絲錐及攻絲技術的新發展

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發表于 2013-3-2 17:11:41 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

攻絲是屬于比較困難的加工工序，因為絲錐幾乎是被埋在工件中進行切削，其每齒的加工負荷比其它刀具都要大，并且絲錐沿著螺紋與工件接觸面非常大，切削螺紋時它必須容納并排除切屑，因此，可以說絲錐是在很惡劣的條件下工作的。為了使攻絲順利進行，應事先考慮可能出現的各種問題。如工件材料的性能、選擇什么的刀具及機床、選用多高的切削速度、進給量等。在特殊工件材料上攻絲工件材料的可加工性是攻絲難易的關鍵。Hansen-Whiney公司設計師Vernon Hill說：“現在絲錐生產廠家主要關注的是，發展針對特殊材料加工的絲錐”。針對這些材料的性能，改變絲錐切削部分的幾何形狀，特別是它的前角和下凹量(HOOK)─前面的下凹程度(見圖1)。對于高強度的工件材料，絲錐的前角和下凹量通常較小，以增加切削刃強度。下凹量較大的絲錐則用在切削扭矩較大的場合。但下凹量過大，切削刃可能會產生崩刃并嵌入螺紋。一般情況下，長屑材料需較大的前角和下凹量，以便卷屑和斷屑。另一方面，太鋒利的角度會使切削刃過于薄弱。另一個受工件材料可加工性影響較大的絲錐角度是后角。加工較硬的工件材料需要較大的后角，以減小磨擦和便于冷卻液到達切削刃，但過大的后角又會減小絲錐切入工件時的自定心能力。加工軟材料時，太大的后角會導致螺孔擴大。對于加工硬度、強度都很高的工件材料，絲錐應選擇起始于切削刃的偏心后角；而對易加工材料，則選擇帶復合偏心后角(Con-eccentric)的絲錐，其特點是在切削刃下面無后角刃帶之后再磨出后角(見圖2)。螺旋槽絲錐主要用于盲孔的螺紋加工。加工硬度、強度高的工件材料，所用的螺旋槽絲錐螺旋角較小，這可改善其結構強度。如 Hanson- Whitney公司生產的ULTI-XT螺旋槽絲錐，其螺旋角為15°，主要是用來加工強韌的400系列不銹鋼。而該公司的ULT－XT300的螺旋槽絲錐，其螺旋角為41°，主要是用來加工300系列不銹鋼。此外，對于強韌的加工材料，要選用螺紋長度較短的螺旋槽絲錐，以減小切削時的扭矩。對于有彈性記憶的材料(With elastic memory)例如鈦，要求刀具帶有較大的倒錐，從絲錐前部到柄部，逐步減小由于材料“反彈”造成的摩擦。在優化攻絲加工條件時，絲錐生產廠家也考慮了刀具以外的其它因素。Emuge公司技術部經理Alan Shepherd說，高性能絲錐可使切削速度大大提高，在鑄鐵材料上攻絲可從以前的35－50sfm提高到250sfm。然而，這樣的切削速度只有在特定的絲錐和具有特殊性能的機床上才能達到。他說：“最高加工速度有時受到機床性能限制。對于較小的絲雄，主軸速度要想達到理想速度[ rpm= (sfm x 3.8)/絲錐直徑] ，可能已經超過了主軸最高轉速。另一方面，用較大的絲錐高速切削，會產生較大的扭矩，可能比機床提供的馬力還大。”

圖1 前角和下凹量

圖2 硬韌性較大的材料可用偏心后角以減小磨擦，易加工材料可用復合偏心后角

a．用于加工 400系列不銹鋼(螺旋角為 15°)

