Несмотря на некоторые различия типов метчиков, они имеют много общего в назначении, конструктивных элементах и геометрических параметрах.
Метчик состоит из рабочей части , которая включает режущую и калибрующую части. Первая из них служит для вырезания профиля резьбы, а вторая для зачистки резьбы и направления метчика в отверстии. Хвостовая, или крепежная, часть метчика необходима для закрепления его в патроне или воротке и для передачи крутящего момента вручную или от шпинделя станка посредством имеющегося квадрата, лысок, шпоночных продольных канавок и т. д.
Диаметр хвостовика у метчиков размером свыше 7 мм обычно делается меньше внутреннего диаметра резьбы метчика, а метчики малых размеров имеют увеличенный диаметр хвостовика по сравнению с наружным диаметром резьбы.
Конструкция рабочей части во многом определяется принятой схемой резания или распределением работы по срезанию стружки между отдельными участками лезвий зубьев метчика. Цилиндрическая схема резания предусматривает работу комплектными метчиками. При этом за один оборот метчика срезается плоская стружка толщиной. Коническая же схема используется при работе некомплектных машинных, станочных и конических метчиков. В последнем случае резание производится по всему профилю, что усложняет процесс резания. При нарезании треугольных резьб в деталях из жаропрочных сталей и титановых сплавов, а также при нарезании резьб сложного по форме и глубокого профиля в конструкционных сталях хорошо зарекомендовали метчики с коррегированной схемой резания.
Требуемый профиль на изделии обеспечивается за счет обратной конусности резьбы метчика.
Коррегированными метчиками на профиле резьбы остаются нарезанные гребешки высотой h, укладывающейся в допустимые пределы для 7—8-го классов чистоты, а между режущими зубьями и обрабатываемым материалом образуются зазоры и, следовательно, контакт инструмента с изделием осуществляется только в зоне резания. Крутящий момент при этом определяется главным образом силами резания и в меньшей степени силами трения. Большим преимуществом таких метчиков является также улучшение смазки и отсутствие налипания стружки на боковых поверхностях зубьев.
К определяющим конструктивным элементам метчика также относятся канавки, режущие перья, снабженные резьбой, сердцевина метчика и другие элементы.
От принятых размера и формы стружечных канавок, а также числа перьев во многом зависит работоспособность метчика. При установлении формы и размеров стружечной канавки нужно, чтобы она:
1) была радиусной формы и достаточных размеров для обеспечения нормального размещения срезаемой стружки;
2) обеспечивала сравнительно одинаковые положительные передние углы по всей высоте профиля резьбы;
3) препятствовала резанию задним лезвием при обратном вывинчивании метчика из детали;
4) способствовала увеличению диаметра сердцевины;
5) обеспечивала оптимальное количество переточек зубьев метчика и достаточную прочность зуба при относительно небольших значениях сил трения на задних поверхностях зуба.
В свою очередь, чем меньше число перьев-зубьев , тем больше толщина слоя металла мм , срезаемого каждым зубом при одной и той же длине заборного конуса метчика. При этом удельные силы резания уменьшаются и соответственно уменьшается крутящий момент. Обычно замена трехперых метчиков четырехперыми приводит к увеличению крутящего момента на 10—20%.
Кроме того, при меньшем количестве перьев увеличивается сечение стружечных канавок и обеспечивается более свободное размещение стружки, чем устраняется поломка зубьев метчиков. Однако при уменьшенном количестве канавок может значительно увеличиться сечение перьев метчика, что способствует увеличению прочности тела метчика. При выборе оптимального количества зубьев необходимо учитывать, что при уменьшенном количестве зубьев срезаются более толстые стружки и чистота поверхности нарезанной резьбы резко ухудшается. Поэтому рекомендуется назначать число канавок в зависимости от диаметра метчика. Так, для метчиков диаметром до 8 мм принимается число канавок три, для диаметров 8—16 мм — три или четыре, для 18—36 мм — четыре и размером свыше 36 мм — шесть и больше. У метчиков малых размеров (диаметром меньше 3 мм) вместо обычных канавок шлифуются две или три лыски .
