擠壓絲錐在連桿生產(chǎn)中的應(yīng)用

■第一拖拉機股份有限公司鍛造廠 （河南洛陽　471003） 段鵬飛 魏江波 劉殿文■一拖柴油機有限公司 （河南洛陽 471003） 倪獻峰

擠壓絲錐在連桿生產(chǎn)中的應(yīng)用

■第一拖拉機股份有限公司鍛造廠 （河南洛陽471003） 段鵬飛 魏江波 劉殿文
■一拖柴油機有限公司 （河南洛陽 471003） 倪獻峰

摘要：擠壓絲錐是一種加工深孔螺紋及強度要求較高的內(nèi)螺紋加工刀具。本文主要針對我廠加工連桿時所設(shè)計制作的一款擠壓絲錐，經(jīng)過使用驗證，質(zhì)量和效率都得到了很大的提高，滿足了生產(chǎn)需要。

擠壓絲錐正是一種與常規(guī)加工方式不同的螺紋孔加工工具，它是利用擠壓力使零件發(fā)生塑性變形，從而按其要求成形螺紋。該方式與傳統(tǒng)的螺紋加工方式最大的不同在于：加工中不產(chǎn)生切屑，螺紋強度更高，表面質(zhì)量更好，絲錐使用壽命更長。

擠壓內(nèi)螺紋時，金屬在擠壓力作用下從牙根向牙尖方向流動，形成螺紋。擠壓螺紋組織更加質(zhì)密，金屬纖維連續(xù)，具有一定流線，在擠壓過程中產(chǎn)生的冷作硬化等現(xiàn)象更增強了其抗疲勞性和螺紋表面的耐磨性，使這樣的螺紋具有更高的抗拉和抗剪強度。

1. 問題產(chǎn)生

連桿是發(fā)動機中的重要零件之一，承受著高速交變重載荷，這就要求連桿的螺紋聯(lián)接應(yīng)穩(wěn)固可靠，不能有切屑，不可松動?，F(xiàn)以我廠一發(fā)動機連桿的螺紋加工為例，該連桿桿身與蓋的聯(lián)接處有兩個M12×1.25-5H6H的螺紋孔（見圖1），其中一個為通孔，一個為盲孔。連桿材料為45鋼，硬度為229～285HBW，螺紋表面粗糙度值要求為Ra=1.6μm，螺紋孔對結(jié)合面的垂直度要求為φ0.1mm，對大頭沉孔和端面位置度要求為φ0.2mm。對這種精度、強度等要求高的螺紋孔加工，若用傳統(tǒng)的的切削絲錐加工，經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗：其精度只能達到6H級以下，表面粗糙度值為Ra=3.2μm以上，并有擴孔現(xiàn)象，對結(jié)合面垂直度的合格率只有10%～20%，經(jīng)過修磨后的絲錐加工出的螺紋孔更差，而且螺紋孔內(nèi)殘留的切屑、毛刺不易清理干凈，會成為連桿螺栓松動的潛在風險，將直接影響整機性能。

圖1

2. 專用擠壓絲錐

針對這些問題，為提高螺紋孔的加工質(zhì)量，滿足圖樣要求，設(shè)計并采用了擠壓絲錐來解決這些問題，擠壓絲錐結(jié)構(gòu)如圖2所示。

擠壓絲錐的擠壓部位一般有兩種形式：圓錐形和圓柱形（見圖3）?？紤]到擠壓鋼件所需的擠壓力較大，因而設(shè)計中采用圓錐形絲錐。這種形式的絲錐擠壓力矩小，擠壓的螺紋表面質(zhì)量好。同時，擠壓絲錐的角α和其長度L也很重要，它決定參與擠壓的扣數(shù)，過大或過小對擠壓都有影響，過小會增加轉(zhuǎn)矩，過大容易損壞絲錐。

擠壓絲錐在擠壓內(nèi)螺紋時，螺紋的成形為“敞開式”，即絲錐只擠壓螺紋齒根，不參與齒頂?shù)某尚?。齒頂是金屬在擠壓力作用下從齒根向外溢流而形成。這種方式的成形可減少擠壓力，為金屬向牙頂方向溢流留出空間。但螺紋擠壓成形后齒頂位置不易充滿，會形成凹形，俗稱“雙眼

