Урок№27 Різьби, їх призначення та елементи, типи різьб, інструмент для нарізання зовнішньої різьби,його конструкція.

     Різьба - це поверхня, утворена при гвинтовому русі довільного плоского контуру по боковій поверхні циліндра або конуса.

        До найбільш ефективних конструктивних рішень, які підвищують опір втоми різьби, слід віднести розробку варіантів асиметричної різьби, різьби з перемінним кроком на довжині згвинчування різьбової пари і збільшення радіуса скруглення западини різьби. За умовами взаємозамінності і через технологічні труднощі практичну реалізацію у високоміцних болтах отримало тільки збільшення радіуса скруглення западини різьби.

       ГОСТ 9150-81 на різьби метричні передбачає виготовлення різьби болта з закругленою западиною радіусом R = (0,1 0,144) Р, де Р — крок різьби. За кордоном і в деяких галузях вітчизняної промисловості для виготовлення кріпильних виробів із високоміцних і титанових сплавів використовують різьбу по стандарту ІСО 5855, основний профіль якої для болтів представлений на рис. 1. Радіус скруглення западини різьби болта R по ІСО 5855 дорівнює (0,180 0,150) Р Подальше збільшення радіуса скруглення западини різьби не є можливим, так як призводить до зниження статичної міцності різьбового з'єднання. Розрахунки показують, що при зміні відносного радіуса западини різьби від 0, 1Р до 0,2 Р коефіцієнт концентрації напружень у робочій частині різьблення змінюється від 7,75 до 5,35.

       Різьба по стандарту ІСО 5855 тільки за рахунок збільшеного радіусу западини дає порівняно з метричною різьбою по ГОСТ 9150-81 фактичне збільшення малоциклової втоми на 30 і 43%, багато-циклової втоми в 1,5-5,2 і 1,3-2,7 рази відповідно для болтів з титанового сплаву ВТ16 і легованої конструкційної сталі 16ХСН. Слід мати на увазі, що збільшення радіуса скруглення западини різьби на болтах вимагало збільшення внутрішнього діаметра гайки з 0,25 М до 0,312 Н, де Н — теоретична висота профілю різьби (рис. 2).

Рис. 1. Базовий (1), максимальний (2) і мінімальний (5) профілі різьби високоміцних болтів

Рис. 2. Базовий профіль різьби високоміцних з'єднань

     Це необхідно для виключення пошкодження западини різьби болта класу точності 4h6h гайкою при нагвинчуванні, що, безумовно, неприпустимо у високоміцному різьбовому з'єднанні. Повніше використовувати конструктивні можливості збільшення опору втомі високоміцних болтів M l2 і вище дозволяє застосування гайок з різьбою неповного профілю від опорного торця (рис. 3). При цьому малоциклова втома болтів збільшується не менш ніж на 20%, межа втоми на 65-70%. Істотний вплив на опір втоми різьбових деталей надає технологія виготовлення різьби. Отримання різьби по оптимальним технічним процесам може до десятків разів збільшити циклічну довговічність, граничну амплітуду змінних напруг циклу, підвищити термічну стабільність і корозійну стійкість.

      Більшість дослідників відзначають збільшення опору втомі накатаній різьби по порівнянні зі шліфованої і нарізаної. Цьому сприяє безперервна розташування волокон металу паралельно профілю різьби, зміцнюючі її (рис. 4). Наприклад, при переході від нарізування до накачуванню різьби на болтах Мб з титанового сплаву ВТ16 зростає мінімальне значення малоциклової втоми з 2600 до 6800 циклів, а межа втоми збільшується в 2 рази. Вплив технології виготовлення проявляється через ряд факторів якості поверхневого шару різьби, серед яких стискаючі залишкові напруги, їх розподіл у поверхневому шарі западини різьби відіграють першорядну роль. Їх роль особливо велика при накочувані різьби, зміцнення поверхневим пластичним деформуванням і хіміко-термічними методами.

Рис. 3. Гайка для високоміцних болтів

Рис. 4. Розташування волокон металу накатаної різьби

       Відомо, що термічна обробка болтів з накочуваною різьбою знижує їх циклічну довговічність до рівня болтів з нарізаною різьбою. Зміцнений поверхневий шар втрачає свої переваги, так як при нагріванні відбувається зняття стискаючих залишкових напружень у ньому, а при загартуванні можливо поява в поверхневих шарах розтягуючих напружень через нерівномірність охолодження. При цьому відбуваються фазові перетворення, які розподіляються нерівномірно по перерізу, що різко знижує опір втоми. Таким чином, для отримання максимального опору втоми болтів по різьбі накочення різьби повинно здійснюватися після повної термообробки болтів. Для легованої сталі 16ХСН це дає збільшення циклічної довговічності в 5 разів, межі втоми в 1,6 рази; для корозійно-стійкої сталі 03Х11Н10М2Т-ІЛ збільшення циклічної довговічності в 1,76 рази, межі витривалості в 1,22 рази; для жароміцних сталей 13Х11Н2В2МФ-Ши 10X11H23T3MP збільшення циклічної довговічності в 4 і 2,5 рази, межі витривалості в 1,6 і 1,34 рази відповідно.

