1 零件上常見難加工螺紋孔型別
1.1 過盈螺紋:以改變普通螺紋的中徑基本偏差和公差等級,獲得螺紋副中徑具有過盈的螺紋。有如下幾種型別:AG、BG、CG、DG。
1.2 深孔螺紋:孔深大於3倍孔徑的孔。
1.3 盲孔螺紋:在盲孔上加工的螺紋。
1.4 大直徑螺紋:大直徑小螺距的螺紋。
2 加工過程常見問題
根據現場對以上螺紋加工情況進行跟蹤記錄,常見問題總結如下:
2.1 螺紋不合格問題:由於過盈螺紋要求保證一定的緊度及扭距裝配,螺紋中徑的公差較普通螺紋中徑公差帶小的多,如CG緊度螺紋的中徑公差僅為普通螺紋公差帶的1/4,因此,在加工中的質量很難保證,經常出現量規通端不過止端透過或通止端都透過的現象,螺紋合格率極低。其它類過盈螺紋也經常出現此種現象。
2.2 在加工過程中出現打滑、攻不動或完全攻不動的現象。
2.3 在深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致。
2.4 在盲孔上攻絲合格率低。
2.5 大直徑小螺距的螺紋由於絲錐直徑大,手動攻絲不易定位,且加工面積大,切削力增大,加工後的螺紋孔偏心,垂直度差。
3 問題原因分析
3.1 材料方面
在難加工材料上攻絲的主要困難,是由於切削時產生的熱量和工件材料的收縮包住了刀具。絲錐停止不前,鈦合金在這方面表現得最為明顯。
對於鍛造材料零件,其材料質地較密,硬度較高,所以加工效能較差。
對於鑄造材料零件,其材料質地較松,硬度分佈不均勻,切削力不穩定。
3.2 刃具方面
零件材料的硬度和強度高,使絲錐牙頂很快磨鈍,是影響螺紋加工的一個主要問題。
加工一個深孔螺紋,意味著刀具與工件之間需長時間的接觸。同時,在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此在特殊材料(如鈦金屬類零件)的小深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致性。
3.3 切削引數方面
根據不同的材料選擇不同的切削速度是必須的,如選擇的引數不合理就會造成絲錐折斷、螺紋孔不合格等問題。
4 理論與實際結合解決問題
在一個接近完工的零件上,由於螺紋孔的加工問題造成零件報廢是非常不經濟的,因此,我們必須找出合適的解決方法。下面簡要介紹一些現場在克服攻絲困難時,做過的工作。
4.1 刀具的合理選擇是解決攻絲問題的一個重要方面,包括刀具結構及刀具材料2個方面。在加工中有回彈的難加工材料上攻絲時,採用的絲錐要有較大的齒形鏟背量和倒錐度,以防絲錐工作卡死。鈦合金在這方面表現得最為明顯。
對於鍛造材料的零件關鍵要把絲錐選配好,用分組絲錐加工,由粗到精分層攻絲,就可以保證螺紋的加工要求。
4.2 對於硬度和強度高的零件,則推薦採用高效能高速鋼絲錐,高速鋼絲錐具有較高的韌性、紅硬性以及抗變形和抗磨損效能。加工中可採用多層切削,每次去除少量的金屬,這樣可以減小切削力及加工難度,螺紋合格率也大大提高。
如現場使用加工CG螺紋的絲錐結構經過多次現場改進,由原來的4齒改為3齒,粗精錐由2組改為3組,已能滿足現場螺紋的加工,合格率達到95%以上。
4.3 加工深孔螺紋時,刀具與工件之間需長時間的接觸。在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此在特殊材料(如鈦金屬類零件)的小深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致。為解決這個問題,可以採用如下兩種方案:
4.3.1 增大攻絲前孔的直徑
合適的螺紋底孔對於螺紋加工是十分重要的。一個尺寸為上差的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力,但它也會減小螺紋的接觸率。
4.3.2 使用專為深孔攻絲設計的絲錐
在深孔攻絲時,需減少絲錐槽數,使每個槽的容屑空間增大。這樣,當絲錐退刀時,可以帶走更多的鐵屑,減小由於鐵屑堵塞而造成的刀具破損。但另一方面,絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小,因此,絲錐強度受到影響。所以這也會影響切削速度。另外,螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。為了能更好的排屑,也可以在加工時多次進刀、退刀,帶出切屑,但這種方法在過盈螺紋上不能適用,因為過盈螺紋公差帶小,精度高,多次進退刀會造成螺紋孔增大。
4.4 切削速度
