Конструктивні і геометричні параметри метричного мітчика

Лабораторна робота № 1

Конструктивні і геометричні параметри мітчиків

Ціль і задачі лабораторної роботи

Ціллю лабораторної роботи є вивчення процесу нарізування різьби мітчиком, вивчення основних конструктивних елементів і геометричних параметрів мітчиків для нарізування метричної різьби, методів і засобів його контролю.

Для цього передбачено вирішення наступних задач:

- вивчення типів мітчиків і області їх застосування;

- вивчення конструктивних і геометричних параметрів машинного мітчика для нарізування метричної різьби.

Після виконання роботи студент повинен

знати: призначення різних типів мітчиків, їх конструктивні особливості; критерії вибору геометричних параметрів; методику контролю мітчика;

уміти: скласти ескіз мітчика; провести контроль його геометричних параметрів; вибрати мітчик для конкретних умов роботи.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з методичними вказівками до виконання лабораторної роботи.

2. Вивчити основні типи різьбонарізних мітчиків, область їх застосування, конструктивні особливості.

3. Привести ескіз мітчика з усіма параметрами.

4. Вивчити основні конструктивні і геометричні параметри мітчика для нарізування метричної різьби.

5. Виміряти або розрахувати значення основних параметрів мітчика.

6. Скласти звіт про виконану роботу

Типи мітчиків

Мітчики широко використовуються в машинобудуванні для нарізування різьби в отворах заготовок і досить різноманітні по конструкції і геометричним параметрам. Мітчик представляє собою гвинт із відповідною різьбою, перетворений у різальний інструмент за рахунок:

- прорізання стружкових канавок, тобто створення передньої поверхні і простору для розміщення стружки;

- утвору різальної (забірної) частини, необхідної для поступового врізання інструмента і зрізання припуску;

- затилування задніх поверхонь із метою утворення необхідних задніх кутів.

У практиці знайшли застосування різні типи мітчиків стосовно до конкретних умов  виробництва (рис.1.1).

Машинні і машинно-ручні мітчики (рис.1.1,а) використовуються на свердлильних, токарних і агрегатних верстатах для нарізування метричної різьби у наскрізних і глухих отворах у заготовках зі сталі міцністю до s_в=800 МПа, латуні, чавуну. Розміри таких мітчиків стандартизовані. Різальна частина мітчика найчастіше виготовляється зі швидкорізальної сталі, рідше із твердого сплаву.

Машинно-ручні мітчики випускаються комплектами із двох або трьох номерів і можуть використовуватися також при нарізуванні різьби вручну. У комплекті із двох мітчиків перший (чорновий) виконує 75% усієї роботи, а другий (чистовий) доводить різьбу до необхідного розміру. У комплекті із трьох мітчиків перший (чорновий) виконує 60%, другий (напівчистовий) - 30% і третій (чистовий) - 10% усієї роботи. Мітчики в комплекті розрізняють за розміром різальної частині, найбільша довжина якої в чорнового мітчика.

Для нарізування коротких метричних різьб М1,5…М8 довжиною, рівною l=(1,5…2,0)d в наскрізних отворах, використовують мітчики з укороченою стружковою канавкою або, як їх часто називають, безканавочні мітчики (рис.1.1,б). Вони мають короткі канавки змінної глибини з кутом нахилу різальної кромки λ=(9...12)°. У порівнянні зі звичайними мітчиками ці мітчики міцніші через більшу площу поперечного перетину. Довжина канавок приблизно дорівнює подвоєній довжині різальної частини. Щоб уникнути підвищеного моменту тертя через відсутність канавок, на калібруючій частині роблять більшу зворотну конусність по зовнішньому діаметру (до 0,2 мм на 100 мм довжини).

