). Длиной резьбы является полный размер области нарезания профиля на детали.
Для подбора сверла для резьбы также нужно знать, что по совокупности параметров резьбы классифицируют на несколько основных видов:
- Метрическая. Самая часто применяемая резьба в машиностроительной промышленности и в бытовых предметах. Главные ее размеры закреплены в ГОСТ 24705-81. Обозначается буквой М с указанием номинального диаметра. Например, М6 определяет метрическую резьбу диаметром 6 миллиметров, правое вращение, крупный шаг.
- Дюймовая резьба в ходу в странах, где принята дюймовая система измерения размеров. Обозначают размер в дюймах – ½”.
- Трубная цилиндрическая резьба нашла применение в сантехнике для разъемного соединения узлов, деталей и арматуры. Ее размеры определяются по ГОСТ 6357-81. В обозначении стоит буква G и размер в дюймах – G ¾, G 1.
- Дюймовая коническая резьба по ГОСТ 6111-52 используется в трубопроводах невысокого давления.
- Коническая метрическая резьба применяется в соединениях трубопроводов и определяется по ГОСТ 25229-82.
- Трапецеидальные резьбы используют в подвижных механизмах для передачи поступательного движения.
- Круглая резьба определяется по ГОСТ 13536-68 и используется в сантехнической арматуре.
Таблицы выбора диаметра сверла под резьбу
При выполнении внутренней резьбы под нее предварительно сверлится отверстие. Оно не равно диаметру резьбы, так как при нарезании часть материала не удаляется в виде стружки, а выдавливается, увеличивая размер выступов. Потому перед нанесением необходимо выбрать диаметр сверла под резьбу. Это можно сделать по таблицам. Они есть для каждого типа резьбы, но приведем наиболее популярные — метрическую, дюймовую, трубную.
| Метрическая резьба | Дюймовая резьба | Трубная резьба | |||||
| Диаметр резьбы, дюймы | Шаг резьбы, мм | Диаметр сверла, мм | Диаметр резьбы, дюймы | Шаг резьбы, мм | Диаметр сверла, мм | Диаметр резьбы, дюймы | Диаметр отверстия под резьбу, мм |
| M1 | 0.25 | 0,75 | 3/16 | 1.058 | 3.6 | 1/8 | 8,8 |
| M1,4 | 0,3 | 1,1 | 1/4 | 1.270 | 5.0 | 1/4 | 11,7 |
| M1.7 | 0,35 | 1,3 | 5/16 | 1.411 | 6.4 | 3/8 | 15,2 |
| M2 | 0,4 | 1,6 | 3/8 | 1.588 | 7.8 | 1/2 | 18,6 |
| M2.6 | 0,4 | 2,2 | 7/16 | 1.814 | 9.2 | 3/4 | 24,3 |
| M3 | 0,5 | 2,5 | 1/2 | 2,117 | 10,4 | 1 | 30,5 |
| M3,5 | 0,6 | 2,8 | 9/16 | 2,117 | 11,8 | — | — |
| M4 | 0,7 | 3,3 | 5/8 | 2,309 | 13,3 | 11/4 | 39,2 |
| M5 | 0,8 | 4,2 | 3/4 | 2,540 | 16,3 | 13/8 | 41,6 |
| M6 | 1,0 | 5,0 | 7/8 | 2,822 | 19,1 | 11/2 | 45,1 |
| M8 | 1,25 | 6,75 | 1 | 3,175 | 21,3 | — | — |
| M10 | 1,5 | 8,5 | 11/8 | 3,629 | 24,6 | — | — |
| M12 | 1,75 | 10,25 | 11/4 | 3,629 | 27,6 | — | — |
| M14 | 2,0 | 11,5 | 13/8 | 4,233 | 30,1 | — | — |
| M16 | 2,0 | 13,5 | — | — | — | — | — |
| M18 | 2,5 | 15,25 | 11/2 | 4,33 | 33,2 | — | — |
| M20 | 2,5 | 17,25 | 15/8 | 6,080 | 35,2 | — | — |
| M22 | 2,6 | 19 | 13/4 | 5,080 | 34,0 | — | — |
| M24 | 3,0 | 20,5 | 17/8 | 5,644 | 41,1 | — | — |
Еще раз обращаем ваше внимание что диаметр сверла под резьбу дан для крупной (стандартной резьбы).
Приспособления для нарезания резьбы
Для образования в детали внутренней резьбы применяют специализированный инструмент – метчики. Они представляют собой цилиндрические стержни с нарезанным профилем резьбы в зеркальном отражении. Но перед применением метчика необходимо получить в заготовке отверстие с нужным диаметром. Какие должны быть диаметры сверл под резьбу мы поясним ниже, а в этом разделе опишем резьбонарезной инструмент.
