Инструменти за резбонарязване

• За нарязването на резба в метал се използват различни видове инструменти и методи, като всеки се характеризира със своите силни страни, типични приложения и ограничения
  
  
• Характеристиките на материала, от който е изработен детайлът, също оказват силно влияние при избора на инструмент
  
  
• Резбонарезните инструменти се нуждаят от постоянна поддръжка с оглед осигуряване на прецизност, добро качество на финиша на повърхнините и удължен експлоатационен живот

Резбонарязването е процесът на създаване на спирални канали върху или в метален детайл, позволяващи съединяването му с гайка, болт или съответстваща резба. Резбите могат да бъдат вътрешни (в отвор) или външни (на вал или прът). Основната цел е постигането на точната геометрия – правилна стъпка, дълбочина, ъгъл, диаметър, както и на добър финиш на повърхнините, така че резбите да функционират нормално (пасване, якост, износване и др.).

Съществуват редица методи за изработка на резби – при едни се отнема материал (рязане), а при други материалът се деформира (формоване), а някои комбинират или адаптират методи в зависимост от детайла, размера на партидата, точността и т. н. В настоящата статия ще се фокусираме основно върху инструментите, които нарязват тръби, като ще обърнем внимание на най-широко използваните видове инструменти и установки.

Ключови параметри при резбонарязване

Преди да се избере инструмент е важно да е налице добро разбиране за няколко параметъра, които оказват влияние върху това как ще бъде нарязана резбата. Профилът на резбата е сред първите съображения. Изработката на стандартните V-образни профили, трапецовидните форми и тръбните резби изисква различни геометрии на инструмента. Тясно свързани с това са стъпката, която представлява разстоянието между два последователни върха на резбата, и ходът, който описва колко се придвижва резбата по оста в един пълен оборот. При едноходовите резби ходът и стъпката са еднакви, докато при многоходовите резби ходът е по-голям от стъпката.

Диаметърът на детайла също играе централна роля. Това дали диаметърът ще бъде малък или голям определя режещите сили и колко стабилни трябва да бъдат инструментът и установката. Друг аспект е посоката на нарязване на резбата – повечето резби са десни, а левите резби са обичайни в приложения, в които въртене в обратна посока би могло да разхлаби съединението.

Характеристиките на материала, от който е изработен детайлът, също оказват силно влияние при избора на инструмент. По-меките материали като алуминия се режат различно в сравнение с по-твърди материали, например неръждаема стомана или лят чугун, като всеки материал е свързан със специфични предизвикателства по отношение на управление на стружките и износване на инструмента.

Трябва да се вземе предвид и мащабът на производството. Нарязването на резба на един-единствен прототип изисква различен подход спрямо производството на хиляди идентични детайли, където ефективността и експлоатационният живот на инструмента придобиват по-критично значение.

Важни са също и условия като стабилността на машината, охлаждането и стружкоотвеждането, като взети заедно, тези параметри често обуславят дали процесът на резбонарязване ще протече безпроблемно или ще се стигне до преждевременна повреда на инструмента.

За нарязването на резба в метал се използват различни видове инструменти и методи, като всеки се характеризира със своите силни страни, типични приложения и ограничения.

Метчици и плашки

Това може би са най-добре познатите инструменти за нарязване на вътрешни или външни резби ръчно или в по-прости установки.
Метчиците се използват за нарязване или формоване на вътрешни резби. Те се предлагат в различни разновидности – за глухи отвори, за глухи и проходни отвори (комбинирани) и за проходни отвори. Метчиците за проходни отвори се отличават с по-постепенно заостряне, което спомага за започване на резбата в нов отвор. С метчиците за глухи отвори се нарязва резба в близост до дъното на отвора. Освен режещи, има и формоващи метчици, които не отнемат материал, а го деформират.

Плашките се използват за нарязване на външни резби на пръти или валове. Те могат да бъдат нерегулируеми или регулируеми, като има и специални видове за възстановяване на съществуващи резби. Както при метчиците, плашките могат да се различават спрямо това за резба с каква форма, размер и стъпка са предназначени.

Тези инструменти се използват широко за прототипи, за поправки, за малки партиди или когато не са налични високопрецизни автоматизирани инструменти. Цената им е относително ниска, но изискват повече внимание (правилно оразмеряване на отвора, смазване, подравняване), за да се избегнат проблеми.

Струговане на резби

За нарязване на външни и вътрешни резби в тези случаи се използва монтиран на струг инструмент, който се движи надлъжно, докато детайлът се върти. При всеки ход инструментът се врязва малко по-дълбоко до достигането на пълната дълбочина на резбата.

Този метод предлага високо ниво на гъвкавост – за резби с различни стъпки, диаметри, форми. Често се използва за персонализирани детайли или когато резбата няма да бъде със стандартен размер. Дълбочината на среза, броят ходове, скоростта на подаване и геометрията на инструмента са критични фактори за качеството на резбата и финиша на повърхнината.

