高硬度材料攻絲: 如何對絲錐進行優化改進

　　眾所周知，在所有使用絲錐攻絲的工況中，高硬度材料攻絲一直都是一個富有挑戰性的難題。

　　原因很簡單，費刀!一把成本幾百、幾千的絲錐，很可能只加工了幾個、幾十個螺紋孔就攻不動了，這無疑極大的增加了絲錐使用成本。

　　那么，有沒有較好的方法來解決或者改善高硬度材料攻絲費刀這種狀況呢?

　　答案當然是肯定的。本文就提供一個真實的案例：在現有條件下，如何優化普通絲錐加工高硬度合金材料。

　　一、問題的提出

　　泰安航天特種車有限公司的主要產品是特種重型運載、牽引汽車，在生產過程中，常遇到加工高硬度合金材料如40Gr、40Mn和35GrMo等的情況，熱處理硬度38～44HRC。

　　采用國產普通M8絲錐(見下圖)來加工標準的內螺紋孔，在攻螺紋過程常出現攻不動螺紋，或者絲錐扭斷現象。隨后，更換進口高硬度絲錐，結果絲錐仍然扭斷，影響了車間的正常生產進度。

　　為解決這一問題，我們對絲錐進行了改進設計。

　　二、絲錐扭斷原因探究

　　在攻螺紋時，導致絲錐發生斷裂的因素很多，但主要因素為切削抗力過大。切削抗力主要受絲錐的切削負荷影響。切削負荷主要受絲錐各刀齒的切削厚度、工件材質及熱處理狀況等因素的影響。而絲錐的結構參數與切削厚度的關系存在以下關系：

　　Ac=P·tanKr/Z

　　式中，Ac為絲錐的每齒切削厚度;P為絲錐的螺距;Kr為導向切削錐角;Z為絲錐槽數。

　　分析該式發現，可以通過改變絲錐本身的結構參數來改變絲錐的切削受力點，從而達到改變切削抗力。對于國產普通絲錐，在其絲錐螺距一定的前提下，絲錐刃槽為定值。進而我們可以減小絲錐的導向錐角，使切削轉矩下降。

　　在實際生產過程中，公司使用的絲錐以標準普通碳素合金鋼材質為主，絲錐的硬度為59～62HRC，大于一般工件的硬度，之所以發生攻不動螺紋，是由于絲錐的受力點與鉸杠的加力點距離過長，也就是力矩太長，攻螺紋時絲錐受力不均衡，絲錐體扭動(并非繞軸線平穩轉動)，造成無法攻螺紋。因此，可以通過減小絲錐柄的長度來提高絲錐的切削力距。

　　三、普通絲錐的結構改進

　　通過比較分析，綜合各方面資料可知，較為合理的切削厚度應控制在0.03～0.06mm，其合理的絲錐導向錐角應控制在6°～12°。可分為3個角度階段，加第4根標準絲錐，簡稱4聯錐，同時在保證絲錐的刀體強度、防止產生切屑擠塞的前提下，對絲錐進行改進設計。

　　首先，通過修磨國產普通絲錐，將絲錐切削導向錐角修磨為7°，絲錐的完全螺紋部分保留為3扣絲，使受力點向絲錐的錐柄部延伸，工件受力的力矩縮短，增強了絲錐的切削轉矩，同時將絲錐柄的長度由50mm修磨到30mm，進一步增強絲錐的切削力矩(見上圖)，為了增加切屑的排除，可以適當地增加容屑槽的長度。

　　而后，將第2根絲錐的切削導向錐角修磨為9°(見下圖)，絲錐的完全螺紋部保留為7扣絲，從而使受力點也向錐柄部延伸。再將第3根絲錐的切削導向錐角落修磨為12°(見下圖)，絲錐的完全螺紋部保留為9扣絲，受力點也適當延伸，第4根絲錐為標準絲錐，4根絲錐的受力點不同，使切削力均布分散在4根絲錐上。

　　其次，修磨絲錐后角。對于硬度較高的材料，為減小絲錐與工件之間的摩擦力，用片狀砂輪機或工具磨床修磨改進后的絲錐，將修磨處的絲錐螺紋后角修磨至4°～6°。攻螺紋順序為：使用12°絲錐攻螺紋→使用9°絲錐攻螺紋→使用7°絲錐攻螺紋→使用普通絲錐攻螺紋。

　　在攻螺紋過程中，針對容易發生絲錐扭斷的現象，可根據材質的不同硬度，適當增大工件底角直徑，便于金屬切削屑的排除。

　　四、攻螺紋方法的工藝優化

　　對工件螺紋的加工，可以用以上3種改制絲錐加1根標準絲錐，配合鉸杠，保持絲錐潤滑，依次攻螺紋完成。在攻螺紋過程中，要注意絲錐與工件被加工孔保持垂直，適度用力順時針旋轉鉸杠，攻螺紋過程中要及時調整保持絲錐的垂直。為避免絲錐折斷，要經常增加絲錐的回轉圈數，將切屑及時排出深孔。

　　在標準螺紋直徑的基礎上(允許的公差范圍內)，適當增加內螺紋底孔的直徑，以減小絲錐的切削阻力，改善切削條件，防止絲錐的扭斷，延長絲錐的使用壽命。

　　五、結語

　　使用經過改進的絲錐進行攻螺紋時，絲錐的強度明顯增強。5年來，在加工熱處理硬度38～44HRC高硬度合金材料的制件中，從未出現絲錐攻不動螺紋及絲錐扭斷的現象(修改錐度的絲錐也可選用使用過的舊絲錐)。

　　在日常攻螺紋過程中，如有再硬的工件時，還可再增加絲錐的件數(注：這里應指的是分錐數量)，將絲錐所受力均勻分布在各絲錐上。加工的內螺紋孔表面質量良好，從而保證了產品質量。

　　文章摘自《金屬加工(冷加工)》2015年第16期

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