導(dǎo)語(yǔ)：擠壓絲錐在數(shù)控加工的運(yùn)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

采用切削絲錐加工螺紋孔時(shí)，由于攻絲時(shí)切斷了金屬纖維流向，螺紋孔容易出現(xiàn)強(qiáng)度低、粗糙度差、精度低、孔內(nèi)切屑?xì)埩舻葐?wèn)題，在調(diào)試安裝過(guò)程經(jīng)螺釘反復(fù)旋進(jìn)旋出數(shù)次后,螺紋孔就容易被破壞,影響零件使用，對(duì)于塑性較好的鋁合金零件尤其明顯。近年來(lái)，部分企業(yè)逐步使用擠壓絲錐加工螺紋孔，通過(guò)擠壓絲錐在預(yù)制好的光孔內(nèi)擠壓成型，金屬纖維未被切斷，不產(chǎn)生切屑，同時(shí)螺紋孔具有更大的承載能力，這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)度較低的材料如鋁合金零件特別有利。但在應(yīng)用時(shí)，常因?qū)ζ溲芯坎坏轿?，加工路線、底孔直徑、轉(zhuǎn)速、冷卻液等工況參數(shù)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致加工的螺紋出現(xiàn)底孔偏大、螺紋規(guī)檢驗(yàn)不合格、絲錐折斷甚至工件報(bào)廢等問(wèn)題。所以，針對(duì)鋁合金零件研究采用擠壓絲錐加工螺紋孔工藝路線及切削參數(shù)具有重要意義。

1擠壓絲錐數(shù)控加工特點(diǎn)

擠壓絲錐加工螺紋孔的方法就是將擠壓絲錐擠入預(yù)制好的底孔內(nèi)，擠壓絲錐在主軸的帶動(dòng)下，背棱擠入工件預(yù)制底孔的內(nèi)表面形成螺紋，而被擠出的金屬被迫在徑向內(nèi)移動(dòng)流入絲錐扣之間的間隙，工件螺紋牙形移入絲錐扣之間的間隙，使工件螺紋的牙形高度逐漸變大。當(dāng)絲錐擠壓錐部的第一個(gè)棱齒擠入預(yù)制孔內(nèi)時(shí)，擠壓處的金屬產(chǎn)生塑性變形，棱齒離開(kāi)材料后被擠壓部分符合卸載定律，即彈性變形部分將被恢復(fù)，而塑性變形部分得以保留，絲錐第二個(gè)棱齒繼續(xù)擠壓該處，材料再次發(fā)生彈塑性變形，第二個(gè)棱齒離開(kāi)后，該處又產(chǎn)生彈性恢復(fù)，而塑性變形保留，依此類推，擠壓錐部棱齒全部加工完后，便形成了一個(gè)完整的牙形。每個(gè)牙型經(jīng)歷初始咬入、擠壓變形、擠壓彎曲與翻轉(zhuǎn)成形等四個(gè)過(guò)程最終形成完整牙型。在加工過(guò)程中由于金屬材料受到擠壓絲錐棱齒的反復(fù)擠壓，減小了應(yīng)力集中;螺紋孔表層在成型過(guò)程中產(chǎn)生冷作硬化,形成強(qiáng)化層,強(qiáng)度顯著提高,表面質(zhì)量較好。

2擠壓絲錐數(shù)控加工技術(shù)

2.1工藝路線

螺紋孔加工常規(guī)工藝路線為：中心鉆點(diǎn)出孔位→鉆頭鉆底孔→擠壓絲錐攻絲。工在實(shí)際加工過(guò)程中,容易出現(xiàn)螺紋爛牙、絲錐折斷等問(wèn)題。主要原因是鉆孔后孔內(nèi)有積屑及加工時(shí)冷卻潤(rùn)滑條件差,對(duì)于M3以下小螺紋孔這個(gè)問(wèn)題尤其嚴(yán)重，導(dǎo)致絲錐擠壓螺紋時(shí)發(fā)生爛牙，積屑較多較大時(shí),因擠壓絲錐所受扭距急劇增大而導(dǎo)致異常折斷，相對(duì)于貫通螺紋孔而言，盲螺紋孔更加容易出現(xiàn)孔內(nèi)積屑問(wèn)題。因此,針對(duì)這種問(wèn)題，更改工藝路線為:中心鉆點(diǎn)出孔位→鉆頭鉆底孔→倒角刀孔口倒角→擠壓絲錐攻絲，在攻絲前增加倒角以容納冷卻液，由于倒角加工占螺紋孔加工總用時(shí)不到5%，增加該步驟不會(huì)明顯降低效率，卻能明顯延長(zhǎng)絲錐壽命。同時(shí)鉆頭鉆孔深度比絲錐深0.5mm以暫時(shí)容納鉆屑。

