城軌地鐵不銹鋼面板攻螺紋工藝優(yōu)化

■株洲南車時代電氣股份有限公司 （湖南 412001） 毛 波

城軌地鐵不銹鋼面板攻螺紋工藝優(yōu)化

■株洲南車時代電氣股份有限公司 （湖南 412001） 毛 波

摘要：本文介紹了城軌地鐵不銹鋼面板攻螺紋工藝優(yōu)化，主要闡述了絲錐旋轉(zhuǎn)精度測量、絲錐選擇、工藝參數(shù)優(yōu)化及常見問題處理方案，提升面板攻螺紋質(zhì)量。

不銹鋼攻螺紋是很多制造企業(yè)的一大心病，尤其是在動載的安裝條件下，攻螺紋質(zhì)量尤為重要。目前隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，軌道車輛裝備的需求日益增長，公司城軌地鐵柜體的需求量日益增加，優(yōu)化不銹鋼面板攻螺紋工藝，提升攻螺紋質(zhì)量，勢在必行。通過對問題的匯總分析、工藝試驗論證及工藝參數(shù)優(yōu)化等工作，總結(jié)了一些經(jīng)驗并推廣，取得了一定的效果。

1. 問題描述

城軌地鐵柜體上2.5m m、3.0mm不銹鋼面板（SUS304）攻M3螺紋，經(jīng)常出現(xiàn)絲錐被“咬死”在螺孔中，崩齒或折斷，絲錐磨損嚴(yán)重，螺紋止通規(guī)檢驗止不住等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2. 問題分析

為了確認(rèn)攻螺紋質(zhì)量不良的根本原因，在現(xiàn)場隨機選取了20個螺紋孔，采用螺紋止通規(guī)進(jìn)行檢查，8個合格、9個止不住、3個通不過，不合格率高達(dá)60%。從不合格的現(xiàn)象初步判定，止規(guī)止不住的原因是絲錐夾頭旋轉(zhuǎn)精度超差，通規(guī)通不過的原因是絲錐牙尖磨損、加工的螺紋不規(guī)范。為了進(jìn)一步確認(rèn)原因是否正確，對絲錐夾頭旋轉(zhuǎn)精度、絲錐磨損情況及工藝參數(shù)進(jìn)行了確認(rèn)。

（1）絲錐質(zhì)量：現(xiàn)場攻螺紋用的絲錐是普通直槽絲錐，普通直分屑槽絲錐通常用碳素工具鋼（T12）制成，硬度能達(dá)到60HRC，加工性能好、價格低，應(yīng)用較為廣泛；但淬透性低，熱硬性差，刃部至250℃時硬度和耐磨性下降。攻螺紋時牙尖角相對螺紋底孔圓周成直線切削，較大的旋轉(zhuǎn)摩擦使切削部位發(fā)熱，降低了刃口的硬度、使磨損加快，表面相對較硬的鍍鋅層對絲錐牙尖易損壞，絲錐直徑小、易折斷，旋轉(zhuǎn)及切削阻力導(dǎo)致局部波動影響螺紋質(zhì)量等。從攻螺紋之后的絲錐外觀看出絲錐磨損較為嚴(yán)重，如圖1所示。

圖1　絲錐質(zhì)量

（2）攻螺紋設(shè)備：攻螺紋通常分為機動攻螺紋和手動攻螺紋兩種方式，針對這些面板采用的是機動攻螺紋。將夾頭的三爪端夾緊絲錐，另一端與攻螺紋的主軸聯(lián)接，經(jīng)帶輪、皮帶與電動機主軸形成了完整的皮帶傳動機構(gòu)，通過人工操作離合器上下運行實現(xiàn)絲錐正、反轉(zhuǎn)完成螺紋加工。臺式攻螺紋機上絲錐夾頭的旋轉(zhuǎn)精度是保證攻螺紋質(zhì)量及絲錐使用壽命的關(guān)鍵，參考設(shè)備及螺紋精度要求，絲錐夾頭旋轉(zhuǎn)一周徑向跳動應(yīng)≤0.02mm。

將檢驗棒裝夾在絲錐夾頭的三爪夾頭端，夾頭的另一端與主軸聯(lián)接，百分表通過支架鎖緊并固定在攻螺紋機上，測量頭與檢驗棒外圓上的最高點接觸、行程刻度表顯示壓縮1～2格；手動皮帶旋轉(zhuǎn)、通過帶輪聯(lián)接主軸并帶動夾頭中的檢驗棒做360°旋轉(zhuǎn)，百分表上所顯示的最大與最小差值為0.12mm，表示旋轉(zhuǎn)精度不合格，如圖2所示。

（3）工藝參數(shù)：攻不銹鋼螺紋時，“脹牙”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，絲錐容易“咬死”在孔中，所以螺紋底孔應(yīng)適當(dāng)加大。一般情況

