擠壓絲錐在深孔螺紋加工中的應(yīng)用

襄陽福達(dá)東康曲軸有限公司 湖北襄陽 441000

1 序言

在深孔螺紋加工過程中，切削絲錐（見圖1）如果遇到冷卻不好或排屑不暢，會造成早期磨損、崩刃、斷裂等問題。擠壓絲錐（見圖2）作為近些年發(fā)展起來的一種絲錐類型，相對切削絲錐，其壽命、效率、成本及加工質(zhì)量等方面都有優(yōu)勢。

圖1 切削絲錐

圖2 擠壓絲錐

2 優(yōu)勢

2.1 壽命優(yōu)勢

公司某產(chǎn)品上有6個深度70mm的盲孔，需要加工內(nèi)螺紋。以往一直使用加長的切削絲錐，加工過程中絲錐壽命短、更換頻繁，絲錐異常失效的情況也時(shí)有發(fā)生。通過各種改進(jìn)方法，切削絲錐的壽命得到了提升，但還是不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為此，嘗試用擠壓絲錐替代切削絲錐。

擠壓絲錐選用國內(nèi)外知名品牌，分批進(jìn)行了試驗(yàn)。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，擠壓絲錐在壽命上明顯優(yōu)于切削絲錐，提升的效果呈幾何倍數(shù)，有幾款擠壓絲錐的壽命相對切削絲錐提升了40倍以上。

擠壓絲錐在前端參與擠壓的刃部磨損后，相鄰的校正齒參與擠壓。這時(shí)，擠壓絲錐參與擠壓的刃增加1個，加工的螺紋依舊是完整的螺紋，只是有效螺紋深度略有減少，其失效形式以螺紋變小為主。擠壓絲錐刃部出現(xiàn)小的缺損，不影響后續(xù)的使用，如圖3所示，可以繼續(xù)使用至出現(xiàn)螺紋變小。擠壓絲錐螺紋變小之前，往往伴隨著機(jī)床的轉(zhuǎn)矩劇烈變大，加工出現(xiàn)異響等現(xiàn)象，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

圖3 擠壓絲錐刃部缺損

2.2 效率優(yōu)勢

擠壓絲錐在使用過程中，由于壽命提升，換刀頻次急劇下降。以往切削絲錐需要每天更換數(shù)次，而擠壓絲錐數(shù)天才更換1次，效率明顯提升。另一方面，擠壓絲錐的加工轉(zhuǎn)速相對切削絲錐的轉(zhuǎn)速高，生產(chǎn)效率明顯提高。經(jīng)過實(shí)踐，鉆孔、鉸孔、倒角及攻螺紋一體的加工中心上，機(jī)加工時(shí)間縮短了14%，這意味著該工序的產(chǎn)能提升了14%。

2.3 成本優(yōu)勢

同規(guī)格的擠壓絲錐的單價(jià)一般明顯高于切削絲錐。由于部分?jǐn)D壓絲錐的壽命顯著高于切削絲錐，核算單件成本后，擠壓絲錐的單件成本相對切削絲錐下降≥50%。當(dāng)然，應(yīng)用場合不同，成本優(yōu)勢也不一樣。

在易加工的工況上，切削絲錐可以將成本下降到很低的級數(shù)，擠壓絲錐在這種情況下無法做到。但是，在難加工工況下，比如深孔螺紋、盲孔螺紋或者高黏性材料的加工，擠壓絲錐的成本優(yōu)勢比較明顯。

2.4 加工質(zhì)量優(yōu)勢

擠壓螺紋的強(qiáng)度高，據(jù)相關(guān)刀具廠家提供的數(shù)據(jù)，相對切削螺紋強(qiáng)度≥20%。強(qiáng)度提升是由于材料擠壓后產(chǎn)生塑性變形而形成螺紋，螺紋的材質(zhì)更加致密，螺紋表面在擠壓過程中出現(xiàn)冷作硬化，表面強(qiáng)度提升。目前各大主機(jī)廠也漸漸認(rèn)識到擠壓螺紋的強(qiáng)度優(yōu)勢，在新產(chǎn)品要求上也推薦選擇擠壓螺紋。

