В.И. Ш АГУН ШАГ РЕЗЬБЫ
М16х2 В С Т А Л И 45 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ РЕЗЬБООБРАБОТКИ Исследования проводили на вертикально-сверлильном станке мод. 2А125 с самозатягиванием метчика. Шпиндель станка уравновешивали так, что в не
рабочем состоянии его можно было перемещать вверх и вниз с усилием 10...
15 Н. Усилие, необходимое для врезания метчика, и путь врезания были по
стоянными.
Образцы под нарезание резьбы — толстостенные втулки с наружным диа
метром 48 мм, внутренним 14 мм и высотой 25 мм. Материал образцов — сталь 45 с твердостью 170 НВ и = 640 МПа, структура — перлит + феррит.
Использование специальных тисков цангового типа и точное выполнение образцов позволили закреплять образцы при несоосности со шпинделем стан
ка до 0,015 мм.
Метчики — четырехперые из стали Р18, затылованные по профилю резьбы на всей ширине пера (тип А ) и на 2/3 ширины пера (тип Б ) . Исходные пара
метры метчиков: длина рабочей части — 35 мм; ширина пера — 4,4 мм; перед
ний уго л 7 = 10°; задний уго л а = 5 °; уго л заборного конуса
^
= 14°50';обратная конусность по среднему диаметру резьбы
Ld
= 0,1:100 мм; затыло- вание по профилю на угловом шаге перьев = 0,135 мм для метчиков типа А и 0,4 мм для метчиков типа Б .Патрон для крепления метчиков ~ шариковый плавающий, лишь только при исследованиях радиального биения метчика — специальный жесткий с радиальной упругой податливостью 0,005 мм/Н на конце метчика.
Скорость резания i> = 10 м/мин, смазочно-охлаждающая жидкость — суль- фофрезол, при исследовании влияния обрабатываемого материала — 10 %-я водная эмульсия эмульсола ЭБ-2. В специальном приборе для измерения сред
него диаметра резьбы использован разрезанный вдоль оси резьбовой ка
либр — пробка типа НЕ с одним витком резьбы. Предельная погрешность из
мерения составляла ±3,5 мкм . Собственно средний диаметр резьбы измеряли на каждом витке. Каждый опыт по нарезанию резьбы повторяли 10 раз.
Непосредственные измерения шага внутренних резьб малого диаметра за
труднены. Поэтому отклонения шага определяли косвенно по уширению впа
дин резьбы при воздействии осевых и радиальных сил резания, а также и внеш
них, передаваемых от станка.
Под воздействием осевых сил, выталкивающих метчик из отверстия, бо
ковые режущие кромки метчика, обращенные в сторону его хвостовика
Рис. 1. Искажение профиля резьбы под действием осевых сил Q ( 1 , 2 , п - впадины на
резанной резьбы; жирной линией показан действительный профиль резьбы)
(оп орн ы е), прижимаются к опорным сторонам только что нарезанных витков резьбы. Давления на опорные стороны витков резьбы настолько большие, что опорные кромки метчика срезают с них дополнительную стружку (доказано экспериментами, выполненными ранее), а неопорные кромки постепенно от
ходят от профилируемых ими сторон витков резьбы. При поступательном пе
ремещении метчика шаг резьбы отличается от теоретического. Нарезанная резь
ба приобретает вид, показанный на рис. 1. По опорным сторонам
О
шаг нарезанной резьбы равен шагу метчика по этим же сторонам, так как метчик по
стоянно поджат к ним. По противоположным сторонам шаги и меньше Р.
Поэтому при исследованиях определяли отклонения шага резьбы по неопор
ным сторонам (Р^, Р^ ,.••) •
Значения Р^, Р ^ , Р^ легко вычислить по уширению впадины резьбы : P j = Р - Л Р ^ + Л Р ^ ; Р^ = Р - Л Р ^ + Л Р з ...
В общ ем случае можно записать
Уширение впадины вычисляли по измеренному разбиванию среднего диаметра резьбы, отклонениям Аб?^^ измеренного среднего диаметра от теоретического (рис. 2) :
Л Р .
м
2І -= tgG 3 / 2 ),A P . =Дб?2; t g 03/2),
где Л ^2,-
= ^ 2 i - ‘^2T
•Таким образом, отклонение шага резьбы
51
Рис. 2. Схема для вычисления уширения впадины резьбы L B .
Окончательно, = ( ^ ^2/ +і “ ^ ^2/ )^8(]3/2).
Средние значения отклон ений шага ДР^. на каждом витке резьбы вычисля
ли по средним значениям
^
при десятикратном повторении опытов:W .
= )tg(/3/2).Накопленная ошибка шага ___
п-2
___А Р , = S Л Р . , / = 3
где
п -
число витков резьбы по длине отверстия образца;i
— порядковый но- мег) впадины нарезанной резьбы,отсчитанный со стороны захода метчика.Две первых и две последних впадины резьбы в расчет не принимались, так как их размеры стандартом не установлены.
Длина отверстия в образцах — 25 мм, т.е. 12 шагов. Поэтому в соответст
вии с рис Л
= А ? ; н - + Д ? , = [ ( ^ з ) + + ( ^ 5 - ^ 4) + - + ( ^ 2 10 - ^ 2 9)1 Окончательно получим
^
X = ( ^ 2 1O - ^ 2 3)
t g03/
2).
Достоверность результатов исследований оценивали по доверительным ин
тервалам для АР^. иА Р^, .
Математическое ожидание отклонений шага т АР. = А Р . ± 5 А Р . = А Р .
