內(nèi)螺紋加工中刀具的選擇及加工分析

螺紋是機(jī)械零件連接最常見的方法，而螺紋孔加工往往處于整個(gè)生產(chǎn)過程的末尾，一旦加工不合格，就會(huì)導(dǎo)致部件的報(bào)廢或者更麻煩的再加工，因此它對(duì)工藝過程的安全性提出了更高的要求。加工螺紋孔有各種各樣的刀具，常見的有螺紋車刀、絲錐、擠壓絲錐、螺紋銑刀等等。如何選取正確的加工刀具？刀具的選擇實(shí)際上是加工方法的選擇，每種加工方法所使用的刀具各有不同。對(duì)于螺紋孔的加工，常見的有幾種方式: 攻牙、車削、擠壓成型 、螺紋銑削。下面我們先了解各種工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及使用限制，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以根據(jù)這些加工方法的特點(diǎn)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度來分析該采用哪種刀具進(jìn)行加工。

　　1．攻牙

　　攻牙是螺紋孔加工中應(yīng)用很廣泛的一種方法。它可以借助刀具的幾何形狀確定螺紋的成型，所以加工時(shí)無需專用機(jī)床， 在普通機(jī)床， 生產(chǎn)線專機(jī)以及加工中心上都可以使用。攻牙過程是絲錐先正轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，到螺紋底部時(shí)反轉(zhuǎn)，離開工件，在非常狹窄的空間進(jìn)行切削并將切屑排出。對(duì)于不同的加工條件，不同的加工材質(zhì)，所選擇的絲錐種類也不同。在小直徑及大批量生產(chǎn)中多采用絲錐攻絲。

　　2．車削加工

　　車削加工螺紋是使用轉(zhuǎn)位刀片進(jìn)行車削加工，生產(chǎn)中常用的三角螺紋，其螺紋車刀切削部分的形狀應(yīng)與螺紋的軸向截面相符合。車削時(shí)，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀必須縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程（單頭螺紋，導(dǎo)程=螺距），才能加工出正確的螺紋。車三角螺紋常用的方法有以下三種：

　　A. 直進(jìn)法車螺紋。 車螺紋時(shí)，經(jīng)試切檢查工件、螺距符合要求后，徑向垂直于工件軸線進(jìn)刀，重復(fù)多次，直至螺紋車好。這種車削方法牙形較準(zhǔn)確。由于車刀兩刃同時(shí)切削而且排屑不暢，受力大，車刀易磨損，切屑會(huì)劃傷螺紋表面。

　　B. 斜進(jìn)法車螺紋。當(dāng)工件螺距大于 3mm時(shí)，一般采用斜進(jìn)法車加工螺紋，斜進(jìn)法是車刀沿螺紋牙形一側(cè)在徑向進(jìn)刀的同時(shí)作軸向進(jìn)給，經(jīng)多次走刀完成螺紋的加工，最后采用直進(jìn)法吃刀，保證螺紋的牙形角的精度。

　　C. 左右進(jìn)刀法。在普通車床，這種方法是用橫拖板刻度控制螺紋車刀的垂直進(jìn)刀，用小拖板的刻度控制車刀左右的微量進(jìn)刀。當(dāng)螺紋接近切成時(shí)，要用螺母或螺紋量規(guī)檢查螺紋尺寸和加工精度是否合格。這種方法操作方便，因此應(yīng)用較廣。

　　車削加工螺紋一般應(yīng)用于直徑較大的孔，而且工件能被牢固夾持在車床上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工。

　　3．?dāng)D壓成型加工

　　擠壓加工屬于無屑加工。加工過程與攻絲一樣，擠壓絲錐旋入預(yù)鉆孔，在軸向和徑向中擠出材料，從而形成特有的齒型螺紋輪廓。螺紋擠壓成型適用于塑性變形比較好的材料，材料范圍比較小，一般要求材料的斷裂延伸率大于7％，而最大的抗拉強(qiáng)度小于1300N/mm 。在鋁合金加工中應(yīng)用最多，

　　4．螺紋銑削

　　螺紋銑削的過程，螺紋銑刀一般是先下降到螺紋孔底部，采用螺旋插補(bǔ)的方法靠近工件，沿螺紋孔旋轉(zhuǎn)360度后在Z軸方向上上升一個(gè)螺距，然后離開工件。螺紋銑刀加工時(shí)扭矩較小，增加了工藝過程的安全性。它還具有廣泛的適用性，可以加工各種不同的材料，而且在螺距相同的情況下，使用一把刀具可以加工出各種螺紋直徑或者公差范圍的螺紋。缺點(diǎn)是：要求機(jī)床是三座標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，另外相對(duì)于絲錐而言，其加工效率是比較低的，刀具成本也比較高，所以適用于小批量生產(chǎn)中大直徑螺紋孔的加工。

　　我們剛才提到，絲錐是目前使用最廣泛的小直徑螺紋孔的加工刀具，而且攻牙是比較復(fù)雜的加工過程，因此加工過程碰到的問題也就比較多了。絲錐常見問題包括斷裂、崩刃、磨損等。斷裂主要是沿絲錐整個(gè)橫截面裂開，崩刃的表現(xiàn)為切削刃崩掉，而絲錐的磨損是指絲錐、板牙使用時(shí)間不長，其切削刃就被磨掉一部分，使牙型尺寸變小而無法使用。這三種方式失效的絲錐都遠(yuǎn)未達(dá)到正常的使用壽命。在絲錐加工中出現(xiàn)這些問題后，我們可以著重從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行分析。

