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薛鍇 摘要 本文介紹了幾種高性能螺紋加工刀具的特點及其應用,，相對于通用型直槽絲錐,，這些高性能刀具具有更合理的結構，在不同的適用加工范圍內具有更高的加工效率,，更好的加工質量,，更長的使用壽命和穩(wěn)定性，能夠滿足先進制造業(yè)對刀具提出的越來越高的要求,，值得大規(guī)模推廣應用,。 一、前言 我國工具工業(yè)的生產模式是仿照前蘇聯計劃經濟的分工,，工具行業(yè)的基本任務是大批量生產各種標準刀具和量具,，大量的非標準工具則由機械制造廠自制。幾十年來形成的生產經營模式,、經營思想和習慣導致國產刀具產品結構不合理,，產品技術附加值不高，缺乏核心競爭力,，只能在中低端市場上進行低價惡性競爭,，而利潤率最高的高端專業(yè)刀具市場長期由國外品牌占據。要改變國產刀具長期以來在新產品和專用刀具開發(fā)上落后的地位,，必須加快自主研發(fā)多品種高性能刀具和專用刀具,，提高產品質量、精度和穩(wěn)定性,，完善技術服務,。上海工具廠依托1.2億國債技改項目，開發(fā)多種高性能螺紋刀具并形成批產能力,，提升產品技術水平,，以適應汽車工業(yè)、造船工業(yè),、航空航天,、能源動力等先進制造業(yè)對高效刀具的需求。 二,、螺尖絲錐 螺尖絲錐（也稱刃傾角絲錐）適用于通孔攻絲或盲孔攻絲(孔深應足夠容屑),，其優(yōu)點是切削速度高、排屑暢,、強度高,、扭矩小，已加工螺紋表面光潔度好。不同于普通直槽絲錐的是其切削錐有一個刃傾角,，如圖1所示,。刃傾角一般都是8°~20°。螺尖絲錐各齒切入時,，切削層面積逐漸增加,，切入過程平穩(wěn)；而且螺尖絲錐是斜角切削,，實際切削前角大于名義前角,，切削變形抗力小，切削輕快,。螺尖絲錐的切削錐較普通直槽絲錐長,，各齒切削負荷輕，刀具壽命長,。 螺尖絲錐在美國使用已較廣泛,，其中螺尖絲錐占55%，螺旋槽占10%,，擠壓絲錐占10%，直槽絲錐占25%,。螺尖絲錐切削時能使切屑卷成圈狀,，飛快的向前排出，不堵屑,。比一般絲錐減少切削扭矩60%,，由于切屑可向前排出，所以螺尖絲錐的直槽很淺,，心部粗壯,，其心部面積要比一般直槽絲錐增大2～2.5倍，增強了絲錐的強度和剛性,，故螺尖絲錐的折損率可減少90%,，加工螺紋擴張量小。適合高速切削,，最高切削速度可達80～100m/min,。 曲軸是發(fā)動機的重要零件之一，曲軸端面有六個M10x1的通孔,，如圖2,，采用螺尖絲錐加工可以取得很好的效果。 螺尖絲錐應用舉例 刀具規(guī)格：M10螺尖絲錐 刀具材料：M35 加工材料：40Cr調質鋼,，硬度HB220~230 孔深：20mm（2×D）,，通孔 切削速度：14m/min 加工條件：DMU 70V 五軸加工中心，剛性攻絲，乳化液外冷卻 加工孔數：528孔（10.56m）,，螺孔表面光潔度高
