加工螺纹孔,如何选择削铣刀具?

2017年12月15日

螺纹是机械零件连接最常见的方法,而螺纹孔加工往往处于整个生产过程的末尾,一旦加工不合格,就会导致部件的报废或者更麻烦的再加工,因此它对工艺过程的安全性提出了更高的要求。加工螺纹孔有各种各样的刀具,常见的有螺纹车刀、丝锥、挤压丝锥、螺纹铣刀等等。如何选取正确的加工刀具?刀具的选择实际上是加工方法的选择,每种加工方法所使用的刀具各有不同。对于螺纹孔的加工,常见的有几种方式:攻牙、车削、挤压成型、螺纹铣削。下面我们先了解各种工艺方法的优缺点以及使用限制,在实际生产中,我们可以根据这些加工方法的特点,从技术和经济的角度来分析该采用哪种刀具进行加工。


  1、攻牙
  攻牙是螺纹孔加工中应用很广泛的一种方法。它可以借助刀具的几何形状确定螺纹的成型,所以加工时无需专用机床,在普通机床,生产线专机以及加工中心上都可以使用。攻牙过程是丝锥先正转进行切削,到螺纹底部时反转,离开工件,在非常狭窄的空间进行切削并将切屑排出。对于不同的加工条件,不同的加工材质,所选择的丝锥种类也不同。在小直径及大批量生产中多采用丝锥攻丝。

 

  2、车削加工
  车削加工螺纹是使用转位刀片进行车削加工,生产中常用的三角螺纹,其螺纹车刀切削部分的形状应与螺纹的轴向截面相符合。车削时,工件每转一转,车刀必须纵向移动一个导程(单头螺纹,导程=螺距),才能加工出正确的螺纹。车三角螺纹常用的方法有以下三种:
  A、直进法车螺纹。车螺纹时,经试切检查工件、螺距符合要求后,径向垂直于工件轴线进刀,重复多次,直至螺纹车好。这种车削方法牙形较准确。由于车刀两刃同时切削而且排屑不畅,受力大,车刀易磨损,切屑会划伤螺纹表面。
  B、斜进法车螺纹。当工件螺距大于3MM时,一般采用斜进法车加工螺纹,斜进法是车刀沿螺纹牙形一侧在径向进刀的同时作轴向进给,经多次走刀完成螺纹的加工,最后采用直进法吃刀,保证螺纹的牙形角的精度。
  C、左右进刀法。在普通车床,这种方法是用横拖板刻度控制螺纹车刀的垂直进刀,用小拖板的刻度控制车刀左右的微量进刀。当螺纹接近切成时,要用螺母或螺纹量规检查螺纹尺寸和加工精度是否合格。这种方法操作方便,因此应用较广。
  车削加工螺纹一般应用于直径较大的孔,而且工件能被牢固夹持在车床上进行旋转加工。


  3、挤压成型加工
  挤压加工属于无屑加工。加工过程与攻丝一样,挤压丝锥旋入预钻孔,在轴向和径向中挤出材料,从而形成特有的齿型螺纹轮廓。螺纹挤压成型适用于塑性变形比较好的材料,材料范围比较小,一般要求材料的断裂延伸率大于7%,而最大的抗拉强度小于1300N/MM。在铝合金加工中应用最多。