Резбофрезоване

Резбофрезоването обикновено се осъществява на фрезови машини или оборудване с ЦПУ. Използват се резбофрези (монолитни или със сменяеми вложки). За създаване на резбата режещият инструмент следва спирален ход около неподвижния детайл, движейки се странично и осово. Този метод често се предпочита, когато се изисква висока точност, добър финиш на повърхнините, както и когато се работи с по-твърди или трудни за механична обработка материали. Фрезоването може да се използва за вътрешни и външни резби, като в някои случаи може да понижи силите на рязане в сравнение с другите методи, особено когато става въпрос за резби в дълбоки или глухи отвори.

Резбошлифоване

Когато има изискване за висока прецизност, много фини стъпки или отлично качество на повърхнината, се прилага резбошлифоване. Шлифовъчни колела или подобни инструменти отнемат материал бавно, за да се получи желаният прецизен профил на резбата. Този метод е по-скъп и бавен и често се прилага, когато другите техники не осигуряват възможност да се отговори на поставените изисквания.

Влияние на геометрията и материала

Геометрията на инструмента и материалът, от който е изработен (бързорезна стомана, твърдосплавен материал, покритие) оказват въздействие върху това колко добре се нарязва резбата, върху експлоатационния живот на инструмента, генерирането на топлина и необходимите скорости/подавания.

Конструкционният материал на инструмента трябва да е достатъчно твърд, за да среже материала, от който е изработен детайлът, но и да устои на отделящата се топлина и на износването. Твърдосплавните инструменти са по-твърди и запазват остротата си при по-високи температури, но често са по-крехки, докато бързорезната стомана е с по-ниска цена и по-лесно се презаточва. В някои случаи се използват покрития, чиято цел е редуциране на триенето, подобряване на износоустойчивостта и подпомагане на стружкоотвеждането.

Отвеждането на стружките често е основно предизвикателство. При резбонарязване се генерират непрекъснати стружки, като отвеждането им е особено важно, когато става дума за глухи отвори. За това спомагат дизайни на инструмента, осигуряващи добри пътища за стружкоотвеждане, използване на смазочни течности и понякога обръщане на хода.

Поддръжка

Резбонарезните инструменти се нуждаят от постоянна поддръжка с оглед осигуряване на прецизност, добро качество на финиша на повърхнините и удължен експлоатационен живот. С времето износването, натрупването на стружки и неправилната употреба могат да компрометират целостта на инструмента, в резултат на което потенциално може да се влоши качеството на резбата или да се повреди машината или детайлът. Подходящата поддръжка свежда тези рискове до минимум и допринася за оперативната ефективност.

Рутинната инспекция е в основата на ефективната поддръжка на резбонарезните инструменти. Те трябва регулярно да се оглеждат за признаци на износване, включително отчупени или затъпени режещи ръбове, формиране на заусенъци или загуба на покритие. Микроначупванията или деформацията на режещия ръб могат да останат незабелязани по време на работа, но да окажат значително влияние върху точността на резбонарязване.

Почистването е друг критично важен аспект. След употреба инструментите трябва да бъдат цялостно почистени, за да се отстранят натрупаните стружки, остатъците от охлаждаща течност и др. Понякога сгъстен въздух или мека четка са достатъчни, в други случаи може да е необходимо по-обстойно почистване. Трябва да се избягва употребата на груби абразиви или агресивни разтворители, които могат да увредят покритието на инструмента или прецизно шлифованите повърхнини.

Смазването също играе жизненоважна роля за поддръжката на инструментите, особено на метчици и плашки, използвани в приложения с голямо триене. Употребата на подходящия смазочен флуид по време на работа не само подпомага стружкоотвеждането, но и намалява натоварването върху инструмента. След експлоатация инструментите трябва да бъдат леко омаслени, за да се предотврати корозия по време на съхранение.

Правилните условия на съхранение директно влияят върху дълготрайността на резбонарезните инструменти. Те трябва да се държат в суха, организирана среда с индивидуални отделения за държачите, за да се избегне физически контакт, който би могъл да доведе до начупване на режещия ръб или изкривяване. Етикетирането на инструментите и описването на материалите, с които са съвместими, могат допълнително до подпомогнат поддръжката.

Ако има признаци за износване, но структурната цялост на инструмента не е нарушена, може да е необходимо презаточване и кондициониране. При професионалното презаточване се възстановяват режещите геометрии, което позволява инструментът да продължи да бъде използван, без да се компрометират експлоатационните му параметри. Инструментите обаче трябва да бъдат кондиционирани само в определените от производителя граници, за да се избегнат промени в профила и стъпката на резбата.