Виды резьбовых соединений

Виды резьбовых соединений

Наиболее распространенным способом стыковки элементов различных конструкций является резьбовое соединение. Оно широко применяется в строительстве, при монтаже трубопроводов, в машиностроении и многих других отраслях. Популярность этого способа обусловлена следующими преимуществами:

  • высокая надежность и продолжительный срок службы;
  • создание разъемных соединений, простота монтажа и демонтажа при помощи общедоступных инструментов;
  • контроль силы затягивания при сборке;
  • малый вес и размеры крепежа, по сравнению с соединяемыми конструктивными элементами;
  • широкая доступность, большой выбор типоразмеров крепежа.

Для использования при изготовлении и монтаже деталей необходимо знать существующие виды и параметры резьбовых соединений.

Метрическая резьба

Метрическая выполняется на основании ГОСТ 8724-2002 – чаще всего применяется при изготовлении крепежных изделий. При соблюдении определенных условий этот вид допустимо использовать в качестве ходовой.

В основе этого вида лежит равносторонний треугольник (с углом в основании 60 градусов). Она может иметь один или несколько заходов. Многозаходную применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить повышенную прочность сочленения узлов.

Отечественные и зарубежные производители выпускают изделия имеющие диаметр от 0,25 до 600 мм и шаг от 0,25 до 6 мм. Изделия с малым шагом применяют тогда, когда необходимо обеспечить разъемную сборку изделий с тонкой стенкой. Кстати, в автомобильной промышленности этот вид применяют достаточно часто. Она может иметь левое и правое исполнение.

Ее обозначают следующим образом – на первом месте указывают букву, в этом случае — это М. Затем, показывается ее номинальный размер и шаг, в отношении этого вида применяют обозначение только в мм. Кроме этого в обозначение параметров входит количество заходов, исполнение (левое или правое). Разумеется, должен быть указан допуск на изготовление. Маркировка М12*1 говорит о том, что она имеет номинальный диаметр 12 мм и шаг 1.

Инструменты для нарезания резьбы

Внутренняя резьба выполняется метчиком — винтом с продольными режущими кромками. Состоит из хвостовика для закрепления в воротке и рабочей части, осуществляющей нарезание резьбы. Условно подразделяются на два типа: ручные (слесарные) и машинные.

Слесарный набор для выполнения метрической резьбы комплектуется в зависимости от размера резьбы:

  • одним метчиком (8–18 мм);
  • двумя (6–24 мм) — черновым и чистовым;
  • тремя метчиками (2–52 мм) — черновым, средним, чистовым.

Маркировка изделий наносится на хвостовике, где отображается размер резьбы (М10) и одна риска, если это черновой метчик, две — для углубления резьбы, три или без них — чистовой метчик. Иногда встречается обозначение цифрами 1, 2, 3.

Конструкция комбинированных метчиков представляет собой два участка с разной величиной режущих кромок, что позволяет экономить время. Режущая часть метчика может быть исполнена в форме конуса для сквозных или в виде цилиндра для глухих отверстий.

Перед нарезанием внутренней резьбы сверлится отверстие меньшего диаметра, значение которого находится в специальных таблицах. В процессе работы метчик держится строго перпендикулярно, в рабочую зону добавляется смазка. Через каждые 4–5 витков следует выкручивать метчик и удалять стружку, что удобно делать специальным ёршиком.

Наружная резьба выполняется в промышленных масштабах на токарных станках резцами или резьбонакатными устройствами, при разовых потребностях используют плашки:

  1. Цельные круглые — обеспечивают высокое качество, для работы закрепляются в держателе и фиксируются стопорными винтами.
  2. Разрезные — состоят из двух половинок, поэтому имеют меньшую жесткость, применяются для нетребовательных соединений.
  3. Раздвижные — используются в клуппах, позволяющих изготавливать трубную резьбу различного размера.