  4、螺纹铣削
  螺纹铣削的过程如下图所示,螺纹铣刀一般是先下降到螺纹孔底部,采用螺旋插补的方法靠近工件,沿螺纹孔旋转360度后在Z轴方向上上升一个螺距,然后离开工件。螺纹铣刀加工时扭矩较小,增加了工艺过程的安全性。它还具有广泛的适用性,可以加工各种不同的材料,而且在螺距相同的情况下,使用一把刀具可以加工出各种螺纹直径或者公差范围的螺纹。缺点是:要求机床是三座标的数控机床,另外相对于丝锥而言,其加工效率是比较低的,刀具成本也比较高,所以适用于小批量生产中大直径螺纹孔的加工。
  我们刚才提到,丝锥是目前使用最广泛的小直径螺纹孔的加工刀具,而且攻牙是比较复杂的加工过程,因此加工过程碰到的问题也就比较多了。丝锥常见问题包括断裂、崩刃、磨损等。断裂主要是沿丝锥整个横截面裂开,崩刃的表现为切削刃崩掉,而丝锥的磨损是指丝锥、板牙使用时间不长,其切削刃就被磨掉一部分,使牙型尺寸变小而无法使用。这三种方式失效的丝锥都远未达到正常的使用寿命。在丝锥加工中出现这些问题后,我们可以着重从以下几个方面来进行分析。
  1、机床问题
  检查机床是否正常运作,主轴跳动是否过大,机床主轴与底孔是否同轴,加工程序是否正确等等。
  2、工件材料
  检查工件的材料强度是否太高,材料质量是否稳定,有没有气孔、残碴等。
  3、螺纹底孔直径及孔深
  检查螺纹底孔直径是不是正确,如果底孔直径太小,则丝锥切削时根部接触到工件,容易引起丝锥折断。螺纹底孔的直径在丝锥样本中都有标出,或者也可以用(底孔直径=螺纹直径-螺距)这个公式得出底孔直径。对于挤压丝锥,螺纹底孔的直径与切削丝锥是不一样的,也可以按公式(底孔直径=螺纹直径-螺距/2)算出大概的底孔直径。
  对于盲孔,还需要考虑底孔的深度。由于丝锥前端都有几个切削牙,这些切削牙的直径比较小,不能算是有效螺纹,因此底孔的深度还要考虑切削牙的深度以及丝锥前端的尖角部分的尺寸。在生产中,也发生过底孔不够深,丝锥前端碰到孔底引起丝锥折断的例子。
  4、是否选用了正确的丝锥类型
  前面提到,对于不同的加工条件,不同的加工材质,所选择的丝锥种类也不同。首先对于通孔和盲孔两种不同的加工条件,选择的切削丝锥种类不同。对于长切屑的材质,比如钢,在通孔的情况下,选择直槽丝锥,切屑往下排,盲孔的情况下,选择螺旋丝锥,切屑往上排。对于短切屑材质,比如铸铁,铁屑是碎屑,可以容纳在排屑槽内,因此通孔和盲孔都可以用直槽丝锥加工。还有一种情况,左旋丝锥它所形成的往下的切屑是分开的,这种丝锥适用于工件与工装靠得比较近,排屑空间不够的场合。点焊机
  生产中,我们也经常看到,在通孔的加工中采用螺旋槽丝锥,这是一种不正确的使用方法。有三个理由:其一,螺旋槽丝锥是向上排屑,为了达到这个效果,丝锥本身的结构就比较复杂,刚性不好,而且切屑传输的行程较长,在螺旋槽传输过程中容易出现卡住的情况,引起崩刃或折断。其二,两种丝锥前面的切削牙数不一样多。螺旋槽丝锥一般是2-3个切削牙,而直槽丝锥是3-5个切削牙。丝锥的寿命是与切削牙的个数成正比的。其三,螺旋槽丝锥比直槽丝锥价格贵一些,经济性不好。
  另一方面,对于切削丝锥,加工不同的材质,我们应该选择不同槽型的丝锥。丝锥上有各种角度,比如前角、后角、导向角、刃倾角等等,这些角度的设计是根据不同材料的特性,举个例子,钢件与铸铁,由于钢件的切屑比较长,丝锥的前角设计就大一些,而铸铁的铁屑一般是碎屑,前角就比较小,甚至是0°前角。刀具公司会针对不同的工件材质给出不同的推荐丝锥,对于加工钢件、铝合金、铸铁、不锈钢等常见材质的丝锥,还可能会在柄部用不同的色圈来区分。


  5、切削参数
  切削参数非常重要,不同类型的丝锥,不同的加工条件,不同的工件材质,应该选择不同的参数。比如说高速钢丝锥与硬质合金丝锥在相同的条件下线速度差别很大,这个转速有一定的范围,高速钢丝锥的线速度一般在20M/MIN以内(丝锥的进给是固定的,就是螺距),过快或者过慢都会导致丝锥失效,选择合适的切削参数可以在保证生产效率的同时达到比较高的刀具寿命。


  6、冷却和润滑
  我们前面提到,丝锥是在非常狭窄的空间进行切削并将切屑排出,在加工过程会产生大量的热,因此,冷却和润滑很重要。对于韧性比较大的材料,可以加大冷却液的浓度,或者是采用油性冷却液。

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