高速鋼鑲齒絲錐刀片的研制

■河南一工專用刀具有限公司 （新鄉(xiāng) 453002） 葛建華 閆永亮

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公司客戶提供一份絲錐圖樣（見圖1），要求按照?qǐng)D樣來制造所需的絲錐。該絲錐規(guī)格為M163×2-H2，寬度60mm，絲錐材料為W6Mo5Cr4V2高速鋼。由于絲錐直徑較大，因此高速鋼原材料要進(jìn)行鍛造、退火處理，再加上機(jī)械加工、淬火及回火等工序，經(jīng)過近兩個(gè)月的生產(chǎn)，才將2件絲錐交付用戶使用。

絲錐經(jīng)用戶使用后反映效果不錯(cuò)，但有以下兩個(gè)問題需要改進(jìn)：

一是絲錐費(fèi)用高。主要是絲錐采用高速鋼材料制造，僅原材料就達(dá)到12kg，再加上鍛造、機(jī)械加工及熱處理等費(fèi)用，絲錐價(jià)格自然不菲。同時(shí)，絲錐在鍛造過程中如果出現(xiàn)裂紋，或在使用中切削刃出現(xiàn)嚴(yán)重的崩刃，絲錐就將報(bào)廢，造成很大浪費(fèi)。

二是絲錐修磨困難。絲錐在磨損后一般是修磨前刀面，將絲錐裝上心軸，在萬(wàn)能工具磨床上進(jìn)行修磨，而使用廠家一般不具備絲錐的修磨能力，需要將絲錐送到專業(yè)刀具廠進(jìn)行修磨，周期較長(zhǎng)，因此廠家只能通過增加絲錐的庫(kù)存量來保證車間的正常生產(chǎn)，從而占用大量刀具費(fèi)用。

基于以上情況，用戶建議能不能設(shè)計(jì)制造鑲齒結(jié)構(gòu)的絲錐來使用，以降低刀具費(fèi)用。

1.鑲齒絲錐的設(shè)計(jì)

經(jīng)與用戶溝通，了解到該絲錐是用來加工重汽后橋減速器殼體上的大直徑螺紋孔，工件材料為球墨鑄鐵QT450-10，硬度160～210HB。經(jīng)認(rèn)真分析原整體絲錐的結(jié)構(gòu)，并參考鑲齒三面刃銑刀的形式，將該整體高速鋼絲錐改進(jìn)為鑲齒結(jié)構(gòu)絲錐（見圖2）。

設(shè)計(jì)步驟主要從以下幾方面進(jìn)行：

圖1

圖2

（1）絲錐前角：一般來說，絲錐前角大，鋒利性好，被加工面的表面粗糙度低，但切削刃磨損較快，被切螺紋的精度不夠穩(wěn)定。因此，為防止切削刃的損傷，前角要選得小一些。同時(shí)，絲錐前角有平面前角和曲面前角兩種形式。平面前角主要是為提高刀尖強(qiáng)度，而曲面前角則主要是為提高鋒利性和便于卷屑?？紤]到工件材料為球墨鑄鐵，故選定為平面前角，取值為3°，同時(shí)在絲錐刀體上加工出R12mm圓弧槽，以便于卷屑，絲錐刀體如圖3所示。

（2）絲錐的后角是沿切削錐用徑向鏟磨法獲得的阿基米德螺旋面，應(yīng)按照絲錐的類型、用途、尺寸和被加工材料來選取適當(dāng)?shù)暮蠼恰Ｒ驗(yàn)榻z錐后角過大容易產(chǎn)生崩齒和螺孔中徑擴(kuò)大的情況。因此在一般情況下，加工硬質(zhì)材料時(shí)選用2°～3°，加工軟質(zhì)材料用3°～4°。同時(shí)還要通過觀察絲錐使用后的情況來修正后角的大小，最終確定絲錐后角為3°。

