絲錐及攻絲技術(shù)的新發(fā)展
發(fā)布日期：2012-11-18 蘭生客服中心 瀏覽：4989
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攻絲是屬于比較困難的加工工序，因?yàn)榻z錐幾乎是被埋在工件中進(jìn)行切削，其每齒的加工負(fù)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(shí)它必須容納并排除切屑，因此，可以說(shuō)絲錐是在很惡劣的條件下工作的。為了使攻絲順利進(jìn)行，應(yīng)事先考慮可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題。如工件材料的性能、選擇什么的刀具及機(jī)床、選用多高的切削速度、進(jìn)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(guān)鍵。Hansen-Whiney公司設(shè)計(jì)師Vernon Hill說(shuō)：“現(xiàn)在絲錐生產(chǎn)廠家主要關(guān)注的是，發(fā)展針對(duì)特殊材料加工的絲錐”。針對(duì)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(jiàn)圖1)。對(duì)于高強(qiáng)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(qiáng)度。下凹量較大的絲錐則用在切削扭矩較大的場(chǎng)合。但下凹量過(guò)大，切削刃可能會(huì)產(chǎn)生崩刃并嵌入螺紋。一般情況下，長(zhǎng)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(huì)使切削刃過(guò)于薄弱。
另一個(gè)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(dá)切削刃，但過(guò)大的后角又會(huì)減小絲錐切入工件時(shí)的自定心能力。加工軟材料時(shí)，太大的后角會(huì)導(dǎo)致螺孔擴(kuò)大。對(duì)于加工硬度、強(qiáng)度都很高的工件材料，絲錐應(yīng)選擇起始于切削刃的偏心后角；而對(duì)易加工材料，則選擇帶復(fù)合偏心后角(Con-eccentric)的絲錐，其特點(diǎn)是在切削刃下面無(wú)后角刃帶之后再磨出后角
(見(jiàn)圖2)。
螺旋槽絲錐主要用于盲孔的螺紋加工。加工硬度、強(qiáng)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度。如 Hanson- Whitney公司生產(chǎn)的ULTI-XT螺旋槽絲錐，其螺旋角為15°，主要是用來(lái)加工強(qiáng)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(lái)加工300系列不銹鋼。
此外，對(duì)于強(qiáng)韌的加工材料，要選用螺紋長(zhǎng)度較短的螺旋槽絲錐，以減小切削時(shí)的扭矩。對(duì)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(yōu)化攻絲加工條件時(shí)，絲錐生產(chǎn)廠家也考慮了刀具以外的其它因素。Emuge公司技術(shù)部經(jīng)理Alan Shepherd說(shuō)，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(jī)床上才能達(dá)到。他說(shuō)：“最高加工速度有時(shí)受到機(jī)床性能限制。對(duì)于較小的絲雄，主軸速度要想達(dá)到理想速度[ rpm= (sfm x 3.8)/絲錐直徑] ，可能已經(jīng)超過(guò)了主軸最高轉(zhuǎn)速。另一方面，用較大的絲錐高速切削，會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩，可能比機(jī)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(fù)合偏心后角 |
a．用于加工 400系列不銹鋼(螺旋角為 15°) |
b 用來(lái)加工300系列不銹鋼(螺旋角為41°)
圖3 螺旋槽絲錐 |
Alan Shophed說(shuō)：“應(yīng)用 700psi的內(nèi)冷卻工具，切削速度有可能達(dá)到250sfm。而在沒(méi)有內(nèi)冷卻設(shè)施的機(jī)床上，切削速度只能達(dá)150sfm。絲雄不同于大多數(shù)金屬切削工具，因?yàn)樗c工件孔壁接觸面積非常大，所以冷卻至關(guān)重要。如果高速鋼絲錐過(guò)熱，則絲推會(huì)折斷、燒損。”Shepherd說(shuō)：“Emuge公司高性能絲雄的幾何形狀特點(diǎn)，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(shí)際上，較新的高性能絲錐的開(kāi)發(fā)，極大地促進(jìn)了機(jī)床主軸速度和功率的提高。
硬質(zhì)含金絲錐的使用增多
象車削中硬質(zhì)含金刀具逐漸替代高速鋼刀具一樣，硬質(zhì)合金絲錐也開(kāi)始更多地用于螺紋孔加工，與高速鋼相比，硬質(zhì)合金硬度高、脆性大，用硬質(zhì)含金絲錐攻絲，存在切屑處理的問(wèn)題。雖然如此，硬質(zhì)含金絲錐對(duì)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(jī)械磨損。
Alien Benjamin公司總經(jīng)理Amy Haywood說(shuō)，由于汽車工業(yè)加工大量的鑄鐵與鋁合金零件，因此使用硬質(zhì)合金絲錐以獲得刀具的長(zhǎng)壽命。在加工這些材料的工件時(shí)，硬質(zhì)合金絲錐比高速鋼絲錐壽命更長(zhǎng)。在汽車工業(yè)中，絲推換刀時(shí)間的減少明顯是個(gè)重要因素，而硬質(zhì)合金絲推的長(zhǎng)壽命將使換刀時(shí)間最小化。用表面涂層的小螺旋角硬質(zhì)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(shuō)用亞微細(xì)顆粒(Submicron-grain)硬質(zhì)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(shí)效果很好。該公司生產(chǎn)的PRX系列絲推，在一定條件下，可在鎳鉻鐵合金 Inconel 718上連續(xù)攻絲200個(gè)螺孔以上，而以前必須重磨才能達(dá)到。
Regal Cutting Tool公司國(guó)際銷售部經(jīng)理Gene Delett說(shuō)，硬質(zhì)合金絲錐是該公司市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品之一。他說(shuō)：“新的細(xì)顆粒硬質(zhì)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(jià)格當(dāng)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(yè)的大量生產(chǎn)。”但應(yīng)注意的是，使用硬質(zhì)合金絲錐時(shí)，需要用剛性攻絲方式(即不用浮動(dòng)攻絲夾頭和扭轉(zhuǎn)保護(hù)機(jī)構(gòu)，工件螺距由機(jī)床CNC系統(tǒng)控制絲錐轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量，剛性地保證——譯者)。
也有一些針對(duì)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(yōu)質(zhì)鋼制成的，帶有適當(dāng)后角，螺紋長(zhǎng)度很短的絲錐)，用來(lái)加工硬度為HRC38的4340鋼，效果也很好。
Mskinis說(shuō)，盡管絲錐在不斷發(fā)展，但他們了解到，很多用戶對(duì)提高切削速度并不感興趣，他們所關(guān)心的是通常攻絲時(shí)出現(xiàn)的絲錐崩刃、螺孔擴(kuò)大、排屑等問(wèn)題。
絲錐與切削用量的選擇
首先，攻絲前應(yīng)搞清楚五個(gè)問(wèn)題：(1)被加工工件是什么材料？(2)工件材料強(qiáng)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(jù)上述內(nèi)容來(lái)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(kāi)發(fā)了一種計(jì)算機(jī)切削服務(wù)(CCS)程序的CD-ROM，其上有攻絲數(shù)據(jù)庫(kù)，能幫助用戶選擇絲錐、攻絲切削用量，最終經(jīng)濟(jì)、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(guān)內(nèi)容也包括在CCS程序中。它能給用戶一個(gè)清晰的概念：即用什么方法加工一個(gè)螺孔，費(fèi)用是多少�？梢哉f(shuō)這個(gè)程序是經(jīng)濟(jì)、高效攻絲的新起點(diǎn)。
