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不銹鋼作為一種優(yōu)良的耐腐蝕材料，并具備有強(qiáng)度和韌性等方面的優(yōu)異使用性能，使之在機(jī)器零件及制藥、化工設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，隨著不銹鋼用量的不斷增加，不銹鋼作為難切削材料的加工問題就日益突出。正是因?yàn)椴讳P鋼具有良好的塑性和一定的韌性及強(qiáng)度，所以導(dǎo)致加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，易對(duì)刀具切削刃口造成損傷。由于它高溫下強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)率低，因此切削溫度高，對(duì)刀具磨損影響很大，正因它具有相當(dāng)大的韌性和強(qiáng)度，延伸率大，故極易形成積屑瘤。這些情況對(duì)于不銹鋼加工，尤其是攻絲將會(huì)帶來很大困難。 2 O ?* D, P' g1 z( } T/ E* u# \
我們?cè)趯?shí)際加工過程中，研制了一種表面注入Co離子的高速鋼絲錐(如圖1) ，并對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理選擇，能較好地完成不銹鋼攻絲。
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4 P1 ^5 I# M: m+ p! r2 q9 j" N圖1 雙頭絲錐
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圖2 專用夾具 |
1 雙頭絲錐的結(jié)構(gòu)簡介目前我們常用的絲錐只有一端有螺紋，而另一端則為刀柄。這種結(jié)構(gòu)使得刀桿尾部須被設(shè)計(jì)成方身或錐面，以能傳遞扭矩。而絲錐的螺紋的有效部分只占絲錐長度的40%左右，絲錐材料大部分用于刀柄部分，比較浪費(fèi)材料。
5 }2 N% @6 l# H9 j, a現(xiàn)設(shè)計(jì)的雙頭絲錐在它的兩頭都有相同的外形，能使絲錐固定在夾具上，使得扭矩可以從任意一端傳遞到另一端。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把兩個(gè)單頭絲錐的刀柄部分合并成一體，從而減少了柄部長度，節(jié)省了材料。在雙頭絲錐的中間部分，即刀柄部分，可以銑出較淺的圓弧槽，利用雙頭絲錐兩頭的頂針孔定位，圓弧槽經(jīng)磨削后可保證定位夾緊面具有較高的定位精度。
; u. d# f0 P6 M" T. C: T2 絲錐結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇試驗(yàn)表明，絲錐槽數(shù)對(duì)攻絲效果有較大的影響。我們選用的是三槽絲錐，它與四槽絲錐相比，橫截面的尺寸增大了，絲錐的強(qiáng)度得到提高，可有效防止絲錐在攻絲扭矩的作用下折斷，也為增大前角和后角創(chuàng)造了有利的條件。并且，三槽絲錐的攻絲扭矩可比四槽絲錐減小10% ，因而單位面積切削力也隨之減小。 ' Y: I' f: {( V8 n [- [) v. |
由于攻絲切削力大，為減小絲錐的磨損速度，一般認(rèn)為絲錐前角應(yīng)取小值，但是根據(jù)不銹鋼材料的特性，其抗拉強(qiáng)度不是太高，而高溫強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率卻較大，攻絲時(shí)切屑不易分離、卷曲和折斷，切削變形大，攻絲扭矩大，切削溫度高。因此為了減小切削變形，使切削輕快，應(yīng)該適當(dāng)增大前角，而且這樣可使容屑槽面積增大，使不易卷曲和折斷的切屑能夠暫存容屑槽中，不至于因?yàn)榍行级氯菇z錐折斷或刀齒崩刃。因此我們選擇了bp=20°較大的前角。
7 X4 {' C& m7 r! ]) j4 ]標(biāo)準(zhǔn)絲錐切削錐部的齒頂后角一般為ap=6°～8°，但由于不銹鋼韌性較大，所以我們選用了較大的后角ap=10°～12°，并在制造時(shí)對(duì)螺紋廓形進(jìn)行鏟磨，即鏟磨螺紋截形后角，這樣可防止攻絲過程中由于彈性恢復(fù)，被加工表面在切削后縮小，使摩察力大大增加，也可避免絲錐在反轉(zhuǎn)退出時(shí)被切屑卡塞。 $ E7 w- V! E+ C X
容屑槽槽形選用兩圓弧一直線構(gòu)成的槽形，槽形的方向最好采用螺旋槽，但是其制造相當(dāng)困難，刀具制造成本較高，因此我們選用在直線槽的切削錐部有刃傾角的形式，以提高其切削性能。