鑄造材料零件加工中要特別注意材料的加工效能,根據以往經驗,在鑄造件攻絲時切削速度要比在鍛造件的快,這樣可以有效的防止材料密度不均對攻絲的影響。
由於個別材料具有大的彈性和變形率,需要採用相對較小的切削速度。但並不是越小的切削速度越好,在能加工合格零件的切削速度範圍內選擇最大的切削速度,這樣才不會使生產效率低下。
對於較軟材料的零件,如鋁鎂合金,加工過盈螺紋時則需採用較大的切削速度,這樣可以有效避免加工擠壓與摩擦而造成螺紋不合格。
4.5 潤滑劑的使用
選定適當的絲錐以後並不是萬事大吉。進而選擇適當的潤滑劑同樣至關重要。合適的潤滑劑不但能起到潤滑作用,還起到冷卻作用,有利於攻絲及絲錐回退。不合適的潤滑劑不但不會起到潤滑作用,還會增大摩擦,使攻絲更困難。
每次攻絲前,將潤滑膏刷到絲錐上使用。現場常用的切削液是20#機油或蓖麻油。
4.6 清根
儘管圖紙上不一定要求螺紋清根,但實際的工況是要清根的。因為,在盲孔攻絲中,為滿足圖紙規定的要求,必須準備好空間讓絲錐攻到足夠的深度。這就要把孔鑽得深一些。在鑽較深的盲孔時,其收尾段也會出現中心逐漸偏移的現象。因此,將底孔鑽到要求的最深狀態,有利於攻絲加工。
4.7 及時更換新絲錐
為保證零件精度,操作者在絲錐磨鈍前要及時更換。當絲錐磨損時,切削過程中產生的聲音會發生變化。透過聽這些聲音,在加工前,操作者能確定在絲錐磨損前所能加工的螺紋孔數。以便根據絲錐情況及時更換,保證刀具在鋒利狀態下切削,不能等到完全加工不動再更換, 這樣會造成絲錐折斷。
4.8 使用先進裝置
使用裝置加工螺紋是排除人為因素影響的最好方式,對於不能車加工的大直徑螺紋採用機床引導配合手動攻絲來完成,現在可以採用先進的加工中心進行銑削完成。相對於用絲錐或板牙,螺紋銑刀的耐用度提高了幾十倍,並且絲錐是成套使用,耐用度低,對於鈦合金加工更難實現,大直徑螺紋銑加工大大降低了生產成本,提高了生產效率。
隨著科技的發展,攻絲加工被科學工作者所重視,研製發明的振動攻絲機及液壓攻絲機已經被投入生產。此兩種裝置都具有自動攻絲及回退功能,且能根據零件選擇合適的攻絲速度,操作者只需將絲錐對正螺紋底孔就可以實現自動攻絲。機械攻絲自動化程度高,減小了人為因素對攻絲質量的影響,提高了螺紋加工效率及合格率,減少了人的勞動強度。
5 結語
1 零件上常見難加工螺紋孔型別
1.1 過盈螺紋:以改變普通螺紋的中徑基本偏差和公差等級,獲得螺紋副中徑具有過盈的螺紋。有如下幾種型別:AG、BG、CG、DG。
1.2 深孔螺紋:孔深大於3倍孔徑的孔。
1.3 盲孔螺紋:在盲孔上加工的螺紋。
1.4 大直徑螺紋:大直徑小螺距的螺紋。
2 加工過程常見問題
根據現場對以上螺紋加工情況進行跟蹤記錄,常見問題總結如下:
2.1 螺紋不合格問題:由於過盈螺紋要求保證一定的緊度及扭距裝配,螺紋中徑的公差較普通螺紋中徑公差帶小的多,如CG緊度螺紋的中徑公差僅為普通螺紋公差帶的1/4,因此,在加工中的質量很難保證,經常出現量規通端不過止端透過或通止端都透過的現象,螺紋合格率極低。其它類過盈螺紋也經常出現此種現象。
2.2 在加工過程中出現打滑、攻不動或完全攻不動的現象。
2.3 在深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致。
2.4 在盲孔上攻絲合格率低。
2.5 大直徑小螺距的螺紋由於絲錐直徑大,手動攻絲不易定位,且加工面積大,切削力增大,加工後的螺紋孔偏心,垂直度差。
3 問題原因分析
3.1 材料方面
在難加工材料上攻絲的主要困難,是由於切削時產生的熱量和工件材料的收縮包住了刀具。絲錐停止不前,鈦合金在這方面表現得最為明顯。
對於鍛造材料零件,其材料質地較密,硬度較高,所以加工效能較差。
對於鑄造材料零件,其材料質地較松,硬度分佈不均勻,切削力不穩定。
3.2 刃具方面
零件材料的硬度和強度高,使絲錐牙頂很快磨鈍,是影響螺紋加工的一個主要問題。
加工一個深孔螺紋,意味著刀具與工件之間需長時間的接觸。同時,在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此在特殊材料(如鈦金屬類零件)的小深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致性。
3.3 切削引數方面
根據不同的材料選擇不同的切削速度是必須的,如選擇的引數不合理就會造成絲錐折斷、螺紋孔不合格等問題。
4 理論與實際結合解決問題
在一個接近完工的零件上,由於螺紋孔的加工問題造成零件報廢是非常不經濟的,因此,我們必須找出合適的解決方法。下面簡要介紹一些現場在克服攻絲困難時,做過的工作。
