Практическое руководство для предприятий по нарезанию резьбы на металле

Я проработал более десяти лет на производстве в ShincoFab, на нашем предприятии по обработке листового металла: выкручиваем метчики, очищаем отверстия и ремонтируем поврежденные детали. Когда вы обрабатываете тысячи металлических деталей в неделю, вы понимаете, что работает, а что может сорвать проект клиента.

Если вы хотите понять, как нарезать резьбу на металле без лишних хлопот, вы попали по адресу. В этом руководстве я покажу вам, как мы нарезаем ровную резьбу в нашем цехе. Вы узнаете, какие инструменты вам понадобятся, ознакомитесь с пошаговой методикой нарезания резьбы и узнаете, как извлечь сломанный метчик. Как представитель завода по производству листового металла, я расскажу вам, почему вам следует никогда прикрепить тонкий листовой металл непосредственно к поверхности.

Никаких сложных инженерных терминов или теорий из учебников. Только честные и практичные советы, которыми мы пользуемся каждый день за своими рабочими столами. Приступим к делу.

Что означает «нарезать резьбу на металле»?

Нарезание резьбы — это вырезание спиральных канавок в металлическом изделии. Эти канавки позволяют скручивать две детали друг с другом, чтобы они прочно соединялись. Вспомните ребра на крышке бутылки с водой. Вот это и есть резьба.

Нарезание резьбы и нарезание шлица (в чём разница?)

Люди часто употребляют слова “нарезка резьбы” и “нарезание резьбы”, как будто они означают одно и то же. На производстве путаница в этих терминах приводит к недопониманию.

• Отвод создает внутреннюю резьбу. Это делается внутри отверстия. Представьте себе внутреннюю поверхность металлической гайки. Такую резьбу мы называем “внутренней”.
• Нарезка резьбы создает наружную резьбу. Это делается на внешней поверхности металлического стержня. Представьте себе внешнюю поверхность болта. Такую резьбу мы называем “наружной”.

Если вы хотите вкрутить болт в плоскую металлическую пластину, необходимо нарезать резьбу в отверстии пластины.

Разница между метрической и британской резьбой

Когда клиенты присылают нам в ShincoFab чертежи в формате CAD, мы видим две системы:

• «Империал» (стандартный): Здесь используется единица измерения «количество витков на дюйм» (TPI). Например, винт 1/4-20 имеет ширину 1/4 дюйма, а на одном дюйме расположено 20 витков.
• Метрика: Этот показатель отражает расстояние между вершинами резьбы. Винт M8 x 1,25 имеет ширину 8 мм. Расстояние между вершинами резьбы составляет 1,25 мм.

Если вы перепутаете их и попытаетесь силой вкрутить болт метрического размера в отверстие британского стандарта, вы испортите металлическую деталь. Мы не раз видели, как так поступают начинающие станочники, и это приводит к браку заготовки.

Правило зацепления резьбы 70%

Контакт резьбы — это степень соприкосновения внутренней и внешней резьбы. Может показаться, что для надежного крепления требуется контакт 100%. Но это не так.

Когда я обучаю новых операторов, я запрещаю им стремиться к резьбе 100%. Для нарезания резьбы 100% требуется слишком большой крутящий момент. Если вы попробуете это сделать, режущий инструмент сломается пополам. Вместо этого стремитесь к Взаимодействие резьбы 70%.

Вот почему 70% является нашим внутренним руководством по проектированию — это подход, основанный на данных и коэффициентах безопасности, которые обычно используются в справочниках по механическому проектированию, таких как авторитетный Справочник по машиностроению.

• Он обеспечивает всю необходимую удерживающую способность, предусмотренную техническими характеристиками 99%.
• Это обеспечивает зазор в отверстии, благодаря чему ваш инструмент не заклинивается из-за стружки.
• Это ускоряет производство и позволяет нам ежегодно экономить тысячи долларов, которые мы тратили бы на замену сломанных метчиков.

Какие инструменты нужны для нарезания резьбы на металле?

Для нарезания резьбы на металле не нужен большой набор инструментов. Даже в профессиональной мастерской для ручной резьбы требуется всего несколько инструментов.

Сверла для отверстий (и какой тип выбрать)

• Конические метчики: Резьба на конце сплющена. Для начала резания всегда используйте конический метчик, чтобы обеспечить ровный начальный проход.
• Разъёмы: Используйте его после конического сверла, чтобы просверлить более глубокое отверстие в металле.
• Кранчики для слива: Их используют исключительно для того, чтобы задвинуть резьбу на дно “глухого” отверстия.

Матрицы для штанги и болтов

Если вы хотите изготовить болт самостоятельно, вам понадобится резьбонарезная матрица. Ее нужно установить на конец металлического стержня без резьбы. При закручивании матрицы с помощью ключа “die stock” внутренние зубья снимают металл, образуя наружную резьбу.

Зачем нужна смазочно-охлаждающая жидкость?

Не пытайтесь резать металл без смазки. Я могу определить даже с другого конца цеха, что кто-то режет металл без смазки, просто по визжащему звуку.