Рисунок 1.1 – Типи мітчиків

Мітчики із шаховим розташуванням зубців (рис.1.1,в) рекомендується використовувати для нарізування різьби в грузлих матеріалах, тому що вони виключають заклинювання витків інструмента в процесі різання внаслідок зменшення сил тертя. При цьому зрізання зубців мітчика здійснюється тільки на калібруючій частині. Практика показує, що ефект зменшення сил тертя тем вище, чим більше крок різьби. При нарізуванні різьби у важкооброблюваних матеріалах звичайні мітчики часто ламаються і не забезпечують достатньої чистоти обробленої поверхні різьби.

Гайкові мітчики (рис.1.1,г,д) служать для нарізування різьби в гайках на гайкорізних автоматах без вигвинчування шляхом нанизування готових гайок на довгу хвостову частину мітчика. Для кращого заходу мітчика в отвір вони мають довгу різальну і коротку, калібруючю  частини.

Хвостовики гайкових мітчиків виготовляють довгими прямими (див.рис.1.1,г) або вигнутими (див.рис.1.1,д). Мітчики з вигнутими хвостовиками застосовують для нарізування різьби в гайках на верстатах-автоматах з безперервним циклом. Тут заготовки гайок подаються з бункера в зону різання і після нарізування різьби сходять по вигнутому хвостовикові в лоток

Мітчики із гвинтовими стружковими канавками (рис.1.1,е) використовуються при нарізуванні різьби в отворах з переривчастою поверхнею (наявність прорізів, вікон у т.д.) для того, щоб забезпечити плавне неодночасне входження різальних зубців у роботу. Це запобігає радіальному зсуву осі мітчика при проходженні зубцем прорізи або вікна. Гвинтові стружкові канавки зменшують осьові сили, забезпечують кращий доступ ЗОТС і без зменшення міцності підвищують фактичні передні кути.

Рисунок 1.2 – Збіг стружки для мітчиків з гвинтовими канавками

Конічні мітчики використовуються для нарізування конічної різьби. Особливістю роботи конічних мітчиків є те, що нарізування різьби відбувається по всій довжині мітчика, рівній довжині різьби. калібруюча частина у конічних мітчиків відсутня, що підвищує зусилля різання. Нарізування різьби, як правило, проводиться на верстатах із запобіжним пристроєм, який спрацьовує наприкінці різання щоб запобігти поламці мітчика.

Конструктивні і геометричні параметри метричного мітчика

Всі типи мітчиків мають загальні основні частини, конструктивні елементи і геометрію різальної частини. Конструкція мітчика для нарізування метричної різьби показана на рис.1.3.

Мітчик має робочу частину і хвостовик. Хвостовик мітчика циліндричний із квадратом на кінці для затискання його у мітчикотримачі і передачі крутного моменту. Діаметр хвостовика на (0,25…1,5) мм менше внутрішнього діаметра різьби, що нарізується. Довжина хвостовика залежить від діаметра. Робоча частина ділиться на різальну і калібруючю.

Різальна частина мітчика виконує основну роботу по зрізанню припуску, формуванню профілю різьби. Для розподілу припуску між зубами різальну частину виконують конічної з головним кутом у плані  φ. Це призводить до того, що висота зубів на різальній частині змінна.

Різальна частина мітчика повинна бути по можливості коротшою, тому що збільшення її довжини знижує машинний час, питому силу різання і навантаження на інструмент у зв'язку зі збільшенням товщини зрізу, яка припадає на один зубець, при цьому також збільшується крутний момент и небезпека поломки мітчика.

Довжина різальної частини визначається виходячи з умови забезпечення оптимальної товщини зрізу, що знімається однієї різальною кромкою

, мм/зуб,

де n – число витків різьби на різальній частині, шт,

Z – число зубців (пір'їв) мітчика, шт,

h – висота профілю різьби, мм.

У свою чергу число витків різьби на різальній частині рівно

, шт.,

де L_р - довжина різальної частини мітчика, мм,

Р – крок різьби, що нарізується, мм.

Тоді

, мм/зуб.

Величину a_z приймається залежно від матеріалу оброблюваної деталі (табл.1.1).