Кроме винтового профиля на цилиндрической поверхности метчика имеются продольные канавки, которые по размеру выходят за рабочую часть инструмента. Эти канавки предназначены для вывода металлической стружки из рабочей зоны. Кроме того эти осевые канавки делят стержень метчика на несколько элементов — гребенок. Острые их грани являются основными рабочими элементами метчика. Хвостовая часть и квадрат инструмента предназначены для фиксации в шпинделе и патроне станка либо в воротке. Рабочая область метчика делится на нарезающую и калибровочную части. Нарезающая или заборная часть вырезает в отверстии проточку, а калибровочная приводит размеры профиля резьбы в точное соответствие требуемым.
Если для нарезки применяют один универсальный метчик, то по своей длине он будет иметь несколько областей с различными характеристиками рабочего профиля. Это позволяет одновременно вырезать слой металла, убирать заусенцы и неровности, а также приводить размеры к необходимому значению. Метчики, у которых рабочий профиль имеет постоянные размеры, применяются для обновления поврежденного профиля уже имеющейся внутренней резьбы. Но чаще на практике применяют несколько метчиков, которыми работают по очереди.
Черновой метчик вырезает на внутренней цилиндрической поверхности проточку незначительной толщины, то есть такая канавка является подготовительной. Затем чистовым метчиком канавка дорезается до нужной глубины, а также зачищается и выравнивается.
Для больших диаметров и сложного профиля резьбы может применяться еще и переходной метчик. При ручной нарезке резьбы пользуются специальными держателями – воротками. В них закрепляется хвостовик резьбонарезного инструмента. Также вороток за счет рычага позволяет снизить усилие ручного воздействия на инструмент.
Параметры отверстия для резьбы
Размеры подготовленного отверстия должны строго соответствовать номинальным типоразмерам резьбы. Также нужно образовать фаску, которая облегчит центровку резьбонарезного инструмента. Длина отверстия должна превышать длину резьбы, поскольку в нижней его части будет образовываться недорез, состоящий из сбега и недовода. Для определения размеров этих частей подготовительного отверстия следует руководствоваться данными ГОСТ 10549-80 и ГОСТ 27148-86.
При работе с хрупким материалом, таким как чугун, глубину сверления следует дополнительно увеличить на 25 %. Для многих облегченных сплавов повышающий коэффициент увеличивают еще больше.
Но самым важным параметром отверстия является его диаметр, поэтому нужно выбрать определенные размеры сверл под резьбу. Эти размеры будут отличаться в зависимости от типа резьбы и ее геометрических характеристик. Если отверстие будет больше необходимого, то полученная резьба будет иметь слишком неглубокую канавку. Это приведет к снижению надежности и последующему разрушению резьбового соединения. Если же диаметр отверстия будет слишком зауженным, то качественно нарезать в нем резьбу будет невозможно. Это скорее приведет к поломке резьбонарезного инструмента.
Следует учитывать, что нарезку резьбы можно выполнять практически во всех распространенных металлах и сплавах. Исключением являются хрупкие или жесткие металлы, например, каленое железо. Качественного профиля резьбы добиться не удастся, а поэтому на надежность этого резьбового соединения рассчитывать не стоит.
Таблицы выбора диаметра сверла под резьбу
При выполнении внутренней резьбы под нее предварительно сверлится отверстие. Оно не равно диаметру резьбы, так как при нарезании часть материала не удаляется в виде стружки, а выдавливается, увеличивая размер выступов. Потому перед нанесением необходимо выбрать диаметр сверла под резьбу. Это можно сделать по таблицам. Они есть для каждого типа резьбы, но приведем наиболее популярные — метрическую, дюймовую, трубную.
