小孔螺紋銑削在超高強度鋼加工中的應用

發(fā)布日期：2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽：2393

 

螺紋銑削是當今發(fā)達國家制造業(yè)中比較流行的一種螺紋加工方法。它是采用數(shù)控機床的螺旋插補功能進行螺紋加工的一種新方法。與傳統(tǒng)的采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣比較主要有以下優(yōu)點：①同一把螺紋銑刀可以加工螺距相同直徑不同的左旋螺紋或右旋螺紋；②同一把螺紋銑刀可以通過修改刀具半徑補償值，將螺紋加工到任意公差帶；③由于螺紋銑刀沒有導向部分，因此無需退刀槽或過渡扣即可靠近螺紋底部加工出精確深度的螺紋；④刀具折斷或破損不會影響零件質(zhì)量——刀具破損的部分可以很容易地從工件中取出。
隨著數(shù)控機床在國內(nèi)的廣泛普及，這種螺紋加工方法在國內(nèi)也逐步被采納和應用。但也僅限于大直徑螺紋的加工，小直徑螺紋特別是內(nèi)螺紋的加工，少有采用螺紋銑削的。小孔螺紋加工一般采用絲錐攻制，但在某些超高強度鋼上進行小孔螺紋加工時，采用絲錐幾乎無法完成加工。因為絲錐攻制螺紋時，必須有足夠的扭力，在某些超高強度鋼上攻制螺紋時，絲錐是無法承受要完成螺紋加工所施加的扭力的。尤其是在材料硬度也極高的情況下，絲錐也極易磨損。一旦絲錐稍有磨損，攻制時的扭力也急劇增大，這也更加快了絲錐的磨損，如此惡性循環(huán)，最終將導致絲錐的折斷。
利用螺紋銑削的諸多優(yōu)點，在加工某超高強度鋼壓力容器法蘭連接處的螺紋孔時，采用了螺紋銑削方法，取得了較好的經(jīng)濟效益。下面就這一過程及工藝方法作簡要介紹。

1 零件的特點及加工難點


零件為一大型壓力容器，要在其法蘭連接處端面一周加工60-M16×1.5-6H(均布)的盲孔螺紋。材料抗拉強度1,800MPa、硬度52HRC，屬極難加工材料。此類材料不僅強度高，而且硬度也極高。開始采用絲錐攻制，僅采用進口的整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層的絲錐，才能勉強進行加工。但此種絲錐價格極其昂貴(2,500元/支)，而且壽命也不高(僅為20孔/支)，更主要的是加工過程中絲錐經(jīng)常折斷，取出困難，而且取出時，易損傷螺紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量。








圖1

2 刀具選擇


刀具選擇應以滿足加工要求、提高刀具壽命和加工效率為原則。①刀具幾何尺寸：總長70mm ，直徑D2=Ø14mm。刀具長度在考慮夾持部分和切削部分后，刀具懸伸應盡量短，刀具直徑應盡量大，比螺紋底孔略小即可，以增加刀具的剛性，減小加工過程中的振動；②刀具材質(zhì)：整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層。這種刀具不僅有優(yōu)良的耐磨性，而且有較高的強度，適合于加工強度、硬度均極高的材料；③刀具齒數(shù)：Z=6齒。齒數(shù)越多，進給量越大，提高加工效率。

3 加工方法及參數(shù)選擇



  1. 走刀方式：如圖1所示，采用了螺旋進刀，即刀具在X、Y平面順(逆)時針旋轉(zhuǎn)半個圓弧，Z方向上升或下降0.5個螺距。這樣以減小進刀時的振動，提高刀具壽命和螺紋表面質(zhì)量，并使加工出的螺紋有半扣平滑過渡的螺紋收尾。

  2. 進給方式：徑向進給分3個切深完成，并借鑒螺紋車削中的側(cè)向進刀方式，如圖2所示。以充分減小加工中的徑向力，避免振動，提高刀具壽命。要注意的是，第1 、2兩次切深的加工中，其相對于第3次切深位置的軸向偏移量t1、t2要通過計算確定，確保其不要位于螺紋輪廓之外，而造成螺紋過切。這里取t1=0.10，t2=0.05。







    圖2


  3. 冷卻方式：內(nèi)冷。由于是盲孔，采用內(nèi)冷可充分冷卻的同時，帶走鐵屑。

  4. 切削參數(shù)選擇：切削速度Vc=81m/min，則轉(zhuǎn)速N=1000 Vc/(D2×p)=1000×81/(14×3.14)=1842r/min；進給速度fz=0.075mm/Z ，則銑刀切削刃處進給速度為F1=fz×N×Z=0.075×6×1842=828mm/min，編程時應給定銑刀中心進給速度F2=F1(D0-D2)/D0=828×(16-14)/16=103mm/min。另外為避免切進時的振動，每次以半圓弧切進時，其進給取F2=50 mm/min。


4 程序編制


根據(jù)所確定的加工方法及參數(shù)，可編制程序如下，數(shù)控系統(tǒng)為西門子840D。該程序僅作為加工一個螺紋孔的子程序。

G90 G17

S1842 M3

G0 X0.000 Y0.000 Z2.000

G91

G0 Z-18.750

(第1切深加工)

 Z-0.10 (軸向偏移t1)

G41 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G3 X0.000 Y-14.815 Z0.750 I0.000 J-7.408 F50

 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J7.815 F103

 G3 X0.000 Y14.685 Z0.750 I0.000 J7.408

G40 G1 X0.000 Y-7.000

(第2切深加工)

 Z0.15 (軸向偏移t2)

G42 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G2 X0.000 Y-14.9 Z-0.750 I0.000 J-7.45 F50

 G2 X0.000 Y0.000 Z-1.500 I0.000 J7.9 F10

 G2 X0.000 Y14.865 Z-0.750 I0.000 J7.45

G40 G1 X0.000 Y-7.000

(第3切深加工)

 Z-0.05 (取消偏移)

G41 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G3 X0.000 Y-15.000 Z0.750 I0.000 J-7.500 F50

 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J8.000 F103

 G3 X0.000 Y15.000 Z0.750 I0000 J7.500

G40 G1 X0.000 Y-7.000

G0 Z15.750

G90

5 結語


采用螺紋銑削加工該零件后，不僅刀具成本大大降低(每支銑刀可加工180孔，每支銑刀價格為4,500元)，而且加工效率也有提高，加工耗時由絲錐加工時的605s/孔降低至30s/孔，更為關鍵的是避免了因絲錐折斷而引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題。