2.2擠壓絲錐的選用

擠壓絲錐的棱數(shù)有三、四、六幾種。三棱擠壓絲錐在加工過(guò)程中，接觸工件弧長(zhǎng)短，攻絲扭矩較小，但由于是奇數(shù)棱，平穩(wěn)性差，且其橫截面積小，故壽命低于多棱絲錐。而六棱雖然單位刃所受應(yīng)力小，承載能力及平穩(wěn)性都較好，但由于受鏟背量限制，一般只用于M6以上大規(guī)格絲錐，綜合考慮，對(duì)于M1.6到M4的絲錐，選用四棱擠壓絲錐較為合理。擠壓錐部分長(zhǎng)度L=4X螺距，可同時(shí)滿足盲螺紋孔和貫通螺紋孔的加工,屬通用型擠壓絲錐，因加工中心需同時(shí)完成銑削、鉆孔、攻絲等加工，刀庫(kù)位置相對(duì)有限，在而大部分零件同時(shí)有盲孔及通孔，故一般選用能同時(shí)加工盲孔及通孔的通用型絲錐。

2.3預(yù)制底孔直徑

計(jì)算根據(jù)“在冷塑性加工的條件下，金屬材料的體積和密度不變”這一擠壓成形基本規(guī)律可知，在螺紋孔加工過(guò)程中，塑性變形量的大小主要由工件的預(yù)制底孔尺寸確定，底孔尺寸不僅直接影響到螺紋孔表面的質(zhì)量,而且關(guān)系到擠壓過(guò)程是否能順利進(jìn)行，合理選擇底孔尺寸能攻出合格的螺紋孔及延長(zhǎng)絲錐使用壽命。研究分析表明，多數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式都沒(méi)有考慮所用絲錐的牙形的尺寸，材料的機(jī)械性能，刀具內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)形式，并且沒(méi)有確定孔徑的公差范圍。因此，生產(chǎn)中采直接采用上述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算工件底孔直徑，并不能達(dá)到最佳效果，這就需要通過(guò)理論計(jì)算、模擬分析以及加工試驗(yàn)最終確定工件底孔直徑的極限值。影響選擇擠壓螺紋底孔直徑的主要因素有:螺紋牙距、牙型高度、螺紋精度等級(jí)、材料性能、螺孔深度、粗糙度等。當(dāng)然，許多因素是難于準(zhǔn)確計(jì)算的。但是依據(jù)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，鋁合金螺紋孔影響最大的因素是牙型高度和螺距，預(yù)制孔一般按下式計(jì)算：式中，d孔為預(yù)制底孔直徑；D為螺紋大徑；η為螺紋牙型高度；P為螺距。若預(yù)制底孔直徑較大，擠壓后牙型頂部缺肉明顯，牙形高度明顯不足，螺紋底孔偏大，達(dá)不到增加螺紋強(qiáng)度的作用，也達(dá)不到檢驗(yàn)要求。隨著預(yù)制底孔直徑的減小，內(nèi)螺紋的牙形高度逐漸增大，符合螺紋質(zhì)量要求，若再繼續(xù)減小預(yù)制底孔直徑，，螺紋牙高的增加緩慢，而絲錐的扭矩上升明顯，絲錐折斷風(fēng)險(xiǎn)大大增加。所以對(duì)于塑性較好的鋁合金而言，底孔可以適當(dāng)小些，但在數(shù)控加工實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)零件振動(dòng)、孔內(nèi)積屑、潤(rùn)滑不充分等惡劣工況，底孔又需要適當(dāng)大些，綜合考慮，牙型高度控制在80%~90%的范圍比較合理。

2.4冷卻潤(rùn)滑液的選擇

由于攻絲屬于封閉式加工，與車削、銑削相比，加工條件惡劣，冷卻潤(rùn)滑效果對(duì)加工質(zhì)量及刀具壽命影響更大。在螺紋孔擠壓成形過(guò)程中，擠壓絲錐與鋁合金材料之間發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦及塑性變形，引起溫度升高，潤(rùn)滑效果不好，絲錐與金屬表面直接接觸上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生金屬粘結(jié)以及粘結(jié)磨損，導(dǎo)致螺紋表面撕裂、劃傷等缺陷，造成絲錐磨損，甚至折斷，冷卻潤(rùn)滑液除了冷卻作用外，更重要的作用是潤(rùn)滑。相對(duì)于銑削和鉆孔，攻絲對(duì)潤(rùn)滑的要求高得多，所以，為滿足數(shù)控加工中心各種工況需求，一般選用濃度為5%的乳化液作為冷卻潤(rùn)滑液。由于乳化液使用一段時(shí)間后懸浮液內(nèi)會(huì)混入雜物產(chǎn)生輕微變質(zhì)，在使用折光儀測(cè)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生濃度“虛高”的現(xiàn)象，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中為了便于維護(hù)管理，濃度可適當(dāng)提高至6%~7%。

