Nacinanie gwintów

Metody obróbki można podzielić w sumie na trzy kategorie. Pierwsza polega na usuwaniu materiału w celu nadania mu odpowiedniego kształtu. Nacinanie gwintów, obejmuje więc toczenie, frezowanie, szlifowanie, gwintowanie czy przeciąganie gwintów. Obok niej można wyróżnić obróbkę formującą oraz formowanie bezpośrednie. Obróbka formująca to odkształcanie materiałów w celu nadania im odpowiedniego kształtu, jak np. walcowanie gwintów. Formowanie bezpośrednie obejmuje odlewanie gwintów i drukowanie 3D.

Wyróżnia się również gwintowanie zewnętrzne, czyli tworzenie gwintów na zewnątrz części cylindrycznych, np. śrub lub wałów oraz gwintowanie wewnętrzne, które polega na wykonywaniu gwintów wewnątrz otworu np. w nakrętkach lub wkładkach gwintowanych. Wybór metody zależy od materiału, rozmiaru gwintu, wymagań dotyczących tolerancji oraz wielkości produkcji.

Nacinanie gwintów i wybrane techniki

Toczenie gwintów

To metoda obróbki, polegająca na użyciu narzędzi skrawających na tokarce w celu formowania gwintów poprzez przesuwanie ich wzdłuż osi obrabianego przedmiotu. Narzędzie porusza się wzdłuż osi przedmiotu obrabianego, obracając się i tnąc promieniowo, tworząc gwint. Nadaje się do obróbki gwintów zewnętrznych i jest powszechnie stosowany do produkcji gwintów prostych, np. w łożyskach gwintowanych, śrubach itp.

Frezowanie gwintów

Nacinanie gwintów przy wykorzystaniu frezów do gwintów podczas obracania przedmiotu obrabianego np. o 1,25-1,5 obrotu jest wystarczające do uzyskania wysokiej wydajności. Nadaje się do obróbki gwintów zewnętrznych i wewnętrznych i można je stosować do obróbki płaskich elementów lub wymagających skomplikowanych kształtów gwintów.

Szlifowanie gwintu

W tym przypadku nacinanie gwintów polega na użyciu narzędzi szlifierskich do nacinania powierzchni przedmiotu obrabianego w celu utworzenia gwintu. Poprzez obrót narzędzia i przedmiotu siła szlifowania stopniowo usuwa materiał z powierzchni przedmiotu obrabianego, tworząc gwinty. Metoda ta nadaje się do obróbki gwintów wymagających wysokiej precyzji i jakości powierzchni i jest powszechnie stosowana w produkcji precyzyjnych części mechanicznych.

Gwintowanie i gwintowanie tulei

Nacinanie gwintów wymaga użycia gwintownika do wstępnego nawiercenia otworu w przedmiocie obrabianym, a następnie wkręceniu gwintownika w wywiercony otwór z określonym momentem obrotowym w celu utworzenia gwintu wewnętrznego. Gwintowanie tulejowe to metoda obróbki gwintów zewnętrznych, w której wykonuje się nacinanie gwintów zewnętrznych na prętach lub rurach za pomocą wykrojnika.

Rozwiercanie gwintów

To wydajna i precyzyjna metoda gwintowania, która łączy w sobie cechy toczenia i gwintowania. Narzędzie przypomina gwintownik, ale bardziej złożony, ze śrubowymi krawędziami skrawającymi i rowkami wiórowymi. Podczas obróbki nacinanie gwintów zachodzi w jednym przejściu. Każda krawędź skrawająca sekwencyjnie usuwa cienkie warstwy metalu z przedmiotu obrabianego, zapewniając wysoką jakość obróbki i większą wydajność.

Nacinanie gwintów jednopunktowych

Znane również jako gwintowanie jednopunktowe lub toczenie gwintów, to kolejna istotna metoda produkcji gwintów wewnętrznych i zewnętrznych na maszynach CNC. Metoda ta jest szczególnie przydatna w przypadku dużych otworów gwintowanych lub gdy specjalistyczne frezy do gwintów są niedostępne. Precyzja i kontrola oferowana przez maszyny CNC sprawiają, że gwintowanie jednopunktowe jest realną opcją do produkcji wysokiej jakości gwintów, nawet w trudnych materiałach.

Przed rozpoczęciem gwintowania należy upewnić się, że wrzeciono osiągnęło prędkość znamionową. Opóźnienie zapewnia stałą i stabilną prędkość wrzeciona, co jest kluczowe dla precyzyjnego gwintowania. W przypadku narzędzi gwintowanych szlifowanych ręcznie należy unikać cofania, zamiast tego należy wykorzystać orientację wrzeciona i promieniowy ruch narzędzia do cofania. Zapobiega to uszkodzeniu narzędzia i przedmiotu obrabianego. Precyzyjne wykonanie oprawek narzędziowych jest niezbędne, aby uniknąć niedokładności gwintów i problemów z jakością.

Nacinanie gwintów nie powinno odbywać się miejscowo. Wielokrotne przejścia są konieczne, aby zapobiec złamaniu zębów i obniżeniu chropowatości powierzchni. Takie podejście zapewnia wyższą jakość wykończenia gwintu i zmniejsza ryzyko złamania narzędzia. Ten sposób nacinania charakteryzuje się niską wydajnością. Dlatego jest odpowiedni do produkcji pojedynczych sztuk, małych serii lub gwintów o nietypowych skokach bez odpowiednich narzędzi.