（3）絲錐的倒錐、螺紋鏟背量：絲錐的倒錐主要是為了減少絲錐與被切螺紋孔之間的摩擦，減小切削扭矩，以及減小螺紋孔的擴(kuò)張量，綜合考慮倒錐選定為0.1/100mm。絲錐螺紋鏟背量按經(jīng)驗(yàn)選定為0.06～0.08mm，不宜過大，以防絲錐反轉(zhuǎn)時(shí)從刃背背面擠入碎屑。

2.鑲齒絲錐的制造

鑲齒絲錐的制造主要從以下幾方面進(jìn)行質(zhì)量控制：

（1）絲錐刀體：絲錐刀體采用40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼制造，硬度保持在35～40HRC。絲錐刀片槽采用線切割機(jī)床加工，前角3°，槽深24mm，要求在裝配刀片后，絲錐刀片端面高出刀體端面6mm左右。刀片槽前端的R12mm圓弧槽應(yīng)與刀片槽在一次裝夾中完成加工，以避免發(fā)生錯(cuò)位，造成在攻絲過程中發(fā)生擠屑的情況。

圖3

（2）絲錐刀片：如圖4所示，采用W2Mo9Cr4V2Co8（M42）超硬鈷高性能高速鋼制造，硬度保持在66～67HRC。首先絲錐刀片要進(jìn)行鍛造加工，應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造溫度，防止刀片出現(xiàn)裂紋。其次刀片上的齒紋采用線切割機(jī)床加工，在切開后可成為2個(gè)刀片的齒紋。經(jīng)加工后的刀片應(yīng)保證切削刃鋒利，表面不得有裂紋、崩刃以及磨削退火等影響使用性能的缺陷。

（3）鑲齒絲錐的裝配：在裝配絲錐刀片時(shí)，先用手將刀片輕輕插入到刀體刀片槽中，保持絲錐外徑留有1～2mm的余量，然后用紫銅棒或壓力機(jī)將刀片壓緊。由于絲錐刀片刃口鋒利，在裝配過程中一定要注意安全，必須輕拿輕放，防止手被劃傷造成事故。同樣，絲錐在磨損后需要修磨時(shí)，應(yīng)先將絲錐刀片反方向取出，并上移一個(gè)齒距1.5mm，然后按裝配要求將刀片壓緊即可進(jìn)行修磨。

（4）鑲齒絲錐的磨削加工：裝配后的鑲齒絲錐先在平面磨床上將絲錐刀片端面磨平，然后裝上心軸，在外圓磨床上磨絲錐大徑至尺寸。接著再在螺紋磨床上磨出絲錐螺紋，其螺紋牙型及公差（見圖5）。最后是鏟磨切削錐工序，可在螺紋磨床上或鏟齒車床上進(jìn)行鏟磨，鏟磨量K＝4mm。

3.鑲齒絲錐的使用

絲錐在攻絲時(shí)，由于軸向進(jìn)給量（等于螺距）較大，故轉(zhuǎn)速不能太高，否則將影響其強(qiáng)度和韌性，造成絲錐崩刃等情況。

圖4

圖5

同時(shí)，還要考慮工件材料因素，在加工鑄鐵時(shí)，切削速度可取10～15m/min，加工淬硬鋼時(shí)取3～5m/min?？紤]到用戶的攻絲設(shè)備為雙面鏜組合機(jī)床，因此切削速度不宜過高，推薦切削參數(shù)為：n＝12r/min（vc＝6.15m/min），f＝2mm/r。

經(jīng)用戶使用證明，鑲齒絲錐攻絲過程平穩(wěn)，被切螺紋精度符合圖樣要求。

4.結(jié)語(yǔ)

本次研制的鑲齒絲錐效果明顯，達(dá)到了耐用度高于整體高速鋼絲錐2倍以上，價(jià)格低于整體高速鋼絲錐近3倍的預(yù)期效果。同時(shí)，由于絲錐刀體可長(zhǎng)期使用的特點(diǎn)，后期僅需更換絲錐刀片即可，并且一套絲錐刀片可重復(fù)修磨3次以上，充分顯示出其高性價(jià)比的特點(diǎn)，為用戶減少了刀具費(fèi)用，在制造成本及使用上都得到了很好的經(jīng)濟(jì)性，具有一定的推廣價(jià)值。

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