Внешне плашка напоминает гайку с расположенными внутри режущими гранями и отверстиями для отвода стружки. Существуют плашки для изготовления резьбовых соединений разных систем измерения: дюймовой или метрической, несовместимых друг с другом. Диаметр обрабатываемого стержня должен быть такой же, как и наружный размер плашки. Для большей точности используются парные инструменты, исполняемые ими размеры резьбы отличаются на полмиллиметра.

Для выполнения трубной резьбы выпускаются клуппы разных конструкций. В корпусе этих устройств размещаются подвижные режущие плашки, которые поворотом план-шайб устанавливаются на нужный диаметр резьбы. Инструменты комплектуются двумя наборами плашек для труб диаметром 15, 20 мм и 25, 32, 38, 50 мм. В стеснённых местах используется трещоточный клупп с храповым механизмом.

Функциональное назначение резьбы

ГОСТ 2.331−68 даёт точное определение. Это поверхность, на которой выступы и впадины имеют определённый профиль. Спираль наносится на наружную поверхность вращающихся деталей. Основным назначением резьбовой поверхности считается:

  • Крепление деталей и их последующее удержание на определённом расстоянии.
  • Ограничение смещения деталей различных конструкций.
  • Создание плотного соединения.

Инженеры, разрабатывающие машиностроительное оборудование, хорошо знают, какие резьбы бывают, вид спирали, который нужно использовать для создания мощного соединения. Многочисленные типы спирали дают возможность создавать очень прочные конструкции, состоящие из различных деталей. Сегодня известны следующие типы резьб:

  • Цилиндрическая резьба. Нарезается на любой цилиндрической поверхности.
  • Коническая. Поверхность заготовки должна иметь коническую форму.
  • Правая. Виток направлен в сторону движения часовой стрелки.
  • Левая. Направление витка в противоположную сторону относительно часовой стрелки.

Резьбовое соединение делится на несколько категорий:

  • Создание крепежа с помощью соединительных деталей (шпилек, болтов, гаек).
  • Образование соединения конструкций, без применения дополнительных крепёжных изделий. Например, соединение труб с помощью муфты.

Класс резьбы определяется по её шагу. Он может быть стандартным или мелким. Самым популярным считается мелкий шаг. Он используется на всех деталях, диаметр которых превышает 20 мм.

Благодаря минимальному зазору между канавками винтовой линии получается соединение, которое не имеет возможности самоотвинчиваться.

Нарезание резьбы — статья о метчиках

Читая статьи на overclockers.ru и форум, я понял, что мало кто разбирается в нарезке резьбы в металлах. Хотя этот процесс сопровождает многие работы с металлами, в частности для компьютеров моддинг и различные «железячные» модификации. В данной статье хочу рассказать о метчиках и их особенностях на примере своих метчиков.

реклама

Для начала метчик (tap) – это инструмент для нарезания внутренней резьбы. Плашка (die) для нарезания внешней резьбы, для общего сведения.

Метчики можно поделить на две большие группы, машинные метчики (machine taps) и ручные метчики (hand taps). В данной статье речь пойдет о ручных метчиках, так как машинных метчиков великое множество, и они нужны лишь малому проценту людей ввиду того, что используются на станках.

Основные и параметры выбора метчика — это тип резьбы и ее шаг. Для примера, М8-1.25, означает это метрическая резьба 8 мм с шагом 1.25 мм, по шагу резьбы есть вариации допустим тот же М8-1.0. В штатовской системе в общем все также, но со своими заковырками, например, №6-32 UNC, здесь 6 это диаметр по номерной системе, 32 это нит на дюйм, по сути, аналог шага резьбы, UNC обозначение грубой резьбы, к слову, UNF – мелкая резьба, UNS – специальная. (на самом деле там есть еще несколько видов, но мало кому нужны). Отдельно стоят трубные резьбы, так как они могут быть и конусными, пример NTP и BSP.

