不銹鋼工件小徑內螺紋的切削—擠壓組合加工
時間:2011-05-21 08:34:19 來源:未知
1 引言
在不銹鋼工件上加工小螺紋孔歷來是一個難題。由于不銹鋼材料塑性變形大，韌性好，加工硬化嚴重，切削抗力大，且攻絲加工是在半封閉狀況下進行，散熱條件差，排屑困難，切削扭矩往往超過絲錐的強度極限而導致絲錐折斷。我們通過對切削絲錐和無屑擠壓絲錐加工內螺紋時出現的問題進行分析，采用切削—擠壓組合加工方式在不銹鋼工件上加工小螺紋孔，取得了較理想的效果。
2 不同加工工藝的比較分析
在不銹鋼工件上加工M3以下小螺紋孔時，傳統加工工藝是以三支絲錐為一組，用鉸桿手工攻絲。將三支修磨為不同外徑的切削絲錐從小到大分為三錐，首先攻頭錐，然后依次攻二錐、三錐成型。切削量按不同比例分配給三支絲錐，可使每支絲錐承受的切削扭矩減小。但采用這種方式加工時，有時絲錐仍難免折斷，且加工一個螺紋孔需三次手工攻絲，加工效率很低。
采用無屑擠壓絲錐代替切削絲錐加工內螺紋具有絲錐強度高、無需刃磨、加工精度高、效率高、質量穩定等特點。對于純鋁類材料的內螺紋加工，只要底孔尺寸選擇合理，便可用擠壓絲錐一次冷擠壓成型。但對于不銹鋼材料的內螺紋加工，由于材料的冷擠壓扭矩太大，無法一次擠壓成型，為保證擠壓扭矩不超過擠壓絲錐強度，就必須擴大底孔直徑，這勢必造成擠壓形成的螺紋牙型高度不夠，螺紋內徑超差。
切削—擠壓組合攻絲方法結合了上述兩種工藝方法的特點，采用兩支絲錐進行加工，即首先在選定底孔上用經修磨的切削絲錐攻絲，然后再用無屑擠壓絲錐冷擠壓成型。在加工過程中，由于頭錐是在較大底孔(與單用切削絲錐攻絲相比)上進行切削，而二錐又是在不完整牙型基礎上進行擠壓，因此無論是作為頭錐的切削絲錐，還是作為二錐的擠壓絲錐，其承受的攻絲扭矩均大大減小，絲錐不易折斷。采用切削—擠壓組合攻絲方法加工內螺紋具有以下優點：①加工精度高，尺寸穩定；②螺紋強度高，表面耐磨性好；③擠壓絲錐無需刃磨，省時省力；④攻絲扭矩小，容易實現機動攻絲；⑤加工效率明顯提高。
3 切削—擠壓組合攻絲工藝參數的選擇
采用切削—擠壓組合方法在不銹鋼工件上加工小螺紋孔時，主要工藝參數(如切削絲錐的切削角度、切削絲錐外徑、螺紋底孔直徑等)的選擇至關重要。為達到內螺紋的加工精度要求，相關工藝參數必須相互匹配，切削量和擠壓量必須合理分配。下面以加工深度為5mm的M2-6H通孔內螺紋為例說明主要工藝參數的選擇。
- 切削絲錐切削角度的選擇
- 根據切削—擠壓組合工藝的頭錐切削扭矩并不很大的特點，M2 切削絲錐可選取如下切削角度：前角g=15°，后角a=8°，錐角f=17°。由于底孔直徑較大，頭錐切削量較小，因此選取較大切削角度不會導致絲錐較快磨損、崩齒及折斷。加工實踐表明，選用該組切削角度的M2切削絲錐在頭攻過程中切削順暢。
- 螺紋底孔直徑的選擇
- 選用底孔直徑的大小直接關系到內螺紋的加工精度。單用切削絲錐攻絲時，由于絲錐小徑不參加切削，因此底孔直徑通常等于螺紋外徑減去螺距，底孔直徑即為成型后內螺紋的內徑。而采用切削—擠壓組合工藝加工時，底孔直徑大于成型后的內螺紋內徑，這是因為擠壓絲錐二攻冷擠壓后，原底孔直徑發生收縮成為內螺紋的小徑，即螺紋牙型隆起延伸。因此，根據擠壓絲錐的擠壓量正確選擇底孔直徑就成為保證螺紋加工精度的關鍵。螺紋底孔直徑d0的選用公式為