     Створення в западині різьбистискаючих залишкових напруг може бути реалізовано не тільки накочуванням або обкатуванням різьби, але і іншими методами ППД. Циклічна довговічність і межа витривалості підвищуються після зміцнення різьби мікрошариками. Цей вид зміцнення створює стабільні залишкові напруги стиску при малій мірі і невеликій глибині наклепанного шару. Обдування мікрошариками може стати незамінним способом зміцнення різьби при виготовленні болтів з високоміцних сталей σв = 1850 МПа і вище, таких як 03Н18К9М5Т-ЕЛ та інші, коли накочення різьби після зміцнюючої термічної обробки ускладнюється через малу стійкость різьбо-утворюючого інструменту.

      Суттєво впливає на опір втоми різьби хіміко-термічна обробка і стан покриття. Азотування, цементація, анодне оксидування призводять до появи в поверхневих шарах різьби стискаючих залишкових напруг, що підвищує опір втоми болтів. Причому цей ефект може досить широко змінюватися в залежності від режимів обробки, вихідного стану поверхні і т. д.

КЛАСИФІКАЦІЯ РІЗЬБ

Всі різьби можна поділити на наступні групи:

1) за формою – циліндричні, у яких вершини профілю лежать на циліндричній поверхні, і конічні, у яких вершини профілю лежать на конічній поверхні;

2) по розташуванню – зовнішня різьба, розташована на зовнішній поверхні деталі (гвинт, труба і т. д.) і внутрішня—розташована на внутрішній поверхні деталі (гайка, муфта);

3) за формою профілю – трикутна, трапецеїдальна, стійка, кругла;

4) за кількістю заходів – однозахідна і багатозахідна;

5) за напрямом нарізки – права і ліва;

6) по розмірності – метрична і дюймова;

7) за призначенням – загального та спеціального призначення.

ОСНОВНІ СТАНДАРТИ РІЗЬБИ

SAE - (Society of Automotive Engineers) – американський стандарт, дюймова різьба (60°);

JIC - (Joint Industrial Counsil) - американський стандарт, дюймова різьба (60°);

JIS - (Japanese Industrial Standard) - японський стандарт;

DIN - (Deutsche Institut fur Normung) - німецький стандарт, метрична різьба (60º);

BSP - (British Standard Pipe) - англійський стандарт;

BSPT - трубна конічна (Tapered) різьба (55°);

BSPP - трубна циліндрична (Parallel) різьба (55°);

BSW - ( British Standard Whitworth) - англійський стандарт, циліндрична різьба Витворта (55°);

UN - (Unified thread) - американський стандарт (60°);

UNF- дрібна (Fine) дюймова різьба;

UNC - велика (Coarse) дюймова різьба;

UNS - спеціальна (special) різьблення;

NPT - (National Pipe Tapered) - американський стандарт (60°);

NPTF - трубна конічна різьба для палива (fuel);

NPSM - трубна циліндрична ( Straight Mechanikal) різьблення;

SF - (Straight Flange) - пряме фланцеве з'єднання ORFS – фланцеве з'єднання з ущільнювальним Про-Ring;

ГОСТ 9150-81 - метрична різьба (60°) - аналог ISO;

ГОСТ 25229-82 - конічна різьба метрична (60°);

ГОСТ 6111-52 - конічна дюймова різьба (60°) - аналог NPTF;

ГОСТ 6357-81 - трубна циліндрична різьба (55°) - аналог BSPP;

ГОСТ 6211-81 - трубна конічна різьба (55°) – аналог BSPT;

ГОСТ 633-80 - труби гладкі, високогерметичні і з висадженими; назовні кінцями, та муфти до них (NKT).

Для нарізування зовнішньої різьби вручну використовують плашку. Кругла плашка (мал. 160) виконана у вигляді гайки із швидкорізальної сталі зі спеціальними вирізами. Для того щоб торець стержня (заготовки) краще заходив у плашку, її початкові витки, мають меншу висоту профілю. Це так звана забірна частина плашки. Круглі плашки відповідно до стандарту передбачені для нарізування метричної різьби діаметром від 1 до 76 мм.

Мал. 160. Плашка

Плашка (мал. 160) зі спеціальними вирізами кріпиться в плашкотримачі (мал. 161, а) трьома або чотирма гвинтами, позначеними (мал. 161, а) позицією 1 (для більш жорсткої фіксації), залежно від її розмірів й умов експлуатації.

