高硬度材料攻丝: 如何对丝锥进行优化改进

　　众所周知，在所有使用丝锥攻丝的工况中，高硬度材料攻丝一直都是一个富有挑战性的难题。

　　原因很简单，费刀!一把成本几百、几千的丝锥，很可能只加工了几个、几十个螺纹孔就攻不动了，这无疑极大的增加了丝锥使用成本。

　　那么，有没有较好的方法来解决或者改善高硬度材料攻丝费刀这种状况呢?

　　答案当然是肯定的。本文就提供一个真实的案例：在现有条件下，如何优化普通丝锥加工高硬度合金材料。

　　一、问题的提出

　　泰安航天特种车有限公司的主要产品是特种重型运载、牵引汽车，在生产过程中，常遇到加工高硬度合金材料如40Gr、40Mn和35GrMo等的情况，热处理硬度38～44HRC。

　　采用国产普通M8丝锥(见下图)来加工标准的内螺纹孔，在攻螺纹过程常出现攻不动螺纹，或者丝锥扭断现象。随后，更换进口高硬度丝锥，结果丝锥仍然扭断，影响了车间的正常生产进度。

　　为解决这一问题，我们对丝锥进行了改进设计。

　　二、丝锥扭断原因探究

　　在攻螺纹时，导致丝锥发生断裂的因素很多，但主要因素为切削抗力过大。切削抗力主要受丝锥的切削负荷影响。切削负荷主要受丝锥各刀齿的切削厚度、工件材质及热处理状况等因素的影响。而丝锥的结构参数与切削厚度的关系存在以下关系：

　　Ac=P·tanKr/Z

　　式中，Ac为丝锥的每齿切削厚度;P为丝锥的螺距;Kr为导向切削锥角;Z为丝锥槽数。

　　分析该式发现，可以通过改变丝锥本身的结构参数来改变丝锥的切削受力点，从而达到改变切削抗力。对于国产普通丝锥，在其丝锥螺距一定的前提下，丝锥刃槽为定值。进而我们可以减小丝锥的导向锥角，使切削转矩下降。

　　在实际生产过程中，公司使用的丝锥以标准普通碳素合金钢材质为主，丝锥的硬度为59～62HRC，大于一般工件的硬度，之所以发生攻不动螺纹，是由于丝锥的受力点与铰杠的加力点距离过长，也就是力矩太长，攻螺纹时丝锥受力不均衡，丝锥体扭动(并非绕轴线平稳转动)，造成无法攻螺纹。因此，可以通过减小丝锥柄的长度来提高丝锥的切削力距。

　　三、普通丝锥的结构改进

　　通过比较分析，综合各方面资料可知，较为合理的切削厚度应控制在0.03～0.06mm，其合理的丝锥导向锥角应控制在6°～12°。可分为3个角度阶段，加第4根标准丝锥，简称4联锥，同时在保证丝锥的刀体强度、防止产生切屑挤塞的前提下，对丝锥进行改进设计。

　　首先，通过修磨国产普通丝锥，将丝锥切削导向锥角修磨为7°，丝锥的完全螺纹部分保留为3扣丝，使受力点向丝锥的锥柄部延伸，工件受力的力矩缩短，增强了丝锥的切削转矩，同时将丝锥柄的长度由50mm修磨到30mm，进一步增强丝锥的切削力矩(见上图)，为了增加切屑的排除，可以适当地增加容屑槽的长度。

　　而后，将第2根丝锥的切削导向锥角修磨为9°(见下图)，丝锥的完全螺纹部保留为7扣丝，从而使受力点也向锥柄部延伸。再将第3根丝锥的切削导向锥角落修磨为12°(见下图)，丝锥的完全螺纹部保留为9扣丝，受力点也适当延伸，第4根丝锥为标准丝锥，4根丝锥的受力点不同，使切削力均布分散在4根丝锥上。

　　其次，修磨丝锥后角。对于硬度较高的材料，为减小丝锥与工件之间的摩擦力，用片状砂轮机或工具磨床修磨改进后的丝锥，将修磨处的丝锥螺纹后角修磨至4°～6°。攻螺纹顺序为：使用12°丝锥攻螺纹→使用9°丝锥攻螺纹→使用7°丝锥攻螺纹→使用普通丝锥攻螺纹。

　　在攻螺纹过程中，针对容易发生丝锥扭断的现象，可根据材质的不同硬度，适当增大工件底角直径，便于金属切削屑的排除。

　　四、攻螺纹方法的工艺优化

　　对工件螺纹的加工，可以用以上3种改制丝锥加1根标准丝锥，配合铰杠，保持丝锥润滑，依次攻螺纹完成。在攻螺纹过程中，要注意丝锥与工件被加工孔保持垂直，适度用力顺时针旋转铰杠，攻螺纹过程中要及时调整保持丝锥的垂直。为避免丝锥折断，要经常增加丝锥的回转圈数，将切屑及时排出深孔。

　　在标准螺纹直径的基础上(允许的公差范围内)，适当增加内螺纹底孔的直径，以减小丝锥的切削阻力，改善切削条件，防止丝锥的扭断，延长丝锥的使用寿命。

　　五、结语

　　使用经过改进的丝锥进行攻螺纹时，丝锥的强度明显增强。5年来，在加工热处理硬度38～44HRC高硬度合金材料的制件中，从未出现丝锥攻不动螺纹及丝锥扭断的现象(修改锥度的丝锥也可选用使用过的旧丝锥)。

　　在日常攻螺纹过程中，如有再硬的工件时，还可再增加丝锥的件数(注：这里应指的是分锥数量)，将丝锥所受力均匀分布在各丝锥上。加工的内螺纹孔表面质量良好，从而保证了产品质量。

　　文章摘自《金属加工(冷加工)》2015年第16期

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