Нарезание резьбы токарными пластинами: типы, стандарты и стратегии

Резьбонарезание — обширная технологическая область: резьба присутствует практически в каждом машиностроительном изделии. На токарном станке резьба нарезается несколькими методами, но нарезание резьбовыми пластинами занимает особое место благодаря гибкости, точности и возможности работы с нестандартными профилями. В этой статье — полный обзор методов, типов резьбовых пластин, стандартов резьб и стратегий нарезания.

Методы нарезания резьбы

На производстве применяется несколько методов получения резьбы. Каждый имеет свою область применения:

• Точение резьбовыми пластинами — на токарном станке с ЧПУ. Гибкость, точность, любые диаметры и профили.
• Метчики — для внутренней резьбы небольшого диаметра. Высокая производительность. Метчики в каталоге.
• Плашки — для наружной резьбы вручную или на станке. Плашки в каталоге.
• Резьбофрезерование — на фрезерных станках с ЧПУ. Один инструмент для правой и левой резьбы, закалённые материалы. Резьбофрезы в каталоге.
• Резьбонакатывание — холодное деформирование: высокая прочность резьбы, нет стружки.
• Шлифование резьбы — для прецизионных ходовых винтов и калибров.

Далее подробно рассматриваем нарезание резьбы токарными пластинами.

Типы резьбовых пластин

Резьбовые токарные пластины делятся на три конструктивных типа, различающихся по принципу формирования профиля резьбы:

Пластины полного профиля

Пластина полного профиля имеет режущую кромку, точно соответствующую полному профилю резьбы — включая вершину (наружный диаметр), боковые стороны и впадину. Профиль резьбы формируется целиком за один рабочий ход.

Преимущества

• Наивысшая геометрическая точность профиля резьбы — все параметры (угол, шаг, радиус дна) формируются одной пластиной
• Нет необходимости в дополнительном инструменте для формирования радиуса дна или вершины
• Идеальна для серийного производства с одним типом резьбы

Недостатки

• Для каждого шага резьбы нужна отдельная пластина — при разнообразии шагов номенклатура инструмента растёт
• Высокая нагрузка на пластину при полном профиле — требования к жёсткости и минимальному вылету инструмента

Каталог: пластины для метрической резьбы M (60°, полный профиль).

Пластины неполного V-профиля

Пластина неполного профиля формирует боковые стороны и угол резьбы, но не создаёт точный профиль вершины или впадины. Вершина и впадина формируются независимо от шага резьбы — за счёт этого одна пластина подходит для нескольких шагов в определённом диапазоне.

Преимущества

• Одна пластина для нескольких шагов — сокращение номенклатуры
• Применима при смене задания с одного шага на другой без переналадки

Недостатки

• Радиус дна резьбы не гарантируется пластиной — возможна концентрация напряжений во впадине
• Точность профиля ниже, чем у пластины полного профиля

Каталог: пластины неполного профиля 60° и 55°.

Многозубые пластины

Многозубая (многовитковая) пластина несёт несколько режущих зубьев, расположенных с шагом резьбы. За один проход сразу несколько зубьев снимают стружку, что сокращает общее число проходов и повышает производительность.

Преимущества

• Значительное сокращение числа проходов и времени нарезания
• Высокая производительность в серийном производстве

Недостатки и требования

• Высокая суммарная нагрузка на пластину — требует жёсткого закрепления детали
• Минимальный вылет инструмента обязателен — иначе вибрации и брак
• Не рекомендуется при нежёстких деталях (длинные валы, тонкостенные детали)

Стандарты и типы резьб

Резьбы классифицируются по профилю, шагу и стандарту. В машиностроении используется несколько основных международных стандартов:

Профили резьб по применению

Метрическая резьба ISO (M) — угол 60°

Наиболее распространённый стандарт в России, ЕС и большинстве стран. Обозначение: M10×1,5 (диаметр × шаг в мм). Применяется для большинства крепёжных соединений общего назначения.

Каталог: пластины для метрической резьбы M, 60°.

Трубная резьба Витворта (BSP/G) — угол 55°

Британский стандарт для трубных соединений. Угол профиля 55°. Два вида: цилиндрическая (G — BSPP) для уплотнения прокладкой и коническая (R — BSPT) для герметичного соединения по конусу. Широко применяется в гидравлике и пневматике.

Каталог: пластины для трубной резьбы Витворта 55°.

Американская дюймовая резьба UN — угол 60°

Стандарт ANSI/ASME для американских дюймовых резьб: UNC (крупный шаг), UNF (мелкий шаг), UNEF (сверхмелкий). Обозначение: 1/4-20 UNC (диаметр в дюймах — число ниток на дюйм). Применяется в авиакосмосе и оборудовании американского производства.

Каталог: пластины для резьбы UN 60°.

Американская коническая трубная резьба NPT — угол 60°

Стандарт для трубных соединений в Северной Америке. Конический профиль обеспечивает самоуплотнение при затяжке. Широко применяется в нефтегазовой отрасли и промышленной арматуре.

Каталог: пластины для конической трубной резьбы NPT 60°.

Трубная резьба BSPT — угол 55°

Британская коническая трубная резьба для систем трубопроводов газа, воды и пара. Применяется в паропроводах, газопроводах, водопроводах.