Мал. 161. Будова воротка: а — плашкотримач, б — вороток

Для того щоб нарізати різьбу плашкою на стержні, треба спочатку дізнатися зовнішній діаметр різьби d і її крок р (мал. 162). Ці дані позначені на плашці. Потім за таблицею (табл. 4) визначити діаметр стержня для цієї різьби й вибрати заготовку.

Мал. 162. Основні параметри для нарізування зовнішньої різьби

Як бачимо, діаметр стержня має бути меншим зовнішнього діаметра різьби на 0,1-0,3 мм залежно від розміру різьби. Якщо діаметр стержня буде меншим на 0,4-0,5 мм від зовнішнього діаметра різьби, то профіль різьби виходить неповним.

Обрану заготовку треба виправити, розмітити, відрізати за розміткою і, закріпивши її в лещатах, напилком зняти фаску (мал. 163, а) для того, щоб забірна частина плашки легше захоплювала метал. Слід перевірити якість плашки зовнішнім оглядом і загвинчуванням її на болт або шпильку з неушкодженою різьбою. Потрібно також ретельно перевірити якість закріплення плашки в плашкотримачі, щоб виключити її можливе викривлення і прокручування (проковзування) в отворі плашкотримача.

Мал. 163. Послідовність нарізування зовнішньої різьби: а — знімання фаски на заготовці; б — перевірка кутником кута 90°; в — нарізування різьби на заготовці; г — перевірка якості зовнішньої різьби

Перед нарізуванням різьби на стержні розмічають її довжину, стержень закріплюють у лещатах так, щоб кінець, що виступає над верхньою площиною губок, був довшим від нарізуваної частини на 20-25 мм. Стержень закріплюють, контролюючи слюсарним кутником, під кутом 90° до верхніх площин губок (мал. 163, б). Плашку, закріплену в плашкотримачі, накладають на верхній торець стержня і з невеликим натиском, не допускаючи перекосу плашки, обертають її (мал. 163, в). Після виконання одного-двох обертів воротка різьбу перевіряють на відсутність перекосів відносно осі стержня.

Після цього змащують маслом частину стержня, на якій буде нарізано різьбу, різальну поверхню плашки та обертають плашкотримач, рівномірно натискаючи на обидві його рукоятки. Обертання має бути зворотно-поступальним: один-два оберти за годинниковою стрілкою і півоберта проти годинникової стрілки. При цьому стружка ламається, виходить через поздовжні отвори плашки. Це полегшує нарізування різьби й поліпшує її якість.

Перевіряють якість готової зовнішньої різьби в умовах шкільної майстерні накручуванням гайки з відповідною внутрішньою різьбою (мал. 163, г).

Інструменти (плашки і мітчики), на яких нанесено тільки позначення (наприклад М20), нарізають різьбу зі стандартним «нормальним» кроком для цього діаметра, ця різьба має найбільший крок для цього розміру (діаметра) стержня. Якщо вказано М20х1,5, то це дрібна різьба.

Після закінчення роботи плашку виймають із плашкотримача, ретельно очищують щіткою від стружки, протирають ганчіркою і змащують маслом.

Цікаво знати

Для того щоб дізнатися крок різьби, застосовують різьбові щупи (мал. 164, а, б) або спеціальні калібри (мал. 165). Якщо ж подібного інструмента немає, можна виміряти різьбу за допомогою пластиліну. Він менш точний, але приблизно визначити крок різьби вам удасться. Берете болт із різьбою і прокатуєте поверхнею пластиліну, потім вимірюєте штангенциркулем або слюсарною лінійкою відстань між певною кількістю вершин, а потім цю відстань ділите на кількість виміряних вершин (наприклад, відстань між 10-ма вершинами дорівнює 20 мм, то, поділивши 20:10, отримаємо крок різьби 2 мм).

Мал. 164. Різьбовий щуп (а) і спосіб його використання (б)

Якість нарізаної різьби в умовах виробництва перевіряють різьбовими мікрометрами, різьбовими калібрами-кільцями (зовнішня різьба) і різьбовими пробками (внутрішня різьба) (мал. 165). В умовах шкільних майстерень допускається перевірка різьби гайками.

Мал. 165. Перевірка якості внутрішньої різьби в умовах виробництва спеціальними різьбовими калібрами

Чи добре засвоїли?

• 1. Як можна за допомогою напису на інструменті встановити крок різьби — великий («нормальний») чи дрібний?

Поясніть

• 1. Як визначити крок різьби на деталі, якщо немає зазначеного на малюнку 166 інструмента?

Д/з: ст.43-46 опрацювати,скласти конспект,дати відповідь на запитання,надати пояснення.