圖1 螺尖絲錐 圖2 曲軸 三,、螺旋槽絲錐 螺旋槽絲錐比起普通直槽絲錐壽命可增加30%~50%，有的高達2倍以上,。這是因為在攻絲過程中切屑極易沿螺旋槽絲錐排出,，不會堵在溝槽中排不出去，很少出現崩刃及折斷現象,，提高了使用壽命,。由于螺旋槽絲錐是斜角切削，切削平穩(wěn)便于入扣,，加工螺紋粗糙度值低,。螺旋角的存在增大了實際工作前角，工作扭矩較小,，比直槽絲錐小30%左右,。 加工難加工材料，如不銹鋼,、合金結構鋼及各種有色金屬的盲孔攻絲,，由于切屑連續(xù)強韌，采用大螺旋角螺旋槽絲錐（40°~50°）,，可以取得很好的排屑效果,，攻絲時不用反復進退絲錐排屑。針對不銹鋼材料的盲孔攻絲的絲錐如圖4所示,，采用45°螺旋角,，大前角設計，螺旋角大可以增大絲錐的工作前角,，使切削過程輕快,，奧氏體不銹鋼切屑連續(xù)而且強韌，槽形的設計讓切屑緊密的卷曲并沿螺旋槽排出,，絲錐表面采用氧化處理減小表面摩擦系數,，防止不銹鋼材料的粘結。 不銹鋼專用絲錐應用舉例： 刀具規(guī)格：M6螺旋槽絲錐 刀具材料：M35 加工材料：奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti 螺紋深：15mm（2.5×D）,，盲孔 切削速度：7m/min 加工條件：DMU 70V 五軸加工中心,，剛性攻絲，乳化液外冷卻 結論：不銹鋼專用絲錐（45°螺旋角）攻絲排屑順暢,，螺孔表面光潔度高,，通用螺旋槽絲錐（35°螺旋角）切屑堵塞折斷，兩種絲錐攻絲時的三向切削力及扭矩如圖6,、圖7所示,。 圖3 普通螺旋槽絲錐 圖4 不銹鋼專用大螺旋角絲錐 圖5 奧氏體不銹鋼盲孔攻絲試驗裝置 圖6 不銹鋼專用絲錐攻絲扭矩圖 圖7 普通螺旋槽絲錐攻絲扭矩圖 四,、擠壓絲錐 擠壓絲錐無切削刃和容屑槽，通常會有一條或多條潤滑油槽,，絲錐的外形呈多菱形(通常為3到6條),，如圖8所示，通過棱上的工作螺紋擠壓被加工孔內的金屬,，使之發(fā)生塑性流動而形成螺紋,。擠壓絲錐的特點：擠壓絲錐比切削絲錐有更高的強度，它具有不易磨損,，使用壽命長,，折斷率低和生產效率高及切削加工的優(yōu)點；擠壓絲錐通過金屬流動形成螺紋,，因此具有螺紋表面強度高,，表面光滑，加工尺寸易保證的特點,；擠壓絲錐具有自導性,，在一般的攻絲設備上可以使用，但由于擠壓絲錐加工需要比切削加工更大的扭矩,，因此對攻絲設備的扭矩要求較大,，擠壓絲錐需要的扭矩一般為切削絲錐的1~1.5倍。 圖9是擠壓絲錐的擠壓示意圖,，在擠壓過程中,，由于絲錐牙尖的擠壓，材料沿絲錐牙的兩側從大的螺紋根部擠向空間較小的螺紋頂部,，與絲錐接觸處的晶粒受力比螺紋牙芯部的晶粒大，宏觀表現在與擠壓絲錐接觸處晶粒的滑移量遠大于芯部滑移量,?？梢姅D壓攻絲的過程表現為金屬材料塑性變形的過程。 擠壓絲錐主要適用于加工塑性大的材料,，如銅,、鋁合金、低碳鋼,、含鉛鋼及奧氏體不銹鋼等工件,。在選擇使用擠壓絲錐時，首先要對材料的可加工性進行評估,，一般情況下,，材料的延伸率不應小于8%，硬度不應大于37HRG,，強度極限不應大于980MPa,。其次根據絲錐的直徑和牙距，來確定此材料是否適合用擠壓絲錐加工。對于擠壓成形螺紋,，直徑和牙距越小,，則可加工的材料的范圍就越廣，而大直徑和大牙距的擠壓絲錐只適用于加工很軟的材料,。根據經驗,。生產實際中合理選擇使用擠壓絲錐既可加工出精度保證，強度好,，表面光滑的螺紋內孔,，又可降低生產成本。