b 用來加工300系列不銹鋼(螺旋角為41°)
圖3 螺旋槽絲錐

Alan Shophed說：“應用 700psi的內冷卻工具，切削速度有可能達到250sfm。而在沒有內冷卻設施的機床上，切削速度只能達150sfm。絲雄不同于大多數金屬切削工具，因為它與工件孔壁接觸面積非常大，所以冷卻至關重要。如果高速鋼絲錐過熱，則絲推會折斷、燒損。”Shepherd說：“Emuge公司高性能絲雄的幾何形狀特點，就是有較大的后角和倒錐。”上述絲錐的幾何形狀，再配以特殊的涂層表面(象TiN、TiCN、CrN或TiAlN)，可大大提高絲錐的壽命。這些耐熱的、光滑的涂層，減小了切削力并允許在更高的切削速度下攻絲。實際上，較新的高性能絲錐的開發，極大地促進了機床主軸速度和功率的提高。硬質含金絲錐的使用增多象車削中硬質含金刀具逐漸替代高速鋼刀具一樣，硬質合金絲錐也開始更多地用于螺紋孔加工，與高速鋼相比，硬質合金硬度高、脆性大，用硬質含金絲錐攻絲，存在切屑處理的問題。雖然如此，硬質含金絲錐對于加工鑄鐵和鋁合金材料，其使用效果很好，絲錐的破損形式主要是機械磨損。Alien Benjamin公司總經理Amy Haywood說，由于汽車工業加工大量的鑄鐵與鋁合金零件，因此使用硬質合金絲錐以獲得刀具的長壽命。在加工這些材料的工件時，硬質合金絲錐比高速鋼絲錐壽命更長。在汽車工業中，絲推換刀時間的減少明顯是個重要因素，而硬質合金絲推的長壽命將使換刀時間最小化。用表面涂層的小螺旋角硬質合金絲錐在硅含量為8%-12%的鋁合金工件上攻絲，其效果很好。他還說用亞微細顆粒(Submicron-grain)硬質含金制作的絲錐，可增加刀具韌性而不降低其硬度，在切削淬硬鋼、塑料和難加工鎳基合金時效果很好。該公司生產的PRX系列絲推，在一定條件下，可在鎳鉻鐵合金 Inconel 718上連續攻絲200個螺孔以上，而以前必須重磨才能達到。Regal Cutting Tool公司國際銷售部經理Gene Delett說，硬質合金絲錐是該公司市場增長最快的產品之一。他說：“新的細顆粒硬質合金絲錐也適合于某些一般加工，切削速度可提高5－6倍，刀具壽命提高100倍。其價格當然比高速鋼絲錐貴很多倍，可使用的收益要比支出大得多，特別適合于汽車工業的大量生產。”但應注意的是，使用硬質合金絲錐時，需要用剛性攻絲方式(即不用浮動攻絲夾頭和扭轉保護機構，工件螺距由機床CNC系統控制絲錐轉速、進給量，剛性地保證——譯者)。也有一些針對某種加工材料研制的絲錐，在另外一些材料上攻絲，也取得了良好的加工效果。如將原本用于在鎳合金上攻絲的絲錐(一種優質鋼制成的，帶有適當后角，螺紋長度很短的絲錐)，用來加工硬度為HRC38的4340鋼，效果也很好。Mskinis說，盡管絲錐在不斷發展，但他們了解到，很多用戶對提高切削速度并不感興趣，他們所關心的是通常攻絲時出現的絲錐崩刃、螺孔擴大、排屑等問題。絲錐與切削用量的選擇首先，攻絲前應搞清楚五個問題：(1)被加工工件是什么材料？(2)工件材料強度如何？(3)所加工螺孔是通孔還是盲孔？(4)螺孔有多深(或工許厚度是多少？)(5)要加工的螺孔類別與尺寸怎樣。根據上述內容來選擇絲錐。有很多方法可以找到加工各種工件材料所需的絲錐，象參考樣本及選擇圖表。Protoyp公司開發了一種計算機切削服務(CCS)程序的CD-ROM，其上有攻絲數據庫，能幫助用戶選擇絲錐、攻絲切削用量，最終經濟、高效地完成在特殊材料上的攻絲。改變螺紋的加工工藝，如螺紋銑削和滾壓成形的有關內容也包括在CCS程序中。它能給用戶一個清晰的概念：即用什么方法加工一個螺孔，費用是多少。可以說這個程序是經濟、高效攻絲的新起點。