4.1 刀具的合理選擇是解決攻絲問題的一個重要方面,包括刀具結構及刀具材料2個方面。在加工中有回彈的難加工材料上攻絲時,採用的絲錐要有較大的齒形鏟背量和倒錐度,以防絲錐工作卡死。鈦合金在這方面表現得最為明顯。
對於鍛造材料的零件關鍵要把絲錐選配好,用分組絲錐加工,由粗到精分層攻絲,就可以保證螺紋的加工要求。
4.2 對於硬度和強度高的零件,則推薦採用高效能高速鋼絲錐,高速鋼絲錐具有較高的韌性、紅硬性以及抗變形和抗磨損效能。加工中可採用多層切削,每次去除少量的金屬,這樣可以減小切削力及加工難度,螺紋合格率也大大提高。
如現場使用加工CG螺紋的絲錐結構經過多次現場改進,由原來的4齒改為3齒,粗精錐由2組改為3組,已能滿足現場螺紋的加工,合格率達到95%以上。
4.3 加工深孔螺紋時,刀具與工件之間需長時間的接觸。在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此在特殊材料(如鈦金屬類零件)的小深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致。為解決這個問題,可以採用如下兩種方案:
4.3.1 增大攻絲前孔的直徑
合適的螺紋底孔對於螺紋加工是十分重要的。一個尺寸為上差的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力,但它也會減小螺紋的接觸率。
4.3.2 使用專為深孔攻絲設計的絲錐
在深孔攻絲時,需減少絲錐槽數,使每個槽的容屑空間增大。這樣,當絲錐退刀時,可以帶走更多的鐵屑,減小由於鐵屑堵塞而造成的刀具破損。但另一方面,絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小,因此,絲錐強度受到影響。所以這也會影響切削速度。另外,螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。為了能更好的排屑,也可以在加工時多次進刀、退刀,帶出切屑,但這種方法在過盈螺紋上不能適用,因為過盈螺紋公差帶小,精度高,多次進退刀會造成螺紋孔增大。
4.4 切削速度
鑄造材料零件加工中要特別注意材料的加工效能,根據以往經驗,在鑄造件攻絲時切削速度要比在鍛造件的快,這樣可以有效的防止材料密度不均對攻絲的影響。
由於個別材料具有大的彈性和變形率,需要採用相對較小的切削速度。但並不是越小的切削速度越好,在能加工合格零件的切削速度範圍內選擇最大的切削速度,這樣才不會使生產效率低下。
對於較軟材料的零件,如鋁鎂合金,加工過盈螺紋時則需採用較大的切削速度,這樣可以有效避免加工擠壓與摩擦而造成螺紋不合格。
4.5 潤滑劑的使用
選定適當的絲錐以後並不是萬事大吉。進而選擇適當的潤滑劑同樣至關重要。合適的潤滑劑不但能起到潤滑作用,還起到冷卻作用,有利於攻絲及絲錐回退。不合適的潤滑劑不但不會起到潤滑作用,還會增大摩擦,使攻絲更困難。
每次攻絲前,將潤滑膏刷到絲錐上使用。現場常用的切削液是20#機油或蓖麻油。
4.6 清根
儘管圖紙上不一定要求螺紋清根,但實際的工況是要清根的。因為,在盲孔攻絲中,為滿足圖紙規定的要求,必須準備好空間讓絲錐攻到足夠的深度。這就要把孔鑽得深一些。在鑽較深的盲孔時,其收尾段也會出現中心逐漸偏移的現象。因此,將底孔鑽到要求的最深狀態,有利於攻絲加工。
4.7 及時更換新絲錐
為保證零件精度,操作者在絲錐磨鈍前要及時更換。當絲錐磨損時,切削過程中產生的聲音會發生變化。透過聽這些聲音,在加工前,操作者能確定在絲錐磨損前所能加工的螺紋孔數。以便根據絲錐情況及時更換,保證刀具在鋒利狀態下切削,不能等到完全加工不動再更換, 這樣會造成絲錐折斷。
4.8 使用先進裝置
使用裝置加工螺紋是排除人為因素影響的最好方式,對於不能車加工的大直徑螺紋採用機床引導配合手動攻絲來完成,現在可以採用先進的加工中心進行銑削完成。相對於用絲錐或板牙,螺紋銑刀的耐用度提高了幾十倍,並且絲錐是成套使用,耐用度低,對於鈦合金加工更難實現,大直徑螺紋銑加工大大降低了生產成本,提高了生產效率。
隨著科技的發展,攻絲加工被科學工作者所重視,研製發明的振動攻絲機及液壓攻絲機已經被投入生產。此兩種裝置都具有自動攻絲及回退功能,且能根據零件選擇合適的攻絲速度,操作者只需將絲錐對正螺紋底孔就可以實現自動攻絲。機械攻絲自動化程度高,減小了人為因素對攻絲質量的影響,提高了螺紋加工效率及合格率,減少了人的勞動強度。
5 結語