圖8 擠壓絲錐
圖9 擠壓絲錐加工示意圖 五,、跳牙絲錐 用普通絲錐加工大韌性和難加工的材料（鋁,、銅、軟鋼,、耐熱鋼,、鈦合金等)時，刀齒對工件會產生很大的擠壓變形,。使摩擦力有所增大,。此時每個切削刀齒的作用像楔一樣，且切屑容易粘刀,。導致螺紋表面質量降低,，而且加工出來的螺紋粗糙。刀具磨損加快,。所切下的切屑都壓在刀齒上,。如果不周期性倒旋絲錐排去切屑，則絲錐將會卡住,。甚至有折斷的可能,。而采用跳牙絲錐（如圖10）可以獲得很好的加工效果，使切屑厚度增加1~2倍,。在這種絲錐上刀齒交錯相間地參與切削工作,，減少了切削過程中的摩擦和刀具磨損，提高了刀具壽命,。
圖10 跳牙絲錐 六,、螺紋銑刀 隨著數控加工技術的發(fā)展，尤其是三軸聯動數控加工系統的出現,，使更先進的螺紋加工方式-螺紋的銑削加工得以實現,。螺紋銑削是基于具有三軸聯動功能的加工設備，螺紋銑刀高速旋轉,，作周向和軸向同步進給,，即螺紋銑刀循螺旋線運動,，在螺紋銑削中圓周運動產生螺紋直徑而同步的軸向直線運動產生螺距，通過螺旋插補的方法加工出螺紋,，如圖11所示,。 螺紋銑削傳統螺紋加工方式相比，在加工精度,、加工效率方面具有極大優(yōu)勢,，且加工時不受螺紋結構和螺紋旋向的限制。它可以實現干切削,、重載切削,、難加工材料切削和超高速切削(速度達到400m/min)加工效率高，表面粗糙度能達Ra0.4μm,。它可以加工所有材料,，加工具有相同螺距的任意螺紋直徑，在盲孔和通孔中操作,，可以加工任意配合,、公差或位置要求的螺紋。 采用螺紋銑刀銑削螺紋的加工方法可以避免攻絲加工的絲錐破損等問題,，這是因為螺紋孔銑刀比螺紋孔小,，因此，容屑空間比攻絲時大得多,，而切屑卻更短更小,，易于排出；切削液能進入切削區(qū),，潤滑條件比攻絲時大大改善,，用螺紋銑削可以加工出牙高100%的螺紋孔，而普通攻絲只能加工到60%~75%高度的螺紋孔,，甚至50%高度的螺紋孔,，這有助于增強螺紋的密封性能及提高螺紋的連接強度；對于深螺紋孔加工,，由于可以采用單刃刀具，因而軸線偏斜誤差可以得到糾正,，而這在攻絲過程中難以實現,，用銑刀加工盲孔內螺紋和錐螺紋孔具有很多優(yōu)勢，至少加工盲孔內螺紋時底孔不需要像攻絲時那樣深,，而且用銑削方法加工錐螺紋孔時在螺紋表面不會出現停刀的痕跡,。
圖11 螺紋銑刀及其加工示意圖 七、總結 本文介紹了幾種高性能螺紋刀具的優(yōu)勢所在和應用范圍,，這些高性能刀具的開發(fā)使上海工具廠逐漸轉變以往靠通用標準刀具打天下的局面,，進一步形成各類專用刀具產品系列并具備批產能力,，完善了新產品開發(fā)流程和切削性能評價體系，縮短了研發(fā)周期,，體現了國產刀具越來越高的技術水平,。在不斷提高研發(fā)能力、推出新產品的基礎上,，還需要長期的進行刀具設計制造應用的基礎理論研究和試驗研究,，進一步加強刀具技術服務水平和以客戶為主的服務意識，努力縮小與國外高端產品的差距,，提升我國裝備制造業(yè)整體技術水平,。 文章來源網絡，權益歸作者所有 |
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