В настоящее время известны три способа получения внутренних резьб пластическим деформированием: применением самонакатывающих винтов и шпилек, раскатыванием роликовыми головками и выдавливанием резьбы с помощью специального инструмента — бесстружечных метчиков, называемых иногда так же накатниками или раскатниками.

Самонакатывающие (резьбовыдавливающие) винты, болты (рис. 1) и шпильки изготавливаются из закаленной стали и имеют в поперечном сечении форму округленного многогранника для более легкого ввинчивания в отверстие. По сути самонакатывающий винт представляет собой одноразовый бесстружечный метчик. Такой способ получения резьб рекомендуется для ввинчивания стальных шпилек в корпусные детали из цветных металлов. Он обеспечивает плотное неразъемное соединение. Однако этот способ имеет следующие недостатки: более высокая стоимость винтов или шпилек по сравнению с обычными; большее потребное усилие ввинчивания; необходимость точного центрирования шпилек для избежания перекосов при сборке.

Рис. 1. Самонакатывающие (резьбовыдавливающие) винты и болты.

Все более широкое применение самонакатывающие винты находят в машиностроении и строительстве для соединения листовых материалов, поскольку их применение существенно повышает производительность труда и обеспечивает большую надежность резьбового соединения, по сравнению с самонарезающими винтами.

Роликовые головки нашли применение при получении внутренних резьб диаметром от 30 мм и выше. По конструкции они близки к аксиальным головкам для накатывания наружных резьб.

Для образования наиболее распространенных в промышленности внутренних резьб диаметром до 20 мм, шагом до 2 мм и длиной до 2d применяется метод выдавливания резьбы с помощью бесстружечных метчиков.Выдавливание внутренней резьбы бесстружечными метчиками — это процесс пластического деформирования металла, при котором в подготовленное отверстие заготовки ввинчивается специальный инструмент - бесстружечный метчик (рис. 2) с профилем резьбы, соответствующим заданному профилю. Этот процесс не является процессом накатывания, так как при формообразовании профиля резьбы отсутствует взаимное обкатывание заготовки и инструмента, присущее процессу накатывания. Так как в поперечном сечении метчик имеет затылованную форму, в каждый момент времени резьбовой виток на заготовке выдавливается не по всей окружности, а лишь на определенной ее части. Следовательно, в зоне деформации нагрузки воздействуют на металл циклически, с частотой, зависящей от числа граней инструмента и частоты его вращения.

Рис. 2. Бесстружечный метчик.

Существенное влияние на протекание процесса резьбовыдавливания оказывает геометрия участков вершин контура поперечного сечения инструмента — бесстружечного метчика. Различные варианты сечений представлены на рис. 3. Рассмотрение приведенных форм сечений позволяет классифицировать их по симметрии контура (симметричный или не симметричный) и по наличию на контуре сечений резьбы полного профиля (по всему периметру или же на отдельных участках). Наибольшее распространение получил симметричный контур с полным профилем резьбы по всему периметру.

Рис. 3. Формы поперечного сечения бесстружечных метчиков.

Бесстружечный метчик состоит из заборной части, служащей для выдавливания резьбы; калибрующей, предназначенной для направления инструмента и калибрования выдавленного профиля, и хвостовой части, с помощью которой метчик закрепляется в патроне. Основную работу по выдавливанию резьбы в отверстии выполняет заборная часть метчика. В отличие от режущих метчиков бесстружечные метчики не имеют на рабочей части продольных канавок, образующих режущие кромки. Силы деформирования и стойкость метчика в значительной степени зависит от формы заборной части. Наиболее рациональной является предлагаемая конструкция заборной части, обеспечивающая ее равнонагруженность.

Бесстружечные метчики по принципу работы делятся на две группы: внутренний диаметр первой группы не участвует в формировании вершин выдавливаемой резьбы и не ограничивается точными размерами (незаполненный контур); внутренний диаметр второй группы формирует вершины обрабатываемой резьбы (заполненный контур). При выдавливании резьбы метчиком с незаполненным контуром на вершине резьбы образуется складка металла — «кратер».