皮”（見圖4）。經(jīng)分析及實際驗證為正?，F(xiàn)象，不影響螺紋質(zhì)量。

圖2

圖3

擠壓絲錐在設(shè)計時考慮到擠壓加工沒有擴孔現(xiàn)象，又是在長時間的反復擠壓摩擦條件下工作，絲錐容易磨損，且考慮零件受擠壓后有回彈現(xiàn)象等因素，故擠壓絲錐的中徑和外徑要設(shè)計的略大些。

擠壓內(nèi)螺紋由于是在預制的底孔上一次冷擠成型的，所以對底孔的要求較高。它直接關(guān)系到加工螺紋的精度和擠壓絲錐的壽命。經(jīng)過多次工藝試驗，在保證質(zhì)量的前提下，盡量減小絲錐的擠壓力，提高絲錐的使用壽命，最終確定了該螺紋底孔直徑為φ11.4+0.07+0mm。

經(jīng)驗證底孔直徑經(jīng)過擠壓后成為螺紋孔的小徑，收縮回彈后落到φ11～φ11.1mm的范圍內(nèi)。而M12×1.25-5H6H的標準小徑為φ（10.648+0.265）m m，標準螺紋的工作高度為h=0.676mm，擠壓后的螺紋孔工作高度最小值為h′=(12-11.1) ÷2=0.45（mm），與標準螺紋孔的工作高度之比為：h′/h= 0.45/0.676=0.666。而擠壓成形的內(nèi)螺紋牙型高度為切削螺紋工作高度的2/3時，其承受的拉力比切削螺紋的強度還高。本工藝試驗也正是如此。

在擠壓絲錐結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計上，先后采用了以下3種結(jié)構(gòu)形式（見圖5），并最終確定使用了R槽形結(jié)構(gòu)。3種結(jié)構(gòu)形式具體為：①四棱形：這種結(jié)構(gòu)形式的絲錐，在使用時潤滑油不易進去，擠壓柱面寬，絲錐易磨損。②梯形槽形：這種結(jié)構(gòu)雖然改善了潤滑條件，但梯形槽的底部有尖角或圓角比較小，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，對絲錐的強度有影響，易擠壞絲錐。③R槽形：這種結(jié)構(gòu)的絲錐克服了以上兩種形式的缺點，經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗，使用效果很好，絲錐的使用壽命也長。

圖5

3. 結(jié)語

本擠壓絲錐的成功設(shè)計與應(yīng)用，使連桿的螺紋孔比切削螺紋孔表面質(zhì)量好許多，可達Ra=0.4μm。這就使得在裝配中用同樣大小的轉(zhuǎn)矩時，擠壓螺紋比原來的切削螺紋壓緊力更大，聯(lián)接更加牢靠，不易松動。同時擠壓螺紋在成形過程中不產(chǎn)生切屑，不會出現(xiàn)殘留毛刺現(xiàn)象，因此，其裝配質(zhì)量比切削螺紋更高，不會因為由此而產(chǎn)生工作中聯(lián)接松動的現(xiàn)象。

基于這些優(yōu)點，我廠生產(chǎn)的柴油機連桿質(zhì)量穩(wěn)定，每個絲錐可一次加工200～250件連桿，每班定額250件。攻螺紋深度為（24±0.5）mm。擠壓螺紋的精度穩(wěn)定在5H以上，表面粗糙度值穩(wěn)定在Ra=0.8～0.4μm以內(nèi)，螺紋孔對結(jié)合面的垂直度保持在0.05mm/100mm以內(nèi)。目前，經(jīng)此改進后，已加工了約60萬件此類連桿，經(jīng)市場反饋效果良好，沒有因為螺紋聯(lián)接而出現(xiàn)質(zhì)量事故。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，這種絲錐效果理想，特別對深孔、盲孔等的螺紋加工尤為適合，具有很大的推廣應(yīng)用價值。

收稿日期：（20150520）