　　1．機(jī)床問題

　　檢查機(jī)床是否正常運(yùn)作，主軸跳動(dòng)是否過大，機(jī)床主軸與底孔是否同軸，加工程序是否正確等等。

　　2．工件材料

　　檢查工件的材料強(qiáng)度是否太高，材料質(zhì)量是否穩(wěn)定，有沒有氣孔、殘碴等。

　　3．螺紋底孔直徑及孔深

　　檢查螺紋底孔直徑是不是正確，如果底孔直徑太小，則絲錐切削時(shí)根部接觸到工件，容易引起絲錐折斷。螺紋底孔的直徑在絲錐樣本中都有標(biāo)出，或者也可以用（底孔直徑＝螺紋直徑－螺距）這個(gè)公式得出底孔直徑。對(duì)于擠壓絲錐，螺紋底孔的直徑與切削絲錐是不一樣的，也可以按公式（底孔直徑＝螺紋直徑－螺距/ 2）算出大概的底孔直徑。

　　對(duì)于盲孔，還需要考慮底孔的深度。由于絲錐前端都有幾個(gè)切削牙，這些切削牙的直徑比較小，不能算是有效螺紋，因此底孔的深度還要考慮切削牙的深度以及絲錐前端的尖角部分的尺寸。在生產(chǎn)中，也發(fā)生過底孔不夠深，絲錐前端碰到孔底引起絲錐折斷的例子。

　　4．是否選用了正確的絲錐類型

　　前面提到，對(duì)于不同的加工條件，不同的加工材質(zhì)，所選擇的絲錐種類也不同。首先對(duì)于通孔和盲孔兩種不同的加工條件，選擇的切削絲錐種類不同。對(duì)于長切屑的材質(zhì)，比如鋼，在通孔的情況下，選擇直槽絲錐，切屑往下排，盲孔的情況下，選擇螺旋絲錐，切屑往上排。對(duì)于短切屑材質(zhì)，比如鑄鐵，鐵屑是碎屑，可以容納在排屑槽內(nèi)，因此通孔和盲孔都可以用直槽絲錐加工。還有一種情況，左旋絲錐它所形成的往下的切屑是分開的，這種絲錐適用于工件與工裝靠得比較近，排屑空間不夠的場合。

　　生產(chǎn)中，我們也經(jīng)�？吹�，在通孔的加工中采用螺旋槽絲錐，這是一種不正確的使用方法。有三個(gè)理由：其一，螺旋槽絲錐是向上排屑，為了達(dá)到這個(gè)效果，絲錐本身的結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜，剛性不好，而且切屑傳輸?shù)男谐梯^長，在螺旋槽傳輸過程中容易出現(xiàn)卡住的情況，引起崩刃或折斷。其二，兩種絲錐前面的切削牙數(shù)不一樣多。螺旋槽絲錐一般是2－3個(gè)切削牙，而直槽絲錐是3－5個(gè)切削牙。絲錐的壽命是與切削牙的個(gè)數(shù)成正比的。其三，螺旋槽絲錐比直槽絲錐價(jià)格貴一些，經(jīng)濟(jì)性不好。

　　另一方面，對(duì)于切削絲錐，加工不同的材質(zhì)，我們應(yīng)該選擇不同槽型的絲錐。絲錐上有各種角度，比如前角、后角、導(dǎo)向角、刃傾角等等，這些角度的設(shè)計(jì)是根據(jù)不同材料的特性，舉個(gè)例子，鋼件與鑄鐵，由于鋼件的切屑比較長，絲錐的前角設(shè)計(jì)就大一些，而鑄鐵的鐵屑一般是碎屑，前角就比較小，甚至是0°前角。刀具公司會(huì)針對(duì)不同的工件材質(zhì)給出不同的推薦絲錐，對(duì)于加工鋼件、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼等常見材質(zhì)的絲錐，還可能會(huì)在柄部用不同的色圈來區(qū)分。

　　5．切削參數(shù)

　　切削參數(shù)非常重要，不同類型的絲錐，不同的加工條件，不同的工件材質(zhì)，應(yīng)該選擇不同的參數(shù)。比如說高速鋼絲錐與硬質(zhì)合金絲錐在相同的條件下線速度差別很大，這個(gè)轉(zhuǎn)速有一定的范圍，高速鋼絲錐的線速度一般在20m/min以內(nèi)（絲錐的進(jìn)給是固定的，就是螺距），過快或者過慢都會(huì)導(dǎo)致絲錐失效，選擇合適的切削參數(shù)可以在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)達(dá)到比較高的刀具壽命。

　　6．冷卻和潤滑

　　我們前面提到，絲錐是在非常狹窄的空間進(jìn)行切削并將切屑排出，在加工過程會(huì)產(chǎn)生大量的熱，因此，冷卻和潤滑很重要。對(duì)于韌性比較大的材料，可以加大冷卻液的濃度，或者是采用油性冷卻液。