Wykończenie powierzchni a nacinanie gwintów

Jakość wykończenia powierzchni gwintów ma kluczowe znaczenie dla ich funkcjonalności i trwałości. Do najpopularniejszych wykończeń gwintów zalicza się:

wykończenie polerowane, które jest uzyskiwane przez szlifowanie precyzyjne lub elektropolerowanie, stosowane w lotnictwie i motoryzacji, gdzie kluczowy jest niski współczynnik tarcia i odporność zmęczeniowa,
wykończenie powlekane, w którym gwinty mogą być pokryte teflonem, cynkiem itp., aby zwiększyć odporność na korozję i zużycie np. w motoryzacji i przemyśle morskim,
anodowanie, co w przypadku aluminium zwiększa odporność na korozję i twardość powierzchni, stosowane w obudowach elektronicznych, produktach konsumenckich,
czernienie, które daje umiarkowaną ochronę przed korozją i eliminuje odbicia światła, jak w sprzęcie fotograficznym czy optycznym,
powierzchnia szorstka, jako wynik szybkiej obróbki, która jest akceptowalna tam, gdzie nie są wymagane wysokie tolerancje np. w budownictwie.

Nacinanie gwintów i najważniejsze wskazówki

Proces ten obejmuje projektowanie, wybór narzędzi i ustawienia obróbki. Na każdym etapie warto przestrzegać wytycznych, które go usprawnią i zapobiegną ewentualnym potknięciom:

fazowanie wejścia gwintu wewnętrznego, które ułatwi wprowadzenie śruby i zapobiegnie krzyżowaniu gwintu,
stosowanie krótszych gwintów, oszczędzające materiał i czas przy zachowaniu wytrzymałości,
standardowe wymiary i profile gwintów, co zapewni kompatybilność i łatwość produkcji,
płaska powierzchnia prowadząca, która ułatwi nacinanie i poprawi jakość gwintu,
grubsze ścianki w częściach cylindrycznych, które zapewnią miejsce na głęboki gwint,
sfazowane końce gwintów zewnętrznych, co ochroni przed uszkodzeniem,
dobór właściwego skoku gwintu (UNC, UNF, UNEF), w zależności od zastosowania,
rozmieszczenie gwintów, które zapewni łatwość obróbki i montażu,
głębokość gwintu wewnętrznego dostosowana do narzędzia,
narzędzia jednoostrzowe do gwintów wewnętrznych, dające dużą precyzję,
tokarka z niestandardowymi narzędziami do gwintów zewnętrznych, dzięki czemu można uniknąć niedokładności,
modelowanie gwintów w CAD, gdyż uproszczenie geometrii przyspieszy programowanie CNC,
wkładki gwintowane w słabszych materiałach np. w plastiku,
dodanie gwintów już na etapie wyceny w CAD/CAM oszczędzi czas,
obszar odciążenia przy gwintach zewnętrznych zapobiega kolizjom z sąsiednimi elementami.

Dodatkowe wskazówki praktyczne

dokładne obliczenie średnic, średnicę nominalną pomniejszamy o skok gwintu,
ustalenie prędkości wiercenia opartego na prędkości cięcia, co zapobiegnie uszkodzeniu materiału,
obliczenie głębokości otworu, co jest szczególnie ważne dla gwintów wewnętrznych,
usunięcie wiórów przy pomocy sprężonego powietrza, szczotki lub zastosowania czyszczenia ultradźwiękowego,
dobranie narzędzia tnącego do rodzaju materiału i gwintu,
chłodzenie i smarowanie, co zwiększy trwałość narzędzia i jakość gwintu,
konserwacja narzędzi, regularne ostrzenie i kontrola ustawień,
fazowanie i pogłębianie otworów, co zredukuje naprężenia i ryzyko pęknięć,
stosowanie standardowych rozmiarów, co obniży koszty i skróci czas produkcji.

Czyszczenie i testowanie gwintów

Opiłki mogą zostać usunięte sprężonym powietrzem, szczotkami i ultradźwiękami. Warto również sprawdzić zadziory lub niekompletne zwoje oraz zmierzyć mikrometrem gwintowym średnicę podziałową, co jest ważne dla uzyskania wysokiej precyzji. W celu sprawdzenia czy gwint wytrzyma przewidywane obciążenia warto również przeprowadzić test momentu dokręcania. Konieczne jest też sprawdzenie czy gwint mieści się w wymaganych tolerancjach oraz przemyślenie zabezpieczenia antykorozyjnego.

Nacinanie gwintów i typowe błędy

Zły dobór narzędzi skutkuje niską jakością gwintu. Nieodpowiednie prędkości i posuwy powodują deformacje, a brak smarowania – przegrzewanie i sklejenie materiału z narzędziem. Warto również brać pod uwagę sprężystości materiału, zwłaszcza przy miękkich materiałach, aby zniwelować odkształcenia po nacięciu. Z kolei brak fazowania końców może spowodować ryzyko skrzyżowania gwintu przy montażu. Ignorowanie tolerancji gwintu może doprowadzić do problemów z dopasowaniem. Złe przechowywanie gwintów to najszybsza droga do uszkodzeń mechanicznych i korozji.