Читайте также  Как проверить тиристор

Далее уже примеры на фото, ручные метчики продаются (должны продаваться) как в комплектах по 3 так и отдельно каждый. Комплект состоит из трех разных! метчиков начальный (taper), средний (plug) и финишный (bottoming) их также у нас называют первый, второй, третий. (Иногда спец метчики идут в комплектах по двое, но обычно это только для очень мелкошаговой резьбы).

реклама

Для того что бы показать различия, вот фото довольно большого метчика М14-2.

реклама

реклама

На что обратить внимание, в первую очередь резьба на первом метчике начинается с 6-7 витка и сам профиль не прорезает материал слишком глубоко. Затем в ход идет второй метчик у него резьба начинается примерно с 4 витка, профиль более острый, и третий метчик резьба идет со 2 витка и профиль финиширует резьбу и подгоняет по допуски. Отличить их можно по внешнему виду, либо на европейских метчиках, есть маркировка с полосками. Также на примере этого набора обратите вынимание что резьба по профилю шире самого тела метчика, а это значит, что резьбу можно нарезать в глубоких отверстиях. На обоих концах есть центровочные отверстия под подпружиненный конус.

Каналы под стружку прямые, как и должны быть у ручных метчиков, на этих их четыре.

Далее по форме метчиков, например маленькие типа М2-0.4 уже сделаны по-другому. Хвостовик намного толще рабочей части. Канавок всего две.

Также примерно выглядят метчики для М3-0.5. Но не от всех производителей, например на фото третий метчик имеет прямой кончик, теоретически в глухом отверстии от глубже нарежет резьбу почти до конца самого отверстия. Канавок (flutes) у них уже три, а не две. Ширина хвостовика также больше, чем рабочая часть.

Далее М4-0.7. У этих метчиков также три канавки, ширина рабочей части меньше, но зато есть участок с сужением, за счет этого можно нарезать резьбу чуть глубже.

Также у маленьких метчиков нет центровочных отверстий. Даже у М6-1.0, например на фото относительно не дорогой метчик и выполнен он с острыми концами и с узкой рабочей частью.

Еще вот уже побольше, М8-1.25 двух видов у них есть центровочные отверстия. Один обычный с тремя канавками второй набор со специальным самоцентрирующимся первым метчиком. Также отличие второго в применении стали HSS-CO5, то есть 5% кобальт. Такие метчики подходят для нарезки и в нержавейке. К слову, большинство метчиков выполняются из стали HSS, или HSS-G и гораздо реже из HSS-CO, покрытие также бывают разными, просто без покрытия, чернение, и оксид титана, самый дорогой оксид титана, а также наиболее коррозионностойкий, но гонятся именно за этим видом покрытия не стоит, все равно на рынке 90% без покрытия.

Все трех метчиковые наборы обладают хорошей точностью ISO 2 или 6H, но также существуют однозаходные комбинирование метчики. Например, на фото ниже 6-32 UNC. На фото видно что его начальная часть как у первого номера, а далее идет как второй номер. Естественно, такие метчики не для толстых и твердых материалов, но резьба вполне нормальная получается. Это не плохой бюджетный вариант.

По дополнительным инструментам для метчиков нужны еще воротки, и чаще всего выполнены они в двух исполнениях. На фото ниже три воротка, скажу, что вороток Ruko, серый на фото я не рекомендую, сделан довольно криво и своей цены в общем не стоит. Также Т-образный вороток лучше выбирать с пружинным удержанием квадрата, но фото вороток с цанговым зажимом, и он не очень хороший и в плане удержания, и в плане центровки. А вообще прямо хороший вороток я не нашел, все какие видел были кривоваты, даже те что стоили более 100$.

Во время нарезки надо пользоваться спец жидкостью для сверления, также как только метчик начинает идти туговато нужно сделать оборот назад это срежет заусенцы и соберет мусор в канавках. Главное на метчик не давить, особенно в стороны, а то он лопнет. При правильном размере отверстия и хорошем метчике, резьба нарезается без излишнего сопротивления.