Таблиця 1.1 Рекомендовані значення товщини зрізу для мітчиків

Для полегшення направлення мітчика в отворі на початку роботи діаметр переднього торця мітчика d_т виконується менше внутрішнього діаметра отвору під різьбу на (0,1…0,35) мм.

Калібруючя частина мітчика остаточно формує точність і шорсткість різьби, що нарізується, і є резервом на переточування мітчика. По суті роботу з калібрування різьби виконують лише зубці першого витка калібруючьої частини. Інші витки служать для направлення мітчика по отвору і сприяють переміщенню мітчика уздовж осі за рахунок процесу самозатягування.

Діаметр калібруючьої частини визначається діаметром різьбового отвору. Рекомендується робити калібруючю частину довжиною L_к=(1,2…1,5)d для малих діаметрів, L_к=1,8d для середніх діаметрів, L_к= (0,6…0,8)d для різьби великого діаметра. Довжина калібруючьої частини може бути виражена через число кроків різьби L_k=(2,5…12)Р.

Число зубців (пір'їв) мітчика має дуже велике значення, тому що впливає на товщину зрізу і силу різання. Число зубців вибирається залежно від діаметра мітчика і оброблюваного матеріалу (табл.1.2). Зі зменшенням числа зубців при одній і тій же довжині різальної частини збільшується товщина зрізу на зубець (a_z). У результаті знижуються сили різання, що дозволяє вибирати збільшений перетин канавки і забезпечує більш вільне розміщення і відвід стружки.

Таблиця 1.2 – Число зубців мітчика

Однак при великій товщині зрізу погіршується чистота поверхні нарізаної різьби. Крім того, число канавок визначає умови центрування і направлення мітчика у отворі.

У практиці найбільш широке поширення одержали мітчики діаметром до 17 мм із трьома канавками, а більшого діаметра — із чотирма канавками, хоча зустрічаються мітчики із двома, п'ятьома і більшою кількістю зубців.

Діаметр серцевини вибирається виходячи із двох основних суперечливих вимог: 1) необхідно забезпечити достатній простір для стружки, зменшуючи діаметр серцевини, 2) мітчик повинен бути досить міцним, а, отже, мати збільшений діаметр серцевини. Рекомендована величина діаметра серцевини коливається в межах

d_c=(0,4—0,6)d, мм.

Більші величини діаметра серцевини приймаються для мітчиків з більшим числом канавок, а також при нарізуванні різьби у важкооброблюваних матеріалах, де особливо важна міцність інструмента.

При виборі ширини зубцяВ необхідно враховувати, що з її збільшенням зростають сили тертя, підвищується небезпека забивання канавки стружкою. Це може привести до поломки мітчика. Однак, надмірне зменшення ширини зубця приводить до зменшення кількості переточувань і погіршує направлення мітчика при роботі. Рекомендоване значення ширини зубця для обробки стали і чавуну коливається в межах В=(0.4…0,25)d. У мітчиків, призначених для обробки алюмінієвих сплавів, збільшують об’єм канавок і величину переднього кута, але знижують ширину зубця до В=(0.3…0,22)d.

Кути різальної частини мітчика. Геометричні параметри зубців різальної частини мітчика показані на рис.1.3.

Передній кут мітчиків γ, враховуючи тяжкі умови роботи, приймають позитивним. Для обробки сталей середньої твердості рекомендується брати кут γ=(12…15)⁰, для крихких матеріалів (чавун, бронза, латунь), а також для твердої сталі γ=(0…5)⁰, для кольорових металів і сплавів γ=(16…25)⁰.

Задній кутa_в. Аналіз схеми різання при нарізуванні різьби мітчиками показує, що головними різальними кромками на кожному зубці є вершинні кромки, бічні різальні кромки виконують роль допоміжних. Тому, щоб створити працездатний інструмент, необхідно забезпечити на вершинних кромках позитивні задні кути. a_в=(6…8)° - для ручних мітчиків; a_в=(10…12)° - для чорнових машинних і гайкових мітчиків і a_в=4° - для чистових машинних мітчиків.