Наиболее рациональной и распространенной формой стружечной канавки является такая, когда передняя поверхность зуба метчика представляет собой плоскость, а спинка выполнена радиусной с плавным сопряжением с передней поверхностью. При этом диаметр сердцевины dc составляет 0,5 d, а ширина пера Ь= (0,25—0,35)d. Внешний угол равен 70—80° предотвращает срезание стружки задним лезвием при вывинчивании метчика.
Направление стружечных канавок метчика определяется требованиями отвода стружки в определенную сторону. При нарезании резьбы в глухих отверстиях стружкоотводные канавки делаются винтовыми правого направления, а при нарезании резьбы в сквозных отверстиях— левого направления . В последнем случае могут также применяться метчики с прямыми канавками, но с заточкой зубьев под углом л = 7—10° на длине до 1,5 h. При обработке особо мягких и вязких материалов угол наклона стружечных канавок увеличивается до со = 25—35°.
Передний угол равен 0—30° и задний равен 3—12° принимаются на основании общеизвестных рекомендаций.
Задний угол на режущей, или заборной, части у нешлифованных метчиков образуется затылованием по наружному диаметру, а для шлифовальных — затылованием по профилю метчика или же по наружному диаметру. Затылование по профилю калибрующей части способствует уменьшению трения при работе метчика. Оно осуществляется непосредственно при нарезании резьбы на резьбошлифовальных станках. Для увеличения количества переточек делается специальное затылование на расстоянии ширины зуба от передней поверхности. При этом уменьшение среднего диаметра составляет 0,02—0,03 мм на оставшейся части.
К элементам, характеризующим резьбу метчика, относятся:
1) шаг резьбы s;
2) число заходов резьбы п, если резьба много-заходная;
3) угол профиля резьбы сю;
4) диаметры—наружный d, средний d2 и внутренний d;
5) высота профиля резьбы ;
6) угол подъема резьбы т, определяемый по среднему диаметру.
Так как метчик при работе увеличивает диаметр резьбы, верхний предел его профиля располагается несколько ниже верхнего предела резьбы гайки, а с износом метчика его нижний предел располагается несколько выше нижнего предела профиля резьбы гайки. Для обеспечения необходимой точности резьбы детали поле допуска на основные размеры резьбы значительно сужается. В связи с этим метчики изготовляются четырех степеней точности: С и Д—-повышенной и обычной точности, шлифованные по профилю резьбы, Я — обычной и пониженной точности, не шлифованные по профилю. Метчиками степени С можно получить тугие резьбы и резьбу 1 класса точности, метчиками степени Д и частично Е— резьбу 2 класса, а метчиками степени Я — резьбы 3 класса точности.
По ГОСТ 7250 установлены предельные отклонения на следующие элементы резьбы: половину угла профиля -j- соответственно на наружный d, внутренний d и средний d2 диаметры и шаг резьбы s метчика. Обычно допуск на половину угла профиля (от ±15' до ±100') увеличивается как с уменьшением шага резьбы, так и с понижением точности от степени С до Я. Допуск на шаг резьбы принимается исходя из длины (10 и 25 мм) нарезанной части метчика. От степени С к Я он увеличивается от ±0,010 до ±0,070 мм. Увеличенный допуск на шаг резьбы нешлифованных метчиков степени Е и Я объясняется большими погрешностями термической обработки (от ±0,04 до ±0,07 мм) по сравнению с механической (до ±0,0l мм).
Погрешность среднего диаметра метчика в основном определяется погрешностями шага, угла профиля и самого среднего диаметра. Поле допуска N среднего диаметра d2 устанавливается с учетом разбивки Р и запаса на износ Q . Для наружного диаметра метчика верхнее отклонение ограничиваются условием прочности и стойкости вершин профиля резьбы метчика. В этом случае ширина площадки е по наружному диаметру резьбы метчика должна равняться примерно 60% ширины площадки теоретического профиля. При этом поле допуска на изготовление наружного диаметра будет наименьшее у шлифованных метчиков степени С и Д.
Для внутреннего диаметра d устанавливается только верхнее отклонение. Оно должно быть выше наименьшего внутреннего диаметра гайки.
По материалам: Жигалка Н. И., Киселев В. В. проектирование и производство режущих инструментов.
