鈦合金材料用絲錐的設(shè)計(jì)與加工

為滿足智能手機(jī)鈦合金螺母、航空企業(yè)的專用性要求，解決上述加工問(wèn)題的關(guān)鍵是提高鈦合金內(nèi)螺紋攻絲用絲錐的加工性能，必須對(duì)鈦合金攻絲用絲錐的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采取適當(dāng)加工條件。從絲錐的結(jié)構(gòu)形式、刀具參數(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)，這都是非常重要的措施，同時(shí)根據(jù)工件螺孔形式、螺孔精度要求、機(jī)床條件等諸多不同的條件設(shè)計(jì)、選用合適的絲錐。

一、絲錐材料的選用
采用硬質(zhì)合金作為刀具，以提高生產(chǎn)率。應(yīng)該選用與鈦合金親和力小、導(dǎo)熱性能良好、強(qiáng)度高的細(xì)晶粒鎢鈷類硬質(zhì)合金。同時(shí)絲錐也可選用高溫性能好的高速鋼：W2Mo9Cr4VCo8(M42)、 W6Mo5Cr4V2AI(501)及粉末冶金高速鋼。其次，為提高絲錐的使用性能，還可以對(duì)表面進(jìn)行涂層強(qiáng)化處理?？蛇x用TiAlCN、TiCN、TiAIN 、TiN等涂層，涂層后的刀具表面有硬層，耐磨性好，與被加工材料間的摩擦系數(shù)小，但不降低基體材料的韌性，刀具的耐用度顯著提高。
二、絲錐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在絲錐結(jié)構(gòu)方面，首先應(yīng)提高刀具材料的剛性，好的材料結(jié)合適當(dāng)?shù)娜芯咝问?，才能發(fā)揮出較好的性能。可以根據(jù)需要選用直槽絲錐、跳牙絲錐及修正齒型角絲錐等多種形式。
1、直槽絲錐
（1）絲錐前角和后角對(duì)其加工性的影響。
根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的觀察，加工鈦合金時(shí)，鈦合金被切削時(shí)易產(chǎn)生彈性變形和彈性恢復(fù)，使摩擦力和切削力增大，刀具磨損加快，被切螺紋精度降低。絲攻的前刀面崩損嚴(yán)重，多發(fā)生在切削錐上接近導(dǎo)向部分附近，開始是單個(gè)螺牙崩掉，繼而是幾個(gè)螺牙的前刀面連片的崩掉。這是由于該部位的切削刃接近于螺紋外徑，刀齒變尖，強(qiáng)度減弱。當(dāng)前角較大時(shí)，強(qiáng)度減弱更為明顯，刀刃受力集中在螺齒間部分，更易崩損。因此絲錐的合理前角應(yīng)根據(jù)被加工鈦合金材料的加工特性來(lái)選擇，應(yīng)選擇較小前角，為此選前角為5°左右。
后角選擇不當(dāng)對(duì)絲錐崩齒也有一定的影響，如果切削錐的后角太大，則絲錐回攻時(shí)未脫落的切屑及已脫落細(xì)小切屑容易從刃瓣背后擠進(jìn)去，而不是被切掉，與絲錐背面產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦和擠壓，有時(shí)也會(huì)引起絲錐前刀面的崩損。為了減小摩擦力和摩擦扭矩、避免絲錐粘屑、提高螺紋表面質(zhì)量，將加工鈦合金用絲錐后角加大為4°~8°。同時(shí)，整個(gè)絲錐牙型面應(yīng)全齒鏟背，保證齒側(cè)后角為30′~40′。
（2）普通材料通孔攻絲時(shí)，通常選取絲錐的切削錐長(zhǎng)度L5=2P，切削錐度Kr=17°，每齒切削厚度ac=P·sinKr/N(N 為齒數(shù))，N =3，P=1時(shí)，ac=0.09745mm。鈦合金通孔攻絲加工時(shí)，為降低攻絲切削力，選取切削錐長(zhǎng)度L5=(10~20)P。為保證順利導(dǎo)入螺紋底孔，按tanKr=(0.7~0.8)P /L 5 選取切削錐度，即Kr=4 °~2 °，每齒切削厚度：N=3，P=1時(shí)，ac=0.023~0.012mm;每齒切削厚度大幅減少。c. 為了減小摩擦和螺紋孔的擴(kuò)張量，加大校準(zhǔn)部分刀齒后角，將加工鈦合金用絲錐的倒錐度加大至(0.04~0.08)mm/25mm。
