內(nèi)螺紋加工：攻絲、螺紋成形和螺紋銑削

 在許多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，設(shè)計人員和生產(chǎn)技術(shù)人員都面臨著這樣的任務(wù)，即如何把結(jié)構(gòu)部件和組件做成可拆分并且可以承重的連接？實踐證明，利用螺栓和內(nèi)螺紋進行連接是一種便捷的連接方法。

    現(xiàn)在，內(nèi)螺紋的加工仍是生產(chǎn)中最為復(fù)雜的一項任務(wù)。它對工藝過程的安全性提出了更高的要求，這是因為大多數(shù)結(jié)構(gòu)部件都要經(jīng)過很長的生產(chǎn)步驟，而螺紋加工往往是處于整個生產(chǎn)鏈的末尾。螺紋未經(jīng)檢驗或者刀具一旦斷裂，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)部件報廢或者進行昂貴的再加工，這種情況必須避免。內(nèi)螺紋通常采用不同的材料加工而成。在工業(yè)生產(chǎn)中，使用的材料范圍從防銹、耐酸的軟鋼或者淬硬鋼，到短切屑鑄鐵或者鋁合金。在個別工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)——例如航空和航天工業(yè)技術(shù)部門，還需要使用特種合金（鈦、鎳）和復(fù)合材料。

    生產(chǎn)技術(shù)面臨著日益增長的國際競爭，需要提高整個生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)率。目前，企業(yè)不能只滿足于安全的內(nèi)螺紋加工，同時必須采用更高的切削和進給速度進行內(nèi)螺紋加工。對于機器制造中的內(nèi)螺紋加工而言，主要采用3種加工工藝：經(jīng)過實踐檢驗的攻絲法、無切屑的螺紋成形替代法和先進的螺紋銑削法。如何正確選取加工方法？需要盡可能地比較各種工藝方法的優(yōu)、缺點以及使用限制。然后，從技術(shù)和經(jīng)濟的角度分析應(yīng)該采用或者不采用某種加工方法。

攻絲

    攻絲是內(nèi)螺紋制作中廣為人知的一種方法。因為它可以借助刀具的幾何形狀確定內(nèi)螺紋的成型，所以該方法無需專用機床。在普通機床、生產(chǎn)線或者現(xiàn)代加工中心上都可以采用這種加工方法。與此相反，鉆孔或者銑削，現(xiàn)在仍廣泛使用于HSS-E或者HSS-E-PM攻絲。如果刀具的成本比較低，攻絲的方法能夠達到較高的生產(chǎn)率，其優(yōu)點十分明顯�，F(xiàn)在，攻絲的適用范圍不斷擴大、功率不斷提高。例如盲孔螺紋加工的極限范圍現(xiàn)在已經(jīng)達到3×d的切削長度；使用新研發(fā)的Sprint Plus絲錐可以切制高強度鋼的螺紋。刀具采用了HSS-E-PM刀具材料，兼具突出的韌性和較高的耐腐蝕、耐磨性能。切削刃材料的高耐熱性、配合特殊的切削刃幾何形狀和現(xiàn)代多層硬質(zhì)合金鍍層，還使得對長切屑軟鋼進行切內(nèi)螺紋加工，可以滿足某些特殊的切削要求，達到更高的切削速度，由此獲得更高的生產(chǎn)率；對軟鋼進行切內(nèi)螺紋加工的時候，還可進行干式加工（有／無MMS）。

    通孔螺紋的加工比較簡單，這是因為在回程的時候，切屑不必被剪斷。使用特殊設(shè)計的Sprint絲錐，其切削速度可以高達100m/min。由于反向旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較高的扭矩負載（剪斷切屑根），所以在切屑較短的情況下，VHM絲錐需要采用耐腐蝕、耐磨損的材料來制作。VHM絲錐最適用于硬材料的加工，甚至可以加工硬度達65HRC的淬硬鋼，是一種經(jīng)濟的加工方案，絲錐不易折斷，從而避免絲錐折斷在螺孔內(nèi)需電蝕除去的麻煩替代方案。

    由于VHM絲錐具有較高的耐磨性，所以在加工灰鑄鐵（GG或者GGV）和耐腐蝕性硅鋁合金的時候，強調(diào)要使用VHM絲錐。內(nèi)部的冷卻介質(zhì)可以立刻帶走切屑，從而使這種刀具適用于切制超過1.5×d螺紋切深的、行程較長的盲孔螺紋。為了減少VHM絲錐折斷的可能性，采用VHM絲錐攻絲的時候需要加固機床和工件。

