Диаметр отверстия под резьбу

Внутреннюю резьбу можно нарезать только в готовом отверстии. Метчик и резьбовой резец просто физически не могут и сверлить отверстие, и нарезать резьбовую канавку. Но какой должен быть диаметр отверстия под резьбу? Каким инструментом и как можно получить резьбовое отверстие? Далее дадим ответы на эти вопросы. 

От чего зависит диаметр отверстий под резьбу 

Размер отверстия под нарезание внутренней резьбовой канавки зависит от ее номинального диаметра и шага витков. Номинальный диаметр указан на чертеже или в спецификации к изделию. Например, если вы видите обозначение М10, то значит диаметр метрической резьбы равен 10 миллиметров, а если 1/2", то аналогичный параметр этой дюймовой нарезки соответствует 12,5 миллиметрам (половине дюйма). Шаг резьбы также задается чертежом или спецификацией. В обозначении М20 х 1,5 шаг равен 1,5 миллиметра. 

Формула определения диаметра резьбового отверстия: D=d-P.

В этом случае под D понимают искомый диаметр резьбового отверстия, d ― это номинальный диаметр резьбы по чертежу, а P ― это ее шаг. Все величины определяются в миллиметрах. 

Дополнительные параметры, влияющие на диаметр отверстий под резьбу

Кроме формулы расчета на габариты резьбового отверстия влияют и косвенные факторы, к которым следует отнести:

• Тип резьбы ― метрический, дюймовый, трубный, специальный формат вносит свои коррективы в окончательное значение.
• Материал заготовки ― чем он пластичнее, тем меньше может быть диаметр отверстия. Для более твердых сплавов и металлов (легированная сталь, титан) размер сдвигают ближе к максимальным значениям.
• Процент заполнения профиля ― этот показатель влияет на размер канавки и для обычных метизов не превышает 80% от расчетных величин, но у некоторых болтов и гаек он равен даже 60%. 

Чем ближе отверстие к расчетным значениям (номинальный диаметр минус шаг), тем плотнее посадка гайки на болт. Поэтому на итоговый размер в том числе влияет и допуск на максимально возможное отклонение от показателей, вычисляемых по формуле. Из-за этих и других причин диаметр отверстий не определяют по формулам, а берут из специальной таблицы, привязанной к типу резьбы. Пример такой таблицы:

Некоторые внутренние резьбы делают не только с обычным, но и с мелким шагом. Это также влияет на размер отверстия. Например, кроме стандартного М12 х 1,75 есть еще и М12 х 0,75, поэтому первому варианту необходимо отверстие на 10,2 мм, а второму ― на 11,2 мм. 

Еще один дополнительный параметр ― это способ нарезки внутренних резьбовых канавок. Он влияет на окончательные габариты отверстия под резьбу. 

Как нарезать резьбу в отверстии и как это влияет на его диаметр

Резьбовую канавку с практически любым профилем можно нарезать с помощью метчика, резца, фрезы или методом накатки гребёнкой или роликом (холодной деформацией). Эти технологии применяются и при нарезке метрической канавки по ГОСТ 24705-2004, и при работе с дюймовым форматом по ГОСТ 6357-81. Поэтому далее мы рассмотрим, как они влияют на диаметр отверстия, необходимого для нарезки внутренней резьбы М16. 

Стандарты (таблицы) и формула определения номинального диаметра в случае М16 дают нам следующие значения диаметра D=16-2=14 миллиметров. Теперь давайте посмотрим, как на итоговое значение влияет технология нарезки. 

Резьбонарезной метчик 

Отверстие под метчик может быть немного больше, чем номинальное значение ― 14 миллиметров. По своей сути метчик ― это сверло с резьбовой насечкой на режущей кромке. Этот инструмент подходит для большинства материалов, но при нарезании канавки в твердых сталях и сплавах будет лучше снизить нагрузку на зуб. Поэтому при использовании ручного или машинного метчика в процессе нарезки канавки в детали из легированной стали допускается увеличение диаметра отверстия до 14,2 миллиметра. С мягкими металлами (латунью, алюминием, конструкционной сталью) можно оперировать основным значением ― 14 миллиметров. 