Каталог: пластины для резьбы BSPT 55°.

Трапецеидальная резьба Tr — угол 30°

Симметричный трапецеидальный профиль с углом 30°. Применяется для ходовых винтов, грузовых механизмов, домкратов, станочных суппортов. Высокая прочность профиля при осевых нагрузках.

Каталог: пластины для трапецеидальной резьбы Tr 30°.

Стратегии нарезания: схемы врезания

Профиль резьбы при точении формируется за несколько проходов. Стратегия врезания (схема подачи инструмента от прохода к проходу) существенно влияет на качество резьбы и стойкость пластины:

Радиальное врезание (прямое)

Каждый проход — радиальный набор глубины резания ap. Обе боковые кромки работают одновременно. Простая стратегия — стандарт для большинства станков. Недостаток: при большом шаге нагрузка на пластину растёт, возможен износ V-образной формы.

Боковое врезание (одностороннее)

Пластина набирает глубину с небольшим боковым смещением — работает преимущественно одна боковая кромка. Меньше нагрузка, лучше стружкодробление, выше стойкость. Рекомендуется для резьб с крупным шагом и труднообрабатываемых материалов.

Попеременное боковое врезание

Чередование бокового смещения влево и вправо от прохода к проходу. Равномерный износ обеих боковых кромок. Оптимально для трапецеидальной и других несимметричных профилей.

Число проходов

Глубина резания за один проход при нарезании резьбы уменьшается от прохода к проходу — это называется «убывающий шаг глубины». Логика: первые проходы снимают основной объём, последние — зачищают профиль с минимальным съёмом для обеспечения точности.

Ориентировочное число проходов для метрической резьбы (60°, сталь):

Последние 1–2 прохода делаются с минимальной глубиной (0,05–0,10 мм) — «зачистные» проходы для достижения точного размера.

Резьбовые державки

Резьбовые пластины устанавливаются в специальные резьбовые державки, которые обеспечивают точное угловое положение пластины (0° или 15° наклона в зависимости от серии). Два основных вида:

• Державки для наружной резьбы — для нарезания резьбы на внешней поверхности детали
• Державки (оправки) для внутренней резьбы — расточные оправки для нарезания резьбы внутри отверстия

При выборе державки убедитесь, что угол наклона посадочного места соответствует углу наклона пластины (0° или 15°).

Другие методы нарезания резьбы

В зависимости от диаметра, серийности и доступного оборудования может быть предпочтительным другой метод:

• Метчики — для внутренней резьбы М2–М52 при высокой серийности. Метрические метчики M, метчики трубной резьбы G.
• Резьбофрезерование — для закалённых сталей, нержавеющих, отверстий с ненадёжным выходом. Трёхвитковые резьбофрезы, полновитковые резьбофрезы.

Сводная таблица стандартов резьб

FAQ: частые вопросы о нарезании резьбы

Почему профиль резьбы не получается с первых проходов?

Профиль формируется постепенно за несколько проходов с уменьшающейся глубиной. После первых проходов резьба выглядит «незаконченной» — это норма. Полный профиль получается только после всех проходов, включая зачистные. Проверяйте резьбовым калибром только после завершения всех проходов по программе.

Пластина полного профиля или неполного — что выбрать?

Если производите одну резьбу с постоянным шагом в серии — выбирайте пластину полного профиля: выше точность, нет необходимости в дополнительных операциях. Если нужна гибкость (несколько шагов, частая смена заданий) — пластина неполного профиля экономит смены инструмента. Для нагруженных резьб (ходовые винты, трубные соединения) — только полный профиль с точным радиусом дна.

Как рассчитать число проходов при нарезании резьбы?

Общая глубина профиля h = 0,6134 × P (для метрической 60°). Делите h на убывающие шаги глубины: первые проходы — 0,15–0,25 мм, последующие — постепенно уменьшаются до 0,05 мм. Большинство производителей указывают рекомендованные схемы проходов в каталогах для каждого шага резьбы и типа пластины.

Почему при нарезании резьбы важна синхронизация шпинделя с подачей?

Резьба нарезается при строгом соответствии подачи fn (мм/об) и шага резьбы P: fn должна точно равняться шагу P. На станках с ЧПУ это обеспечивается G32 (нарезание резьбы с постоянным шагом) или G76 (циклом нарезания). Любое отклонение — «срыв» резьбы или двойная нарезка поверх первой. Проверьте: для M10×1,5 в программе должно быть fn = 1,5 мм/об.

Можно ли нарезать трапецеидальную резьбу пластиной для метрической?

Нет. Угол профиля трапецеидальной резьбы Tr — 30°, у метрической — 60°. Пластина не подходит ни геометрически, ни по нагрузке. Для Tr используйте специальные пластины для трапецеидальной резьбы. Неполный профиль 60° теоретически можно использовать только для формирования боковых сторон, но дно и вершина будут неправильными.

Подберите инструмент для нарезания резьбы

В каталоге STI Store представлен полный ассортимент: резьбовые пластины для всех стандартов, державки наружной резьбы, оправки внутренней резьбы, а также метчики и резьбофрезы. Доставка по России и Казахстану.