/ q8 a$ J7 ^- n5 j9 R$ K3 v3 絲錐材料的合理選擇傳統(tǒng)的絲錐材料均為普通高速鋼。有資料顯示，加工不銹鋼可以在高速鋼表面進(jìn)行TiN涂層，以減小切削扭矩，延長絲錐壽命，提高螺紋質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)證明，TiN 涂層可使絲錐表面與不銹鋼材料之間的摩擦力下降，使切削扭矩下降1/3～1/2，TiN涂層還能有效抑制絲錐與不銹鋼的親和作用，明顯阻止不銹鋼和絲錐之間的粘結(jié)，從而使螺紋表面質(zhì)量提高。
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圖3 注入偽離子與未注入Co離子的絲錐切削齒磨損過程 |
我們選用的材料為表面注入Co離子，因?yàn)樗粌H有TiN涂層的上述特點(diǎn)，還有一些更優(yōu)異的特征。由于表面注入Co元素的高速鋼表面晶格發(fā)生嚴(yán)重的畸變和強(qiáng)化，表面組織和Co離子發(fā)生化合反應(yīng)，形成金屬化合物和彌散金屬硬質(zhì)相，使表面硬度可達(dá)1,600～2,000HV，而且該硬質(zhì)層是混合體，沒有TiN涂層的明顯界面，所以硬質(zhì)層與高速鋼有極強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高了絲錐表面的耐磨性，抗沖擊性和耐腐蝕性。我們對(duì)絲錐進(jìn)行Co離子注入并與未經(jīng)注入處理的絲錐作了切削性能對(duì)比試驗(yàn)，注入Co離子絲錐的材料為W6Mo5Cr4V2，尺寸為M10×1(帶刃傾角)，試件為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，硬度HB190 ，抗拉強(qiáng)度642MPa，選用切削速度3.6m/min，澆注乳化切削液，流量5L/min。當(dāng)總攻絲長度為4m 時(shí)，注入Co離子的絲錐切削齒后刀面上的磨經(jīng)損量為0.15mm，未注入Co離子的磨損量為0.4mm。(圖3) 3 r- p, Z* p5 i G5 ~
實(shí)驗(yàn)證明注入Co離子后絲錐的切削壽命可延顯長1.5～2倍，而且刀齒后刀面沿刀刃的磨損是均勻的，而一般情況下絲錐刀齒后刀面位于刀刃轉(zhuǎn)角處往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損甚至崩刃，這充分說明注入Co離子以后絲錐的耐磨性和抗沖擊性得到了顯著的提高。
$ [! K7 }* W! _" X z4 雙頭絲錐的專用夾具由于雙頭絲錐是一種新型結(jié)構(gòu)，一般的夾具無法裝夾，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了雙頭絲錐的專用夾具，圖2為夾具外形，圖4為雙頭絲錐裝夾在專用夾頭中的結(jié)構(gòu)示意圖。雙頭絲錐由鋼球在斜面的作用下壓緊在雙頭絲錐中間的圓弧槽內(nèi)，只要推動(dòng)松緊壓套即能方便的把絲錐拆裝及掉頭。絲錐由中心孔與夾具中的定位銷起到定心作用，絲錐夾具在整個(gè)殼體內(nèi)可略有浮動(dòng)，以便對(duì)準(zhǔn)工件孔。且在軸向也有少許允動(dòng)，以便于絲錐進(jìn)退時(shí)，允許在螺距上稍有些偏差。
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* Z4 D' X. t- T: O* V, {圖4 專用夾具結(jié)構(gòu)示意圖
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* L8 m% Y- u- E結(jié)構(gòu)新穎的雙頭絲錐，改變了傳統(tǒng)的絲錐柄部制造工藝，節(jié)省了刀具材料，降低了刀具制造成本，若兩頭被分別做成頭錐和二錐，可快速掉頭使用。 2.
$ D( J% }7 G. p7 s設(shè)計(jì)的專用夾具可使絲錐定位準(zhǔn)確，傳遞扭矩較大，裝拆快速，節(jié)省輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 3.
! @. e) \. F( {7 C5 d合理選擇絲錐的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可提高加工質(zhì)量，改善絲錐的切削性能。 4.! v: Q1 L4 a3 n, y6 B/ R
采用表面注入Co離子的高速鋼絲錐，能提高絲錐耐用度1.5～2.0 |
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