Когда металл трется о металл, возникает трение и выделяется тепло. Если не использовать смазочно-охлаждающую жидкость, металлическая стружка приварится к метчику под действием трения. В результате образуются неровные канавки. Уже через несколько минут метчик заклинит и сломается.

Эту проблему можно решить с помощью нескольких капель смазочно-охлаждающей жидкости. Она охлаждает инструмент, удаляет стружку и позволяет получить чистую, ровную резьбу, которая проходит наши проверки контроля качества.

Как вырезать идеальные петли (пошаговая инструкция)

Как правильно определить размер направляющего отверстия

Всё начинается с пилотного отверстия. Если сверло слишком большое, винт выскочит. Если оно слишком маленькое, метчик застрянет.

Чтобы добиться оптимального зацепления 70%, необходимо выбрать правильный размер. Например, для обеспечения зацепления 70% на стандартном винте 1/4-20 нужно использовать сверло #7. Ни в коем случае не полагайтесь на догадки. На каждом сверлильном станке нашего завода прикреплены таблицы размеров сверл, рассчитанные на основе стандартной геометрии резьбы ASME Unified. Всегда сверяйте размер сверла с таблица сверл с резьбой, составленная на основе стандарта ANSI/ASME B1.1 прежде чем брать в руки дрель.

Таблица стандартных размеров метчиковых сверл (тип зацепления 70%):

Как правильно хранить инструменты

После того как отверстие просверлено, вставьте в него наконечник метчика. Инструмент необходимо держать ровно. Воспользуйтесь столярным угольником, чтобы проверить угол с двух разных сторон. Криво вставленный метчик — это #1 причина, по которой детали не проходят контроль качества.

Метод простукивания рукой вперед и назад

Добавьте в отверстие несколько капель смазочно-охлаждающей жидкости и равномерно надавите на метчик вниз. Чтобы нарезать ровную резьбу вручную, следуйте этому стандартному трёхэтапному методу с перемещением вперед и назад:

1. Обрезать нить: Поверните кран по часовой стрелке на пол-оборота, пока не почувствуете, что он вошел в основной металл. Прекратите поворот.
2. «Break the Chip»: Поверните метчик в обратную сторону (против часовой стрелки) на четверть оборота, пока не почувствуете или не услышите отчетливый “щелчок”. Этот звук означает, что металлическая стружка отломалась внутри канавки метчика.
3. Повторить и очистить: Поочередно делайте пол-оборота вперед для резания и четверть оборота назад для отламывания стружки, пока не достигнете нужной глубины отверстия.

Если пропустить обратный ход, длинные непрерывные металлические стружки будут плотно скапливаться внутри отверстия. Это мгновенно приведет к заклиниванию инструмента, вырвет только что нарезанную резьбу и, скорее всего, сломает метчик пополам.

Ручная проверка затяжки резьбы

Для быстрого первоначального контроля в цехе не всегда требуются стандартные резьбовые калибры типа «Go/No-Go». Удалите металлическую стружку из отверстия и проведите проверку посадки вручную, вкрутив болт рукой.

• Проверьте на наличие люфта (при увеличенном размере): Зажмите головку болта и пошевелите её из стороны в сторону. Если вы почувствуете, что она стучит или щелкает о стенки, это означает, что допуск резьбы слишком большой. Такое соединение небезопасно и выйдет из строя под нагрузкой.
• Проверка на заклинивание (недостаточный размер): Если болт застрял на полпути и для его дальнейшего вращения требуется гаечный ключ, это означает, что резьба либо нарезана слишком плотно, либо отверстие по-прежнему забито мусором.

Правильно нарезанное резьбовое отверстие проходит «тест на два пальца»: в него можно плавно вкрутить подходящий болт до упора, используя только большой и указательный пальцы.

Как снять сломанный смеситель?

Это случается с каждым. Вы слишком сильно стараетесь, и щелчок. Раньше в компании ShincoFab поломка метчика означала задержку отгрузки и бракованную деталь. Но теперь его можно спасти.

Во-первых, Не пытайтесь высверлить его. Метчики изготовлены из закаленной стали и могут привести к перегреву ваших сверл.

Если небольшой кусочек торчит наружу, возьмите зажимные плоскогубцы, крепко зажмите его и поверните назад. Если метчик сломался под поверхностью, вам понадобится извлекатель метчиков. Вставьте его стальные «пальцы» в открытые пазы сломанного метчика, сдвиньте вниз фиксирующее кольцо, чтобы зафиксировать их, и выкрутите метчик.

Совет от профессионалов: Сломанные краны заклиниваются металлической стружкой. Перед тем как вытаскивать, мы нагреваем окружающий металл горелкой. Тепловое расширение ослабляет зажим настолько, что краник можно вытащить.

Как нарезать резьбу на металле разных видов?

На нашем предприятии мы подбираем подход в зависимости от материала, который мы режем.