По самим канавкам у ручных они всегда прямые, но у машинных они могут быть также спиралью и уклоном. В этом видео от Haas очень подробно рассказывают о машинных метчиках. Отверстия под резьбу выбираются тоже не просто так, они зависят от шага резьбы и диаметра. Наиболее простой способ воспользоваться таблицей размеров наподобие этой. По типу резьбы сразу можно выбрать размер сверла для дрели.

А для определения типа резьбы самый простой способ воспользоваться резьбомером (thread gauge), они хоть и номинально подходят для внешней резьбы, но ими также можно и проверять в отверстиях если влезет.

По выбору метчика, конечно, лучше всего смотреть, прежде чем покупаешь так как в интернете обычно фотки не соответствуют товару. Также и на саму резьбу посмотреть, если каждый номер имеет профиль как положено, то с резьбой скорее всего все будет норм. Также внимательно осмотреть обработку краев канавки, если срез не ровный, то метчик будет плохо прорезать металл. Метчик конечно же надо выбирать исходя из задач, например если работать с нержавейкой, то придется покупать дорогой кобальтовый метчик. Также метчик после работы надо от стружки отчищать чем-то типа зубной щетки. Что касается цен, то набор хороших метчиков М3 стоит от 10 до 40$, если большие размеры, то цены естественно выше.

Надеюсь, моя статья будет полезна и больше дырки раздраконивать винтами никто не будет).

P.S. Полезное видео от Haas. В основном о машинных метчиках, но тем не менее интересное.

Параметры соединения

Минимальный диаметр трубной резьбы составляет 1/16″ что соответствует 7,72 мм, максимальный — 6″ или 163,8 мм. Всего существует 16 типоразмеров, в зависимости от наружного диаметра соединения который измеряется по верхним гребням. Внутренний диаметр определяется по нижним точкам в противолежащих концах гребня.

Ещё одной ведущей характеристикой является шаг нарезки, который определяется дистанцией между соседними вершинами резьбы или впадинами. Шаг является одинаковым на любом отрезке соединения и измеряется количеством витков на один технический дюйм равный 25,4 мм. Данная характеристика также зависит от высоты профиля и равна половины разницы между внутренним и наружным диаметром.

Назначение и сфера применения

Резьба, согласно положениям ГОСТ №2.331-68, определяется как поверхность сформированная совокупностью чередующихся впадин и выступов определенного профиля, размещенная на внутренних либо наружных стенках тела вращения.

Функциональным назначением резьбы является:

  • удержание деталей на требуемом расстоянии по отношению друг к другу;
  • фиксация деталей и ограничение возможности их смещения;
  • обеспечение плотности соединения стыкующихся конструкций.

Основой любой резьбы является винтовая линия, в зависимости от конфигурации которой выделяют следующие виды резьбы:

  • цилиндрическая – резьба, сформированная на цилиндрической поверхности;
  • коническая – на поверхности конической формы;
  • правая – резьба, винтовая линия которой направлена по часовой стрелке;
  • левая – с винтовой линией против часовой стрелки.
Читайте также  Дроссель обозначение

Резьбовое соединение – стыковка двух деталей посредством резьбы, обеспечивающая их неподвижность либо заданное пространственное перемещение относительно друг друга. Такие соединения классифицируются на две основные категории:

  • соединения, полученные с применением специальных соединительных элементов – винтов, шпилек, гаек и шайб (сюда относится все разновидности фланцевого монтажа);
  • соединения, образованные свинчиванием двух стыкующихся конструкций без сторонних крепежей (в сантехнике – муфтовое соединение труб).

Схема муфтового соединения труб

Действующие ГОСТ определяют следующие основные параметры резьбы:

  • d – номинальный наружный диаметр винта либо болта, указывается в миллиметрах;
  • d1 – внутренний диаметр гаек, размер которого должен совпадать с величиной d ответного крепежного элемента;
  • p – шаг резьбы, указывающий на расстояние между двумя соседними гребнями винтовой линии;
  • a- угол профиля, указывает на угол между смежными выступами винтовой линии в осевой плоскости.