± zj5 b ^ ,
,тАР^ = АР^± дйР^ = А Р ^ ±г^ аА Р ^
.Заменим средние квадратические отклонения
о
исправленными выборочнымиS
и вычислим их, используя теорему сложения дисперсий:S ^ Ep^ )tg(/3/2)] = )tg(0/2) =
= l l n . ( S ^ A d ^ ^ + S ^ A d ^ ^ )tg03/2);
SAP.
=l H H S ^ M l i , , ^ S ^ A d ^
)tg (0 / 2 )]i/ 2 ; - ^ ' [ ( ^ 2 1 0 - ^ 2 3)1803/2) ] == ( - ^ ' ^ 2 1 0 - 1 ^ ' ^ 2 3 ) 1 8 0 3/2) ] =
= l/ri’iS^Ad^ 3) t g ( 0/ 2 ) ;
5 Д ? ; = [ 1/п.(5^Д</^ i o+ 5 ' A ^ 2 3) 18 0 3 / 2 ) ] ‘ /2, где
n
— число повторений опытов;Ad,
2 1п
=
І/й.2/ = 1
Д^/,2 I 5Ді?,
21= [ ! / ( « - ! ) '2 (Д ^2; - / = 1
/ ) " ]
Математическая обработка результатов измерений нарезанных образцов, выполненная на ЭВМ по проведенным выше зависимостям, выявила, что наи
большие отклонения шага имеют место на первых со стороны захода метчика витках резьбы. Это объясняется тем, что удельные осевые силы на этих витках больше, чем в глубине отверстия. Кроме того, здесь больше влияние радиаль
ных сил в связи с меньшим, чем в глубине отверстия, защемлением метчика.
Анализ данных табл. 1 позволяет сделать некоторые выводы.
1. Математически значимо влияние почти всех исследованных факторов.
2. Отклонения шага резьбы на 3-м витке изменялись в условиях экспери
мента от 1 до 60 м км , а накопленная ошибка шага — от 1 до 205 мкм.
3. Наименьшие ошибки шага при всех прочих райных условиях получены при использовании метчиков типа Б, мало чувствительных к воздействию осе
вых сил. Д ля них = 1...5 м км , а
АР^ =
1...32 мкм, в то время как для метчиков типа А они бьши соответственно равны 26...60 и 105...205 мкм при нарезании резьбы в образцах твердостью 170 НВ с охлаждением сульфофрезо- лом .4. Метчики типа Б оказались чувствительными к условиям работы, связан
ным с увеличением радиальных сил (биение метчика со шпинделем станка, нарезание резьбы при креплении метчика в плавающе-качающемся патроне).
5. На отклонение шага резьбы, нарезанной метчиками типа А , наиболее сильное влияние оказали факторы, связанные с подрезанием боковы х сторон резьбы под воздействием осевых сил: способ нарезания резьбы, вид СОЖ.
Нарезание резьбы по резьбовому копиру и использование эмульсии вмес
то сульфофрезола позволили уменьшить
АР^
более чем в 100 раз. Несколько 53Табл. 1. Погрешности шага резьбы
Исследуемый фактор
Метчик типа А Метчик типа Б
Погрешности шага резьбы, мкм на 3-м витке накоплен
ные
на 3 -м витке накопленные
± 5 ±5 ± 5 ДРз ±5
Биение метчика со шпин
делем станка Е, мм :
Диаметр отверстия под резьбу мм:
13,62 13,84 14 14,14 СОЖ:
сульфофрезол эмульсия Патрон:
Ж К П П - К Способ нарезания:
самозатягиванием по копиру Твердость образцов:
Обрабатываемый материал:
170НВ 60 33 84 12 2 1 6 4
250НВ 13 15 45 11 1 1 4 4
320НВ 2 2 1 2 1 1 6 4
13 15
сталь 45 5 2 12 5 1 1 2 4
сталь 20 13 5 17 4 4 2 1 2
чугун СЧ18-36 3 2 6 4 2 1 4 4
А1 1 1 10 6 2 1 4 4
0 28 18 126 45 2 2 1 2
0.2 30 20 124 45 5 6 32 10
0,4 26 18 105 30 2 2 8 4
45 29 205 45 3 2 4 4
5 1 12 6 1 1 2 4
28 18 126 45 2 1 2 3
1 1 1 2 3 0 2 2
П р и м е ч а н и я : 1. Средние значения отклонения шага резьбы на 3-м витке и накопленные ошибки шага должны быть со знаком минус (у са д к а ); ± 5 — доверитель
ный интервал.
2. В рамки заключены статистически значимые результаты.
3. Отклонения шага резьбы определены для ее неопорных сторон, которые не воспри
нимают осевых сил.
слабее оказалось влияние твердости обрабатываемого материала. С ее увеличе
нием от 170 до 320 НВ уменьшилось в 80 раз
6. Вид обрабатываемого материала при нарезании резьбы с эмульсией имеет существенное значение только для метчиков типа А . При этом
изменяется от 6 до 17 мкм . Меньшие значения получены при материалах, обладающих повышенными упругими свойствами.
С целью уменьшения ошибок шага следует ограничивать влияние осевых сил на процесс резьбообработки:
нарезать резьбу с принудительной осевой подачей метчика, например по резьбовому копиру;
использовать метчики, не чувствительные к воздействию осевых сил, - незатылованные по профилю или затьшованные не на всей ширине пера, с опорными элементами, воспринимающими осевые силы (типа метчиков с бочкообразным з у б о м ), с правыми винтовыми канавками для правой резьбы и др.;
использовать СОЖ с хорошей проникающей и смазывающей способностью.
Д ля повышения точности резьб по шагу необходимо уменьшать -радиаль
ные силы резания за счет оптимизации угла заборной части метчика; крепить метчики в подвижных патронах с малым числом подвижных сочленений обя
зательно с трением качения, например плавающих, или с внутренним трением типа сильфонных.