Нарезание резьбы на алюминии

Может показаться, что алюминий (например, стандартный 5052) легко резьбится, поскольку он мягкий. Но именно эта мягкость и является главной проблемой. Он не рассыпается на чешуйки, а отслаивается в виде липких полос, которые заклинивают метчик. Используйте большое количество смазочной жидкости и каждые несколько оборотов вытаскивайте метчик наружу, чтобы удалить эти полосы.

Нарезание резьбы на нержавеющей стали

Нержавеющая сталь (например, марки 304 или 316) — это совсем другое дело. Если давить слишком слабо или задерживаться в месте реза слишком долго, материал быстро подвергнется упрочнение деформацией (упрочнение при обработке), в результате чего поверхность становится более твёрдой, и её сложнее обрабатывать при следующем проходе.

Мы тщательно отслеживаем срок службы инструмента. Стандартный метчик может прорезать 1 000 отверстий в алюминии на наших станках с ЧПУ, но тот же метчик сломается уже после 50 отверстий в нержавеющей стали марки 304. Используйте смазочно-охлаждающую жидкость на основе серы и никогда не прилагайте чрезмерное усилие при нарезании резьбы.

«Золотое правило» для тонкого металла

Как предприятие по производству изделий из листового металла, мы постоянно сталкиваемся с тем, что клиенты допускают следующую ошибку: они присылают нам чертежи с просьбой нарезать резьбу непосредственно в листовом металле толщиной 1 мм. Мы отклоняем такие чертежи.

Какой толщины должен быть металл?

Для надёжной фиксации винт должен входить в резьбу как минимум на три–четыре витка. Если толщина металла составляет менее 1/8 дюйма, материала будет недостаточно. При затяжке винт вырвёт резьбу.

Стоимость и время: резьбовые вставки по сравнению с резьбовыми вставками (гайки PEM)

Итак, каково же стандартное решение в этой отрасли? Для большинства металлических корпусов мы используем самозажимное соединение металлические вставки. На нашем производственном участке мы обычно выбираем именно Гайка с самозажимным креплением PEM® от PennEngineering, поскольку их оригинальная технология обеспечивает наиболее надежное сцепление.

Хотя нарезание резьбы не требует дополнительных деталей и, казалось бы, не связано с затратами, давайте рассмотрим реальную экономику производства. Нарезание резьбы на станке с ЧПУ занимает 10 секунд рабочего времени станка. Установка гайки PEM в незаполненное отверстие с помощью пресса занимает 3 секунды и обходится в несколько центов за штуку. Вложив эти несколько центов, вы получаете стальную резьбу, которая никогда не сорвётся с металла.

Прессованные отверстия и сварные крепежные элементы

Если деталь подвергается интенсивной нагрузке, мы применяем два других обходных решения:

• Отверстия, полученные методом экструзии: Наши штамповочные прессы пробивают отверстие и растягивают металл вверх, формируя воротник. Это удваивает толщину, что позволяет нам нарезать резьбу.
• Сварные крепежные элементы: Для обеспечения прочности соединения мы привариваем стальную гайку непосредственно поверх незаполненного отверстия.

Как восстановить сорванную или поврежденную резьбу

Когда резьба теряет захват, это происходит из-за чрезмерной затяжки, сбивания резьбы или коррозии.

Ремонт или замена

Прежде чем приступать к ремонту, подумайте, стоит ли это того. Если вы испортили кронштейн, просто выбросьте его в мусор. Но если вы перекрутили резьбу на нестандартной опорной пластине, набор для восстановления резьбы $40 станет вашим лучшим помощником.

Приведет ли сверление более крупного отверстия для пластины к ослаблению металла?

Люди впадают в панику, когда понимают, что им придётся расширить повреждённое отверстие, чтобы в него поместилась вставка Helicoil (проволочная вставка). Они опасаются, что это приведёт к ослаблению основного металла.

На самом деле происходит обратное. Установка вставки из нержавеющей стали делает отверстие более прочным, чем у голого металла. Например, резьбовое отверстие в голом алюминии может вырваться при усилии в 1 500 фунтов. Если укрепить то же самое отверстие с помощью вставки Helicoil из нержавеющей стали, оно сможет выдержать более 3 000 фунтов. Таким образом, вы повышаете эксплуатационные характеристики детали.

Заключение

Нарезание резьбы на металле не должно превращаться в игру в угадайку. Если просверлить правильное направляющее отверстие, использовать подходящую смазочно-охлаждающую жидкость и обеспечить надлежащий отвод стружки, вы получите чистую и прочную резьбу.

Просто помните, что наше главное правило в ShincoFab — никогда не пытаться нарезать резьбу непосредственно на тонком листовом металле. Всегда предусматривайте в конструкции резьбовую вставку, например гайку PEM.

Мы ежедневно руководствуемся этими правилами на нашем производственном участке, чтобы поставлять детали нашим клиентам. Мы не понаслышке знаем: если потратить несколько секунд на то, чтобы выполнить работу правильно, это сэкономит часы на устранении брака впоследствии. Возьмите инструменты, дважды проверьте размер сверла и приступайте к работе.