螺紋（擠壓）成形

    更受歡迎的攻絲替代方案是無切屑螺紋（擠壓）成形。在螺紋成形的時候，螺紋成形刀在旋入預(yù)鉆孔的軸向和徑向中擠出材料，從而形成特有的齒形螺紋廓型。螺紋廓型基本上隨鉆孔的內(nèi)螺紋的不同而有所區(qū)別，并且受到其使用范圍的限制。在食品工業(yè)、航空與航天技術(shù)或者醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域中，螺紋成形大多數(shù)是不允許的。在螺紋成形的時候，不產(chǎn)生切屑。在堅韌材料中較深的盲孔螺紋情況下，與普通的攻絲螺紋相比較，其刀具斷裂的危險較小。螺紋成形要求材料的斷裂延伸率約大于7%，而其最大的抗拉強度約為1300N/mm2。硅鋁合金材料螺紋成形允許其含硅量達12%。在脆性灰鑄鐵或者淬硬鋼的情況下，螺紋成形是不可能的。與德國Kassel大學合作新研發(fā)的IPL超級螺紋成形刀不僅采用了為成形承載特別研發(fā)的特殊切削刃材料，而且具有其多邊形廓型的造型和螺紋部分的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計，因而具有特別優(yōu)異的性能。而且在停車次數(shù)和切削速度方面，超過了常規(guī)的螺紋成形刀和攻絲。由于其特殊的幾何形狀設(shè)計，這種超級螺紋成形刀不具有攻絲那種會使成形螺紋快速磨損的棱邊，所以特別適用于大批量生產(chǎn)。這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計也使VHM刀具能獲得很好的使用效果。針對內(nèi)部冷卻介質(zhì)的引入及盡量少的潤滑，為此超級螺紋成形刀進一步開發(fā)出了位于內(nèi)部的、具有最佳流動性的冷卻槽。冷卻潤滑液從該刀具的成形區(qū)域內(nèi)流出。除了螺紋成形刀的幾何形狀對螺紋廓型的成形、加工期間的轉(zhuǎn)矩和刀具的停止時間有所影響之外，其主要取決于預(yù)鉆孔的大小。因此需要確定最佳的預(yù)鉆孔直徑，與刀具生產(chǎn)廠商進行緊密的協(xié)作特別重要。

螺紋銑削

    攻絲或者螺紋成形的替代方案中最引人關(guān)注的是螺紋銑削。這種技術(shù)的優(yōu)點在于它在很大程度上增強了工藝過程的安全性；而且，該刀具具有廣泛的適用性，可以加工各種不同的材料。在螺紋銑削的情況下，不像切削那樣，螺紋直接與刀具相關(guān)（例如，M6絲錐加工得到的總是M6螺紋），而是先利用螺紋銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，再利用機床3條軸線同時運動。螺紋銑刀向內(nèi)進刀到芯孔中的編程螺紋深度為止。實際的切削過程起始于向內(nèi)進刀的銑削，此時降低負載的刀具，轉(zhuǎn)換成進入工件中的螺旋狀徑向進刀運動。然后，在一個360度螺旋進刀過程中銑削螺紋。此螺紋銑刀要求帶3D功能的現(xiàn)代化數(shù)控機床，刀具可以沿著螺旋狀導(dǎo)軌運動。

    VHM螺紋銑刀是一種廣泛適用的刀具。在螺距相同的情況下，使用一把刀具可以加工各種不同螺紋直徑或者公差范圍的螺紋。使用同一把刀具，在長切屑或者短切屑材料中，既可加工盲孔內(nèi)螺紋，也可加工通孔內(nèi)外螺紋。即使是對于堅韌的長切屑材料，也可以使用新研發(fā)的NPT螺紋銑刀，加工出使用常規(guī)螺紋加工方法難以達到的錐形內(nèi)螺紋(NPT)。新的HRC螺紋銑刀在淬硬鋼螺紋加工過程中使用安全。與增大的切削量、負切削前角和明顯增大的芯部截面積相匹配的刀具，也可用于硬度高達65HRC的淬硬鋼的切削。

    采用螺紋銑刀加工的過程具有較高的安全性，所以在加工大型或貴重結(jié)構(gòu)部件的時候、在所需轉(zhuǎn)矩較小的情況下加工較大規(guī)格的螺紋（在功率較小的機床上，也能加工較大規(guī)格的螺紋）、對于采用絲錐法加工總是出現(xiàn)問題的難切削材料、或者對于干式螺紋加工而言，螺紋銑削都不失為常規(guī)螺紋加工方法的經(jīng)濟有效的替代方案。

    沒有一種既完美又普遍適用且經(jīng)濟實惠的內(nèi)螺紋加工方法。更確切地說，為用戶的利益著想，應(yīng)按照使用的情況和要求，比較選取攻絲、螺紋（擠壓）成形或螺紋銑削。