2.5擠壓速度的確定

數(shù)控加工中心大都采用剛性攻絲，即主軸的旋轉(zhuǎn)角度和Z軸的進(jìn)給量建立同步關(guān)系。采用剛性攻絲時(shí)，絲錐的轉(zhuǎn)速將直接影響螺紋孔成形速度。而相關(guān)資料對(duì)擠壓絲錐的轉(zhuǎn)速有不同的理解,而且差距較大，從300r/min到4000r/min都有。但是，在刀具材質(zhì)、加工材料、螺孔規(guī)格確定的前提下,總有較為合理的轉(zhuǎn)速。即保證螺紋孔質(zhì)量的前提下，選取兼顧效率、刀具壽命、主軸負(fù)載的合理轉(zhuǎn)速，由于這方面的研究較少，筆者應(yīng)用正交試驗(yàn)法開(kāi)展分析，確定合理轉(zhuǎn)速。選取常用螺紋規(guī)格在數(shù)控加工中心上試驗(yàn)，加工100個(gè)深度為9mm的螺紋孔，統(tǒng)計(jì)其用時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。由表2可知，以M2X0.4為例，主軸轉(zhuǎn)速在500r/min時(shí)，100個(gè)螺紋孔用時(shí)14′53″，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐漸降低，到3500r/min時(shí)，僅4′24″。由圖3可知，在1000r/min以內(nèi)時(shí)，曲線較陡，轉(zhuǎn)速對(duì)加工時(shí)間影響較大，隨著轉(zhuǎn)速的提高，對(duì)加工時(shí)間的影響逐漸減小。到2000r/min以上，曲線平緩，對(duì)加工時(shí)間的影響逐漸減小，對(duì)于單個(gè)螺紋孔而言，轉(zhuǎn)速3000r/min與3500r/min加工用時(shí)僅相差0.08s，M3X0.5螺孔變化規(guī)律與M2X0.4相近，只是螺距更大，加工同樣深度的螺孔用時(shí)更少，100個(gè)螺紋孔用時(shí)少2′43″但隨著轉(zhuǎn)速的增加，M2、M2.5、M3各種規(guī)格螺紋孔用時(shí)相差逐漸減小，到3500r/min，三種規(guī)格螺紋孔相差僅24″。在實(shí)際生產(chǎn)中，過(guò)高的轉(zhuǎn)速可能會(huì)導(dǎo)致使絲錐攻到底時(shí)主軸還未到最高轉(zhuǎn)速，加工出來(lái)的螺紋孔質(zhì)量較差，機(jī)床負(fù)載過(guò)大，如轉(zhuǎn)速為500r/min主軸負(fù)載僅為最大負(fù)載的15%，到3500r/min變?yōu)?3%，絲錐容易折斷，同時(shí)機(jī)床承受較大的負(fù)載慣量，容易損壞。所以，有的機(jī)床攻絲轉(zhuǎn)速上限為2500r/min。綜上所述，為保證擠壓效率，轉(zhuǎn)速高些好，但要確保螺紋精度及機(jī)床保養(yǎng)，轉(zhuǎn)速就不能過(guò)高，以2000r/min以內(nèi)為宜，即M2、M2.5、M3最高轉(zhuǎn)速可分別取2000r/min、1750r/min、1500r/min。

3結(jié)論

擠壓絲錐數(shù)控加工由于工藝路線及工藝參數(shù)選用不當(dāng)導(dǎo)致螺紋爛牙、底孔偏大、絲錐折斷甚至工件報(bào)廢等異常情況，針對(duì)這類問(wèn)題，從工藝路線改進(jìn)、刀具選型、底孔直徑公式推算、擠壓速度驗(yàn)證、冷卻液濃度分析等參數(shù)入手機(jī)械實(shí)際加工驗(yàn)證。得出了按牙型高度為80%~90%加工預(yù)制孔直徑，選用冷卻液濃度為6%~7%乳化液用以冷卻潤(rùn)滑，同時(shí)確定M2、M2.5、M3最高轉(zhuǎn)速可分別取2000r/min、1750r/min、1500r/min等參數(shù)可獲得較為滿意的結(jié)果，對(duì)擠壓絲錐數(shù)控加工具有較高的參考價(jià)值。

作者:胡年孫 喻正祥 朱俊 張毛 龍震 單位:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司

參考文獻(xiàn)

[1]蘇.M明沙柯夫.擠壓絲錐.國(guó)防工業(yè)出版社.1983.

[2]擠壓絲錐.北京:國(guó)防工業(yè)出版社.1983.

[3]王先奎主編,機(jī)械加工工藝手冊(cè),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007年.