Шаг резьбы определяет, к какому классу она относится – основному либо мелкому. На практике отличия между ними заключаются в том, что мелкие резьбовые соединения (в такой конфигурации выполняются все крепежи диаметром от 20 мм), за счет минимального расстояния между гребнями винтовой линии, более устойчивы к самоотвинчиванию.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение резьбовых соединений обуславливается наличием у данного метода крепежа множества эксплуатационных преимуществ, к числу которых относится:

  • надежность и долговечность;
  • возможность контроля над силой сжатия;
  • фиксация в заданном положении благодаря эффекту самоторможения;
  • возможность сборки и демонтажа с применением широко распространенных инструментов;
  • сравнительная простота конструкции;
  • обширный сортамент и типоразмеры крепежных элементов, их низкая стоимость;
  • минимальные размеры крепежей в сравнении с размерами соединяемых деталей.

К недостаткам данных соединений относится неравномерное распределение нагрузки по винтовой линии резьбы (около 50% давления приходиться на первый виток), ускоренный износ и ослабление стыка при частой разборке крепежа и его склонность к самоотвинчиванию под воздействием вибрационных нагрузок.

Отличия между метрической и дюймовой резьбой (видео)

Технологии нарезки

Резьба трубная цилиндрическая, которая относится к дюймовому типу (как внутренняя, так и наружная), может нарезаться ручным или механическим методом.

Нарезка резьбы вручную

Нарезание резьбы при помощи ручного инструмента, в качестве которого используется метчик (для внутренней) или плашка (для наружной), выполняется в несколько шагов.

  1. Обрабатываемая труба зажимается в тисках, а используемый инструмент фиксируется в воротке (метчик) или в плашкодержателе (плашка).
  2. Плашка надевается на конец трубы, а метчик вставляется во внутреннюю часть последней.
  3. Используемый инструмент вворачивается в трубу или навинчивается на ее конец посредством вращения воротка или плашкодержателя.
  4. Чтобы сделать результат более чистым и точным, можно повторить процедуру нарезания несколько раз.

Нарезка резьбы на токарном станке

Механическим способом трубная резьба нарезается по следующему алгоритму:

  1. Обрабатываемая труба зажимается в патроне станка, на суппорте которого фиксируется резьбонарезной резец.
  2. На конце трубы, используя резец, снимают фаску, после чего выполняют настройку скорости перемещения суппорта.
  3. После подведения резца к поверхности трубы на станке включают резьбовую подачу.

Следует иметь в виду, что резьба дюймовая нарезается механическим методом с помощью токарного станка только на трубных изделиях, толщина и жесткость которых позволяют это сделать. Выполнение трубной дюймовой резьбы механическим способом позволяет получать качественный результат, но применение такой технологии требует от токаря соответствующей квалификации и наличия определенных навыков.

Способы нарезки и методы контроля

Нарезка трубной резьбы может осуществляться вручную с помощью плашек и метчиков, а также на токарно-винторезных и специальных резьбонакатных станках. Способ ручной нарезки ничем не отличается от подготовки метрических резьб – на зафиксированную трубу одевается плашка с воротком и осуществляется вращение по часовой стрелке. Для качественной нарезки необходимо использование смазочных материалов и чередование нескольких рабочих вращений с обратным движением для удаления стружки. Аналогично производится и нарезка метчиком.

Для серийного производства используется механический способ на токарных станках полуавтоматах и ЧПУ. Нарезка осуществляется специальными резцами или с помощью плашек. При заводском производстве труб с готовыми резьбовыми соединениями применяется метод горячей или холодной накатки специальными роликами. Для определения параметра резьбы применяются калибры или плоские шаблоны.

Параметры цилиндрической трубной резьбы определяет ГОСТ 6357-81. Он основан на стандарте мелкой резьбы Уитворта и совместим с европейским стандартом BSP.