| Метрическая резьба | Дюймовая резьба | Трубная резьба | |||||
| Диаметр резьбы, дюймы | Шаг резьбы, мм | Диаметр сверла, мм | Диаметр резьбы, дюймы | Шаг резьбы, мм | Диаметр сверла, мм | Диаметр резьбы, дюймы | Диаметр отверстия под резьбу, мм |
| M1 | 0.25 | 0,75 | 3/16 | 1.058 | 3.6 | 1/8 | 8,8 |
| M1,4 | 0,3 | 1,1 | 1/4 | 1.270 | 5.0 | 1/4 | 11,7 |
| M1.7 | 0,35 | 1,3 | 5/16 | 1.411 | 6.4 | 3/8 | 15,2 |
| M2 | 0,4 | 1,6 | 3/8 | 1.588 | 7.8 | 1/2 | 18,6 |
| M2.6 | 0,4 | 2,2 | 7/16 | 1.814 | 9.2 | 3/4 | 24,3 |
| M3 | 0,5 | 2,5 | 1/2 | 2,117 | 10,4 | 1 | 30,5 |
| M3,5 | 0,6 | 2,8 | 9/16 | 2,117 | 11,8 | — | — |
| M4 | 0,7 | 3,3 | 5/8 | 2,309 | 13,3 | 11/4 | 39,2 |
| M5 | 0,8 | 4,2 | 3/4 | 2,540 | 16,3 | 13/8 | 41,6 |
| M6 | 1,0 | 5,0 | 7/8 | 2,822 | 19,1 | 11/2 | 45,1 |
| M8 | 1,25 | 6,75 | 1 | 3,175 | 21,3 | — | — |
| M10 | 1,5 | 8,5 | 11/8 | 3,629 | 24,6 | — | — |
| M12 | 1,75 | 10,25 | 11/4 | 3,629 | 27,6 | — | — |
| M14 | 2,0 | 11,5 | 13/8 | 4,233 | 30,1 | — | — |
| M16 | 2,0 | 13,5 | — | — | — | — | — |
| M18 | 2,5 | 15,25 | 11/2 | 4,33 | 33,2 | — | — |
| M20 | 2,5 | 17,25 | 15/8 | 6,080 | 35,2 | — | — |
| M22 | 2,6 | 19 | 13/4 | 5,080 | 34,0 | — | — |
| M24 | 3,0 | 20,5 | 17/8 | 5,644 | 41,1 | — | — |
Еще раз обращаем ваше внимание что диаметр сверла под резьбу дан для крупной (стандартной резьбы).
Выбор диаметра сверла под резьбу
Размер сверла должен строго соответствовать номинальному диаметру резьбы. Наиболее достоверные величины отверстий под метрическую резьбу даны в ГОСТ 19257-73. В данном стандарте представлены размеры отверстий для любого диаметра резьбы, учитывая шаг резьбы и применяемое поле допуска. При работе удобно иметь под рукой таблицу сверл под резьбу, в которой должны быть собраны данные по отверстиям для самых применяемых типоразмеров резьб.
Размер сверла под резьбу, когда в нужный момент нет таблицы, можно определить следующим методом. От диаметра резьбы нужно отнять значение шага. Сверло под резьбу М6 с основным шагом, будет с диаметром 5 мм. Это вычисляется вычитанием из диаметра 6 мм значения шага 1,0 мм: 6 мм – 1,0 мм = 5,0мм. Сверло для резьбы М4 с основным шагом будет иметь диаметр 3,3 мм: 4 мм – 0,7 мм = 3,3 мм. Таким образом, можно определить диаметр сверла для резьбы любого номинального диаметра. Для проверки такого расчета лучше заглядывать в таблицу ГОСТа.
Чтобы по таблице определить какое отверстие сверлить под резьбу М10, нужно посмотреть на последнюю строку. При крупном шаге 1,5 мм нам необходимо просверлить отверстие диаметром 8,5 мм. Для определения того, какое отверстие сверлить под резьбу М8, смотрим на последний столбец соответствующей строки и видим диаметр 6,7 мм. Более подробные таблицы представлены в ГОСТ 19257-73.
Часто возникает вопрос, какие сверла под резьбу следует использовать. Тут все зависит от марки обрабатываемого материала.
Для обычной низколегированной стали используют стандартные спиральные сверла, изготовленные из быстрорежущей стали. Для работы с нержавеющей и высоколегированной сталью рекомендуется использовать сверло под резьбу, изготовленное из стали, легированной кобальтом и вольфрамом.
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:
- dотв = (1,05..1,10)×d,
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:
- dотв = d — P,.
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.
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.
Как делается нарезание резьбы
Когда определено, какое сверло под резьбу необходимо, отверстие вырезано, то можно переходить к следующему этапу – непосредственной нарезке.
Стенки отверстия следует очистить от посторонних загрязнений. Это можно сделать металлическим ершиком либо продуть его воздухом. Обрабатываемую деталь необходимо надежно зафиксировать. Метчик необходимо установить в отверстие строго параллельно его оси. Для качественной центровки в отверстии при сверлении выполняется фаска обычно под 30 либо 45 градусов. Параллельность осей метчика и отверстия проверяется при помощи угольника, который прикладывают к поверхности инструмента и грани детали. Затем производят нарезку резьбы вращением инструмента по часовой стрелке (в случае правой резьбы). Особенно важно нарезать ровно первые витки резьбы.
Прокручивание воротка производят постепенно. Сделав полный оборот, метчик выкручивают на половину оборота. Если прилагаемое усилие возрастает, то метчик достают из отверстия и снимают с него стружку. При работе рекомендуется применение смазки. Это может быть специальная смазка, например, паста на основе жиров и воска, которая наносится непосредственно на инструмент. Заменой может служить олифа, керосин либо машинное масло. Нарезание резьбы на сверлильном станке проводится с применением специальных метчиков. Сам процесс нарезания не отличается от технологии ручной работы.