Звичайно задня поверхня на головних різальних кромках мітчика створюється затилуванням різальної частини по зовнішньому діаметру. Величина затилування рівна

,мм,

де d – зовнішній діаметр мітчика, мм,

Z – число зубців мітчика, шт,

a_в - величина заднього кута, град.

Величина затилування приймається невеликою і не перевищує (0,01…0,1) мм

Мітчики найчастіше не шліфують по профілю різьби. Тому задні кути на бічних різальних кромках рівні нулю. Інакше при вигвинчуванні може защемлятися дрібна стружка, що приводить до псування, зриву різьби і навіть до поломки мітчика.

Для нарізування більш точної і якісної різьби застосовують шліфовані мітчики. Шліфовані мітчики на різальній частині затилують по всьому профілю зубців. Затилування різьби по профілю дозволяє виключити налипання металу, особливо при обробці грузлих матеріалів.

Кут нахилу різальної кромки. Через конічну форму різальної частини мітчика об’єм стружкових канавок на ній виходять менше, чим на калібруючій частині. Для збільшення об’єму канавок на початку різальної частини зменшують ширину пера. Для цього роблять скіс зубця під кутом l (рис.1.4). Довжину скосу приймають трохи більше довжини різальної частини L₁=L_p+(2…4) мм, кут l=(5…6)⁰. При цьому ширина пера на початку зальної частини виходить рівною С₁=(0,3…0,5)С.

Таке заточування можна застосовувати тільки для мітчиків, які нарізують різьбу в наскрізних отворах. У цьому випадку стружка буде направлятися скосом уперед і легше видалятися з отвору.

Переточування мітчика

Зношування мітчика відбувається переважно по головній задній поверхні зубців в зоні переходу різальної частини в калібруючю (рис.1.5,а), передня поверхня зношується менше. Тому для більш раціонального використання запасу на переточування і збільшення кількості переточувань мітчики переточують і по передній і по головній задній поверхням. За критерій зношування приймається така величина, перевищення якої призводить до зниження якості нарізуваної різьби. В залежності від діаметру мітчика і кроку нарізуваної різьби максимальна величина зношування по передній поверхні становить D₁=(0,25…0,5) мм, по задній поверхні - D₂=(0,17…0,3) мм (рис.1.5,б).

Мітчики заточують і переточують по передній і головній задній поверхням. Це забезпечує краще використання запасу на переточування, який передбачений шириною зубця мітчика (В) і довжиною калібруючої частини (L_к).

Схема заточування по передній поверхні така сама, як під час заточування розвертки (див. лабораторну роботу «Заточування розверток» рис.4.7). Для забезпечення заданого переднього кута вершину зубця, що заточується, зміщають відносно осі мітчика на величину

, мм,

де - D – діаметр мітчика, мм,

  g- передній кут мітчика, град,

  e - кут профілю шліфувального круга, град.

Після кожного переточування по передній поверхні зменшується товщина зубця мітчика, що полегшує його роботу.

Головну задню поверхню мітчика замилують на спеціальному верстаті або на універсально-заточувальному верстаті за допомогою спеціального пристрою. Після кожного переточування по головній задній поверхні її довжина збільшується, а довжина калібруючої частини – зменшується.

Кількість переточувань мітчика по головній задній поверхні визначається залежністю

, шт.,

де М₁ – величина припустимого сточування по задній поверхні, мм, М=L_k-3P,

q – величина сточування за одне переточування по задній поверхні, мм,

L_k – довжина колібруючої частини мітчика, мм

                       а                                                           б

Рисунок 1.5 – Зношування мітчика (а) і схема до розрахунку кількості переточувань (б)

Величина сточування за одне переточування залежить від зносу мітчика D₁ і кута в плані φ

, мм.

Кількість переточувань мітчика по передній поверхні визначається залежністю

, шт.,

де М₂ – величина припустимого сточування по передній поверхні, мм, М₁=(0,5…0,7)В,

В – ширина зубця мітчика, мм,,

D₂ – припустима величина зношування по задній поверхні, мм.