Метчик с заполненным контуром образует вершину выдавленной резьбы, соответствующую контуру впадины метчика. В зависимости от материала детали и требований, предъявляемых к резьбе, метчики могут быть изготовлены с незаполненным и заполненным контурами. Экспериментальные исследования показали, что обработка резьбы метчиками с заполненным контуром в заготовках из черных металлов сопряжена с трудностями, так как при небольшом переполнении профиля резьбы металлом гайки происходит резкое возрастание крутящего момента и заклинивание метчика, приводящее к его поломке. Поэтому при обработке заготовок из черных металлов метчики с заполненным контуром применять не рекомендуется, в связи с необходимостью очень точной обработки отверстия под резьбу. При изготовлении гаек из цветных металлов и их сплавов выбор заполненного или незаполненного контура определяется в основном требованиями к качеству вершин выдавленной резьбы. Менее точные и неответственные резьбы следует обрабатывать метчиками с незаполненным контуром, а точные, к которым предъявляются повышенные требования, —с заполненным. Метчики с незаполненным контуром более просты в изготовлении и крутящий момент при выдавливании меньше, чем у метчиков с заполненным контуром. Однако качество вершин и точность размеров резьбы выше при использользовании метчиков с заполненным контуром. Повышенные требования, предъявляемые к внутренней резьбе во многих отраслях машиностроения (особенно в приборостроении), приводят к необходимости рекомендовать бесстружечные метчики с заполненным контуром, несмотря на связанное с этим повышение крутящего момента при резьбовыдавливании и повышении стоимости метчиков.

Для изготовления рабочей части бесстружечных метчиков рекомендуются быстрорежущие стали Р18, Р9К5, Р9Ф5, а также высокохромистые стали Х12М и Х12Ф1, твердость после термической обработки 63 - 66 HRCэ. Хвостовики изготовляют из сталей 40Х и 45Х с твердостью 37 - 51HRСэ.

Проектирование и изготовление бесстружечных метчиков производится в соответствии с ГОСТ 18842-73 "Метчики бесстружечные. Исполнительные размеры"; ГОСТ 18843-73 "Метчики бесстружечные. Допуски на резьбу"; ГОСТ 18844-74 "Метчики бесстружечные. Технические требования".

Обработку бесстружечными метчиками осуществляют на том же оборудовании, что и обычными: на токарных, сверлильных, гайконарезных станках и т.д.

К технологическим факторам, влияющим на точность и качество выдавленной резьбы, следует отнести выбор диаметра отверстия под выдавливание, скорость резьбовыдавливания и смазочно-охлаждающую жидкость СОЖ.

Одним из основных условий, обеспечивающих точность и качество выдавленной резьбы, является правильный выбор диаметра отверстия под выдавливание резьбы. Диаметр отверстия под накатывание резьбы определяется исходя из принципа равенства объемов металла до и после пластической деформации. Для наиболее простых форм профиля резьбы (треугольной и трапецеидальной) получены аналитические формуля для расчета диаметра отверстия под накатывание резьбы. В более сложных случаях можно определить диаметр отверстия под накатывание путем 3D моделирования.

Смазывающе-охлаждающие жидкости способствуют снижению сил, затрачиваемых на работу, связанную с деформацией металла, с преодолением сил трения и др. Экспериментальными исследованиями установлено, что стойкость бесстружечных метчиков, крутящий момент, точность и качество резьбовых отверстий зависят от физических свойств материала заготовки (вязкости, теплопроводности, теплоемкости), количества и способа подвода СОЖ в зону деформации. Поломки метчика являются обычно следствием неправильного подбора СОЖ или недостаточной смазки в зоне обработки. Лучшие результаты (наименьшие крутящие моменты) обеспечивают кашалотовый жир, олеиновая кислота и 40 %-ный хлорированный парафин. Сульфофрезол вызывает по сравнению с приведенными смазками увеличение крутящего момента в полтора раза, поэтому применение сульфофрезола при обработке резьбы в стальных деталях нежелательно. Измерение крутящих моментов при выдавливании резьбы в цветных металлах показало, что существенного влияния на Мкр вид смазки не оказывает. Наибольшая стойкость метчиков при выдавливании резьбы в алюминиевых сплавах получена при использовании олеиновой кислоты. Имеются также рекомендации по применению при выдавливании резьбы в алюминии сульфофрезола в распыленном состоянии или с 5 %-ным СОЖ 5911, а при выдавливании стали — смазывание с присадкой дисульфида молибдена.

Рекомендуемые скорости выдавливания внутренних резьб бесстружечными метчиками приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Рекомендуемые скорости выдавливания внутренних резьб бесстружечными метчиками

Для получения резьб с крупным шагом и резьб в заготовках из малопластичных материалов могут использоваться комбинированные режуще-деформирующие метчики, имеющие режущие зубья, срезающие большую часть припуска, и калибрующие, обеспечивающие упрочнение формируемой резьбы пластическим деформированием. Припуск под накатывание у подобных инструментов не превышает, как правило, 0,1 мм.