擠壓螺紋為無屑加工，杜絕了切削深孔、盲孔螺紋后，殘留切屑，導(dǎo)致裝配過程中螺栓與螺紋咬合，對螺紋造成破壞的問題。另外，加工過程中，擠壓絲錐出現(xiàn)崩牙后，不會造成工件爛牙。

3 局限性

3.1 設(shè)備精度要求高，轉(zhuǎn)矩要求大

擠壓絲錐只能使用剛性夾持刀柄，如果設(shè)備精度差，絲錐與底孔不同心，會造成一側(cè)螺紋牙頂高過大，一側(cè)牙頂高不足，導(dǎo)致螺栓與牙頂高不足的一側(cè)干涉，無法裝配。

從目前觀察設(shè)備轉(zhuǎn)矩監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來看，M12×1.25mm擠壓絲錐的轉(zhuǎn)矩相對切削絲錐要＞50%，但要明顯小于鉆孔的轉(zhuǎn)矩，一般設(shè)備即可滿足該擠壓絲錐的轉(zhuǎn)矩要求。但是，對螺距較大的擠壓絲錐，如M16×1.5mm的擠壓絲錐，就出現(xiàn)過主軸電動機(jī)過載報(bào)警的問題。所以，在嘗試擠壓絲錐之前，首先要對設(shè)備的轉(zhuǎn)矩是否符合要求進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 無法返工

擠壓絲錐未完全加工的螺紋，如深度不夠，中途斷絲錐，后續(xù)無法通過人工手動返工。通過設(shè)備返工，存在機(jī)床重復(fù)裝夾定位，螺紋軌跡不重合造成絲錐擠壓量過大，絲錐斷裂、螺紋孔爛牙等一系列的問題。一旦出現(xiàn)螺紋深度不夠，工件只能報(bào)廢。所以，擠壓絲錐加工完成的首件必須要仔細(xì)測量，防止出現(xiàn)批量報(bào)廢。

3.3 不能加工脆性材料

擠壓絲錐的原理是利用材料的塑性變形形成螺紋，脆性材料無法加工。

3.4 只適合加工螺距＜3mm的螺紋

材料的變形量有限，如果加工螺距＞3mm的螺紋，首先可能造成材料內(nèi)部撕裂，其次擠壓大螺距的螺紋，需要的轉(zhuǎn)矩一般設(shè)備難以提供。

3.5 對底孔鉆頭的選擇比較嚴(yán)格

目前很多刀具廠家推薦用擠壓絲錐加工鋼件時(shí)，底孔鉆頭直徑見公式（1）：

式中，d0為螺紋公稱直徑（m m）；P為螺距（mm）。

根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，這個公式并不完全適用，公司在48MnV鍛鋼材料上，計(jì)算的底孔直徑見公式（2），在擠壓螺紋形成后，最接近切削絲錐加工后的幾何尺寸。因此，底孔直徑的選擇要根據(jù)工件的材料來適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。

式中，d0為螺紋公稱直徑（m m）；P為螺距（mm）。

在加工過程中，發(fā)現(xiàn)加工的底孔直徑公差范圍不能超過±0.05mm，否則會造成牙高不符合要求。底孔過大會導(dǎo)致牙頂高不夠，底孔過小會導(dǎo)致牙頂高過高，牙頂?shù)脑卵佬螒B(tài)形成反包趨勢如圖4所示，甚至完全封閉。相對而言，底孔過大的危害要較小，對加工質(zhì)量的影響僅僅是牙頂高不夠；底孔過小的危害較大，會造成絲錐與工件的摩擦力劇增，甚至干涉，最終造成絲錐斷裂，且牙頂高過高，會造成工件在檢測時(shí)，螺紋塞規(guī)無法通過。

圖4 牙頂出現(xiàn)反包趨勢

4 結(jié)束語

擠壓絲錐作為新發(fā)展起來的一種絲錐類型，在深孔、盲孔及高黏性材料的小螺距螺紋加工中具有明顯的成本、質(zhì)量優(yōu)勢。通過對擠壓絲錐應(yīng)用的分析和試驗(yàn)，總結(jié)出擠壓絲錐的優(yōu)勢和局限性，給制造業(yè)選用擠壓絲錐提供了參考，也為擠壓絲錐的廣泛應(yīng)用提供了依據(jù)。