Токарный станок 

При нарезании канавки специальным резцом диаметр отверстия должен быть немного больше стандарта. Полный профиль канавки в металле в этом случае не режется из-за высокой нагрузки на державку. Поэтому диаметр может быть равен 14,2-14,3 миллиметра. Если оставить расчетные 14 миллиметров ― усилится износ резца, что приведет к изменению габаритов резьбового профиля и снижению общего качества детали. Чем тверже металл ― тем больше должно быть отверстие, что приводит к снижению фактической глубины канавки. Потеря 0,2 миллиметра при общей глубине до 2 миллиметров ― это всего 10% от выборки, поэтому прочность резьбовой пары сохранится. 

Фреза 

Резьбонарезной инструмент в этом случае двигается по винтовой траектории, а не прямолинейно, как сверло, резец или метчик. Фреза вращается вокруг своей оси и совершает круговое движение вдоль стенок отверстия (винтовая интерполяция). Одной фрезой можно нарезать резьбу разных диаметров, но начальный диаметр должен быть существенно больше, чем расчетная величина. В случае М16 речь идет о 14,2-14,4 миллиметрах. Превышение расчетных показателей на 0,4 мм или 20% не отразится на надежности резьбовой пары, но позволит снизить нагрузку на зуб и повысить точность нарезки винтовой канавки. Важное дополнение ― подобные операции возможны только на станках с блоком ЧПУ. 

Резьбовая накатка гребенкой или роликом

При накатывании канавка формируется за счет холодной деформации металла, значения которой ограничены пределами текучести и начальной пластичностью. Чтобы заготовка не деформировала инструмент, необходимо максимально снизить нагрузку в точке контакта, поэтому профиль не накатывается полностью. Диаметр отверстия в этом случае будет равен 14,5-14,7 миллиметра. Превышение составит от 25%, что может снизить прочность резьбовой пары. Накатку никогда не используют при изготовлении ответственных узлов. Она хороша скоростью изготовления, отсутствием отходов (стружки) и высокой прочностью профиля канавки (за счет уплотнения металла в зоне контакта с гребенкой/роликом). 

Как делают отверстия для нарезания резьбы

Если способов нарезки резьбовой канавки существует как минимум четыре, то отверстия под внутреннюю резьбу можно получить только с помощью следующих технологий:

• Сверления ― специальный инструмент (сверло) выбирает металл на нужную глубину и образует выемку нужного диаметра. 
• Растачивания на токарном станке ― внутренний резец выбирает лишний объем металла, действуя, как сверло. 
• Фрезерования ― концевая фреза делает сквозное или глухое отверстие в металле любой твердости, работая не хуже, чем сверло. 

Обычно все три инструмента используются после сверления чернового отверстия, диаметром от ½ от базового габарита. То есть черновую выборку под М16 делают сверлом на 7 миллиметров, а потом уже доводят диаметр до 14,0-14,7 миллиметров. Если вы пытаетесь сделать М16 с высокими допусками, то кроме чернового и промежуточного этапа, придется использовать еще и окончательное рассверливание. Например, черновое отверстие получают инструментом на 6 мм, промежуточное на 12 мм, а окончательное ― на 14 мм. 

Возможные проблемы при подготовке отверстий под метрическую резьбу

Диаметр сверла под резьбу в обычно рассчитывают, исходя из продольной нагрузки на инструмент, отталкиваясь от пластичности и прочности материала заготовки. Например, для титана таких переходов может быть еще больше, поскольку сразу выбрать диаметр 14 мм под М16, без перегрева инструмента и заготовки, в данном случае нереально. В большинстве случаев при работе с очень твердыми сплавами начинают с ¼ или 1/3 от финального диаметра, а затем наращивают сечение инструмента с аналогичным шагом. 

Самые прочные материалы сверлят только на черновом этапе, поскольку в процессе может возникнуть торцевое биение канала. Для устранения искривления обычно применяют расточные резцы, которые выбирают промежуточный и чистовой слой, гарантируя идеальную соосность отверстий на входе и выходе из заготовки. Иногда для повышения качества обработки после резца могут использовать протяжку, но такие требования к обычной внутренней резьбе предъявляют нечасто. Резцом можно сделать коническую выборку под одноименный тип резьбы, с любым углом уклона. 

Если форма заготовки не цилиндрическая, то вместо резца используют концевые фрезы, которые также делят на чистовые и черновые. Качество обработки канала в данном случае аналогично токарному. Концевые фрезы используют для обработки и доводки деталей сложной формы, изготовленных методом литья. Регулируя скорость вращения инструмента и его подачу, фрезеровщик добивается нужного качества обработки. Для доводки стенок можно использовать технологию хонингования.

Смотрите также:

Резьбонарезные станки 2