下，螺距為1mm以下的螺紋底孔直徑等于公稱直徑減去螺距；螺距大于1mm時，螺紋底孔直徑等于公稱直徑減去1.1倍螺距。從現(xiàn)場記錄的底孔直徑來看，并沒有加大螺紋底孔。

從以上現(xiàn)場實物及過程分析，絲錐質(zhì)量、設(shè)備精度及工藝參數(shù)均存在問題，為此需要從以下3個方面進(jìn)行工藝改進(jìn)和優(yōu)化。

圖2　設(shè)備精度的檢測

3. 攻螺紋工藝優(yōu)化

（1）絲錐改進(jìn)：螺旋分屑槽絲錐（見圖3），常用高速鋼（W18Cr4V）制成，有足夠的強度和耐磨性，硬度高達(dá)65HRC，切削加工性能好、方便制造。攻螺紋時牙尖角相對螺紋底孔圓周成螺旋線切削，能有分散絲錐旋轉(zhuǎn)時的切削負(fù)荷，保持絲錐的強度，攻螺紋時平穩(wěn)切削沒有局部波動，能確保螺紋的質(zhì)量。

圖3　改進(jìn)后選用的絲錐

（2）設(shè)備改進(jìn)：對臺式攻螺紋機主軸、絲錐夾頭及旋轉(zhuǎn)精度進(jìn)行修復(fù)，通過攻螺紋夾頭裝夾的檢驗棒旋轉(zhuǎn)一周檢驗，徑向跳動≤0.02mm，如圖4所示。

圖4　改進(jìn)后的精度

（3）工藝參數(shù)改進(jìn)：對塑性好的材料可按標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)加大底孔，使絲錐牙尖與孔壁硬化層不接觸，減少磨損，延長絲錐的使用壽命。螺紋經(jīng)攻螺紋切削時的擠壓產(chǎn)生塑性變形，底孔適當(dāng)縮小，使螺紋底孔達(dá)標(biāo)。

通過上述改進(jìn)，并定期確認(rèn)絲錐質(zhì)量、絲錐旋轉(zhuǎn)精度檢測，很好地解決了不銹鋼面板的攻螺紋質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)要求。

4. 常見問題解決方案

結(jié)合工藝試驗及批量生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗，對不銹鋼面板攻螺紋過程中常見問題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并推廣使用，取得了較好的效果，具體如下：

（1）絲錐折斷：絲錐折斷的主要原因是螺紋底孔直徑偏小，排屑不暢，材料中雜質(zhì)導(dǎo)致絲錐磨損嚴(yán)重。攻螺紋時切削速度過快，絲錐中心與底孔不同軸，導(dǎo)致折斷，如圖5所示。

圖5　絲錐折斷

解決方案：螺紋底孔直徑可按標(biāo)準(zhǔn)加大，排屑不暢可選擇螺旋槽絲錐。攻螺紋過程中適當(dāng)降低攻螺紋的切削速度，調(diào)整工作臺與絲錐安裝主軸的垂直度，確保絲錐與底孔同軸。也可采用優(yōu)質(zhì)材料制造的絲錐攻螺紋并定期更換絲錐。

（2）絲錐崩齒：絲錐崩齒的主要原因是單齒切削量過大，切削前角較小，切削部位磨損嚴(yán)重，如圖6所示。

圖6　絲錐崩齒

解決方案：增加切削導(dǎo)錐長度，增大絲錐切削前角。

（3）止規(guī)止不住：止規(guī)止不住的主要原因有：攻螺紋時絲錐與主軸不同軸；絲錐刃口上有粘結(jié)物；絲錐選擇不當(dāng)或有裝夾問題。

解決方案：修復(fù)主軸或更換夾頭；清除絲錐上的粘結(jié)物；選擇旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)的螺旋槽絲錐進(jìn)行正確裝卡。

（4）通規(guī)通不過：通規(guī)通不過的主要原因有：絲錐長時期使用表面磨損嚴(yán)重；攻螺紋操作不規(guī)范，導(dǎo)致螺紋有效深度不足；螺紋表面質(zhì)量較差或者有毛刺。

解決方案：及時更換合格絲錐；定位攻螺紋確保深度達(dá)到要求；適當(dāng)減少絲錐前角，清除絲錐刃口上的粘結(jié)物，選擇合適的切削液冷卻絲錐，必要時可對絲錐增大潤滑。

5. 結(jié)語

城軌地鐵不銹鋼面板，按照上述改進(jìn)之后的工藝方法以及常見問題的處理方法，很好地指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，并確保產(chǎn)品的攻螺紋質(zhì)量。同時將這些工藝要求推廣到其他規(guī)格的不銹鋼攻螺紋以及外協(xié)供應(yīng)商，都取得了較好的效果。

收稿日期：（20150523）