（3）精錐是攻絲加工時(shí)切制出最終完整牙型的精加工數(shù)控刀具，為了提高鈦合金攻絲的螺紋尺寸精度和表面質(zhì)量，必須提高精錐的尺寸精度和表面質(zhì)量，減少切削載荷。
（4）絲錐的槽形對(duì)加工的影響。絲錐容屑槽形狀對(duì)切屑的形狀有很大的影響，容屑槽應(yīng)能保證切屑的順利卷曲，并且有較大的容屑空間，對(duì)盲孔攻絲來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)尤其重要。
2、跳牙絲錐
（1）為了減小絲錐與工件上已切螺紋的摩擦力，在直槽絲錐或螺旋槽絲錐工作部分，同一刃瓣上的齒每隔一個(gè)去掉一齒，再把沿同一螺旋線方向相鄰2刃瓣上去齒的部位做到相互錯(cuò)開一個(gè)齒，這種絲錐就成為跳牙絲錐。由于間隔去掉齒而留出的空間給鈦合金工件的彈性變形留出了空間，減少了絲錐螺紋表面與工件螺紋表面間的摩擦力，降低了攻絲扭矩并減少了粘牙現(xiàn)象，改善了切削條件;同時(shí)去掉間隔齒而留出的空間可以容納一部分切削液，使得冷卻充分，降低切削熱，進(jìn)一步改善了切削條件。采用這種改進(jìn)的絲錐加工鈦合金上的螺紋，改善了螺紋的加工，效果十分明顯。
（2）加工跳齒絲錐時(shí)，其去齒形式為：保持切削錐部螺紋不變(即不改變切削圖形和切削厚度)，從切削錐部后的第二個(gè)完整齒開始，將校準(zhǔn)部分構(gòu)成螺旋線的各齒隔一圈去掉一圈，使絲錐切削條件有所改善，可以避免在校準(zhǔn)部分發(fā)生熔敷現(xiàn)象。去齒時(shí)，齒形殘留部分的最大直徑，約等于絲錐小徑或允許大于小徑0.1mm，最好不大于攻絲前的底孔直徑。應(yīng)注意避免砂輪碰到兩側(cè)齒形的齒面。
（3）同時(shí)還應(yīng)注意，應(yīng)在絲錐去齒前用三針測(cè)量中經(jīng)，否則就難以測(cè)量。因?yàn)檎也坏郊扰c絲錐在中經(jīng)線附近相切，又與去齒后殘留齒形不相碰的標(biāo)準(zhǔn)三針。
3、修正齒型角絲錐
（1）普通絲錐的牙形角與被加工螺紋型面牙型角相等。這樣絲錐側(cè)刃的隙角為0，切削鈦合金工件時(shí)，由于彈性變形和彈性恢復(fù)，使得絲錐側(cè)刃與工件摩擦較大，切削扭矩較大。為改善這種情況，可采用修正齒形角絲錐。修正齒型角絲錐的牙型角小于被加工螺紋的牙型角，即當(dāng)螺紋牙型角為60°時(shí)，修正齒型角絲錐的牙型角一般取為55°。由于絲錐采用55°齒型角在加工60°牙型角螺紋時(shí)，可保證絲錐和工件牙型間有足夠的側(cè)隙角，用于改善工件的彈性變形和彈性恢復(fù)，以減少摩擦使切削力下降。
（2）絲錐螺紋部分的錐度。
修正齒形角絲錐的牙型角小于被加工螺紋的牙型角，通過(guò)理論分析，為了使絲錐加工出正確的被加工螺紋牙型，必須使絲錐每個(gè)切削齒的齒尖均落在被加工螺紋的牙型面上。為此，在磨制絲錐齒形時(shí)，須將絲錐切削錐上的最后一個(gè)齒高于第一個(gè)齒，使切削錐各齒抬到同一平面來(lái)磨削，使得絲錐切削錐部螺紋型面有一個(gè)逐漸增大的較大的錐度，也就是要求的反向錐度，這點(diǎn)是修正齒形角絲錐與普通絲錐最大的不同，普通絲錐切削錐部螺紋型面是一個(gè)逐漸減小的錐度。在加工鈦合金時(shí)切削錐角取6°，修正齒形角絲錐的反向錐角可為39′。
（3）絲錐的螺紋中徑。
絲錐磨出反向錐度后，每個(gè)齒的中徑都是不相同的，一般都測(cè)量第一個(gè)校準(zhǔn)齒的中徑，采用55°角用三針測(cè)量。加工鈦合金時(shí)中徑的計(jì)算式為：d20=d2-0.07P。這種絲錐是將螺紋成形原理由標(biāo)準(zhǔn)絲錐的成形法改為漸成法，采用此種絲錐在鈦合金上攻螺紋時(shí)，與普通絲錐相比，切削扭矩可減小30%~35%；與跳牙絲錐比較，可減小20%~25%，這種絲錐精度要求高，制造比較復(fù)雜。