式中：d——螺紋外徑
- P——螺距
- 經多次切削試驗，可確定在1Cr18Ni9Ti不銹鋼工件上加工M2內螺紋時，二錐擠壓量為0.1mm，底孔直徑取Ø1.75mm；底孔經頭錐切削和二錐擠壓(余量為0.1mm)后，直徑縮小為Ø1.62mm，符合M2-6H內螺紋的內徑尺寸要求。#p#分頁標題#e#
- 切削絲錐外徑的選擇
- 將切削絲錐的校準部分沿全部螺紋廓形進行鏟磨，以減小絲錐的外徑，這樣既能減小切削絲錐的頭攻切削量，降低切削扭矩，又可為擠壓絲錐進行二攻留下一定擠壓量。切削絲錐外徑d1的選用公式為
圖1 切削量和擠壓量的分配示意圖
表1 螺紋底孔直徑和切削絲錐外徑值
| 規格 |
P(mm) |
d0 (mm) |
d1(mm) |
M3
0.5
2.7～2.65
2.9～2.85
M2.5
0.45
2.23～2.185
2.41～2.365
M2
0.4
1.76～1.72
1.92～1.88
M1.6
0.35
1.39～1.355
1.53～1.495
M1.4
0.3
1.22～1.19
1.34～1.31
M1.2
0.25
1.05～1.025
1.15～1.125
- 正確選擇切削絲錐的鏟磨量及確定切削絲錐外徑，其目的是合理分配頭攻切削量和二攻擠壓量，使擠壓絲錐在切削絲錐頭攻形成的不完整牙型(外徑過小，內徑過大)上進行冷擠壓，從而形成符合尺寸精度要求的完整內螺紋。頭攻切削量和二攻擠壓量的分配如圖1所示。
- 經反復進行切削試驗，可確定M2切削絲錐的外徑鏟磨量為0. 1mm，切削絲錐外徑為Ø1. 9mm，二攻擠壓絲錐在外徑處的擠壓量為0.1mm。按此參數在選定的直徑為Ø1. 75mm 的底孔上進行切削—擠壓組合攻絲，形成的M2 螺孔符合M2-6H的尺寸精度要求。
- 切削—擠壓組合工藝的適用范圍
- 在不銹鋼工件上加工M3以下小螺紋孔時，只要工藝參數選擇適當，均可采用切削—擠壓組合工藝。切削絲錐的切削角度可按M2切削絲錐選取；螺紋底孔直徑和切削絲錐外徑分別按式(1)、(2)選用。攻制M3～M1.2 螺紋孔時的螺紋底孔直徑和切削絲錐外徑值見表1。
- 為使成型的螺紋孔內徑達到規定的尺寸要求，底孔直徑與切削絲錐外徑一般成反比關系，即如果底孔直徑選大一些，則切削絲錐外徑應選小一些；反之亦然。
- 由于各種不銹鋼材料的物理機械性能不同，當采用切削—擠壓組合工藝攻制不同的不銹鋼材料時，切削量和擠壓量的分配也應有所不同，底孔直徑和切削絲錐外徑也將有所區別，但均可在表1所列數據范圍內合理選取。
- 工件經切削絲錐頭攻后，螺紋孔必須清洗干凈，以免孔內殘留的切屑影響擠壓質量。頭攻切削與二攻擠壓均需加入適當的潤滑液，一般可選用工業用豆油或20#機油。
4 結語
不銹鋼工件小徑內螺紋孔的切削—擠壓組合加工綜合了切削加工和擠壓加工的特點，實現了切削絲錐和擠壓絲錐的優勢互補，通過優選各項工藝參數，可順利加工不銹鋼工件上的小螺紋孔，是一種質量好、損耗小、效率高的先進加工工藝。 #p#分頁標題#e#