鈦合金小直徑螺紋攻絲研究

□吳東

中國空空導(dǎo)彈研究院 河南洛陽 471009

鈦合金是一種具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐熱等特點(diǎn)的金屬材料，攻絲困難。筆者以TC4鈦合金為例，在手工攻絲的條件下，從絲錐材料、絲錐結(jié)構(gòu)、螺紋底孔、冷卻液四個(gè)方面研究提高鈦合金小直徑螺紋攻絲效率的方法。

1　鈦合金攻絲影響因素

一般而言，影響鈦合金小直徑螺紋攻絲的因素主要有四個(gè)方面。

（1）絲錐材料。由于鈦合金強(qiáng)度高，韌性好，化學(xué)活性高，因此絲錐材料應(yīng)具有以下特質(zhì)：足夠高的硬度、強(qiáng)度、剛性和耐磨性，與鈦合金的親和能力要差［1-2］。

（2）絲錐結(jié)構(gòu)。絲錐結(jié)構(gòu)一般有螺旋槽絲錐、螺尖絲錐、擠壓絲錐和直槽絲錐等，各種絲錐結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和用途見表1。針對鈦合金攻絲，特殊結(jié)構(gòu)的絲錐有短刃瓣絲錐、跳牙絲錐、短校準(zhǔn)段絲錐等［3-6］，其中短刃瓣絲錐比較容易制作，如圖1所示，跳牙絲錐如圖2所示。

（3）螺紋底孔。鈦合金回彈量大，加工螺紋底孔時(shí)加大鉆頭直徑，可加工出滿足螺紋公差要求和螺紋連接強(qiáng)度要求的底孔，以利于減小切削余量，降低攻絲扭矩，避免絲錐折斷［7］。

（4）切削液。鈦合金回彈量大，導(dǎo)致攻絲時(shí)接觸面積大、摩擦力大，因此散熱和潤滑成為制約攻絲質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素之一［8］。

2　試件準(zhǔn)備

試驗(yàn)采用厚度為8 mm的TC4鈦合金板，鈦合金板外形尺寸為150 mm×100 mm，M3螺紋底孔直徑為2.46～2.59 mm［9-10］。 試件如圖3所示。

表1　絲錐結(jié)構(gòu)及用途

3 試驗(yàn)情況及分析

3.1　絲錐材料

不同絲錐材料試驗(yàn)情況見表2。

由表2可見，鈷高速鋼絲錐加工螺孔數(shù)量最多，且攻絲時(shí)間最短，針對鈦合金材料的高速鋼絲錐次之，普通絲錐則不適合加工鈦合金。

▲圖1 短刃瓣絲錐

▲圖2 跳牙絲錐

▲圖3 試件

表2　不同絲錐材料試驗(yàn)情況

3.2　普通絲錐結(jié)構(gòu)

不同普通絲錐結(jié)構(gòu)試驗(yàn)情況見表3、表4。

表3　不同普通絲錐結(jié)構(gòu)通孔試驗(yàn)情況

表4　不同普通絲錐結(jié)構(gòu)盲孔試驗(yàn)情況

由表3、表4可見，加工通孔時(shí)螺尖絲錐具有明顯優(yōu)勢，無論加工數(shù)量還是時(shí)間都為最優(yōu)；而加工盲孔時(shí)螺尖絲錐和螺旋槽絲錐單個(gè)螺紋孔加工時(shí)間相差不多，分析原因?yàn)樵嚰械穆菁y孔深度較淺，因此螺旋槽絲錐的排屑優(yōu)勢并不明顯。

3.3　特殊絲錐結(jié)構(gòu)

特殊絲錐結(jié)構(gòu)試驗(yàn)情況見表5。

表5　特殊絲錐結(jié)構(gòu)試驗(yàn)情況

由表5可見，特殊結(jié)構(gòu)絲錐相比普通絲錐，加工螺紋數(shù)量均有提高，其中短刃瓣絲錐提高最明顯。短刃瓣絲錐加工過程中切削力減小，攻絲后合格率提高，加工時(shí)間縮短。

3.4　攻絲液

不同攻絲液試驗(yàn)情況見表6。

表6　不同攻絲液試驗(yàn)情況

由表6可見，潤滑比冷卻更重要，特別是深孔加工時(shí)，要求攻絲液具有較強(qiáng)的抗擠壓能力，加工過程中不能被擠出，這樣才能保證絲錐切入和退出時(shí)比較順暢。

3.5　螺紋底孔

不同螺紋底孔試驗(yàn)情況見表7。

由表7可見，隨著螺紋底孔的增大，每個(gè)螺紋孔的平均加工時(shí)間有顯著縮短，當(dāng)?shù)卓准庸さ焦钌舷迺r(shí)，效率提高近1倍。攻絲完成后，螺紋底孔及螺紋中徑會有一定的回彈量，導(dǎo)致螺紋底孔及中徑偏小。針對這個(gè)現(xiàn)象，又做了對比試驗(yàn)，最終得出小徑收縮量的變化，如圖4所示。由圖4可見，小徑越大，余量越小，收縮量就越小；絲錐越鋒利，容屑空間越大，去除材料越方便，收縮量也就越小。因此，底孔盡可能加工到公差上限，考慮攻絲后的收縮率，可適當(dāng)增大螺紋底孔直徑，如底孔直徑由2.5 mm增大為2.6 mm，則加工余量減小50%多，假設(shè)一副絲錐去除余量一定，則絲錐耐用度將大幅提高，加工效率也將明顯提升。

表7　不同螺紋底孔試驗(yàn)情況

▲圖4 小徑收縮量變化圖

4　結(jié)論

針對鈦合金小直徑螺紋進(jìn)行加工試驗(yàn)，得出結(jié)論。

（1）絲錐材料選取鈷高速鋼絲錐，耐用度較好。

（2）對于通孔螺紋或長徑比小于2的盲孔螺紋，螺尖絲錐有較好的加工效率。對于長徑比大于2的盲孔螺紋，螺旋槽絲錐加工效率較高。

（3）短刃瓣絲錐可以有效減小攻絲的切削力，提高攻絲效率，提高絲錐耐用度。

（4）攻絲時(shí)選用潤滑性好的攻絲油，可以減小切削力，提高攻絲效率。

（5）小直徑螺紋攻絲時(shí)，底孔越大，效率越高，絲錐耐用度就越高。鈦合金攻絲后，小徑和中徑會收縮，余量越大則收縮量越大。對于6H螺紋，推薦底孔直徑如下：M2螺紋為 1.65～1.7 mm，M2.5螺紋為 2.1～2.15 mm，M3螺紋為 2.55～2.6 mm。

［1］ 任紅軍，鞠偉，張俊霞.鈦合金攻絲技術(shù)及絲錐改進(jìn)［J］.機(jī)械制造，2005，43（3）:55-57.

［2］ 鮑秀森.鈦及鈦合金的切削加工［J］.機(jī)械制造，2000，38（2）:42-44.

［3］ 茍琪.振動攻絲螺紋［J］.機(jī)械制造，1998，36（2）:18-19.

［4］ 張勇，顏德.鈦合金材料小直徑螺紋盲孔攻絲技術(shù)［J］.國防制造技術(shù)，2011（1）:26-29.

［5］ 顧成軍，袁安富.鈦合金小直徑盲孔攻絲加工［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（6）：60-61.

［6］ 韓榮第，于啟勛.難加工材料切削加工［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［7］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［8］ 陳魁.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［9］ 李企芳.難加工材料的加工技術(shù)［M］.北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［10］傅玉燦.難加工材料高效加工技術(shù)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.