朱曉輝 李淑娟 韓曉君

(太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原030024)

絲錐是加工各種中小尺寸內(nèi)螺紋的刀具，在生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。由于絲錐是多齒刀具，切削部分幾乎是被埋在工件中進(jìn)行切削的，這就使得絲錐的工作環(huán)境比較惡劣。尤其是絲錐經(jīng)過(guò)刃磨后，使切削刃存在微觀缺陷導(dǎo)致刃口形狀不規(guī)則，又由于切削刃剛開(kāi)始很鋒利，刃口強(qiáng)度小，使得切削刃極易發(fā)生崩刃或快速磨損，不利于絲錐的切削。本文采用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)鈍化過(guò)的絲錐與未鈍化的絲錐在攻絲過(guò)程中受到扭矩的大小及其波動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比研究。

絲錐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。從圖1 可以看出，絲錐是一種多齒刀具，從結(jié)構(gòu)上講絲錐由工作部分和柄部?jī)刹糠纸M成。工作部分又分為切削部分和校準(zhǔn)部分，其中切削部分承擔(dān)切削任務(wù)，校準(zhǔn)部分用來(lái)導(dǎo)向以及校準(zhǔn)被加工螺紋的尺寸、形狀;柄部一方面起著連接絲錐與機(jī)床主軸的作用;另一方面，又起著傳遞機(jī)床主軸扭矩的作用。

1 絲錐的鈍化

實(shí)驗(yàn)采用電解鈍化的方法對(duì)絲錐進(jìn)行鈍化，可以根據(jù)不同的鈍化量設(shè)置不同的鈍化參數(shù)(比如:鈍化電壓、鈍化時(shí)間等)，得到不同的刃口鈍化半徑。

實(shí)驗(yàn)中絲錐刃口鈍化半徑取值為:0. 01 mm、0.02 mm。

2 切削實(shí)驗(yàn)

2.1 工件材料的選擇

實(shí)驗(yàn)材料選用H13 模具鋼，其牌號(hào)為:4Cr5MoSiV1，常用于制造沖擊載荷較大的鍛模、熱擠壓摸、鑄模等模具。屬于常用的比較典型的較難加工材料。

H13 熱作模具鋼的成分如表1 所示。

2.2 刀具的選擇

高速鋼絲錐由于其價(jià)格相對(duì)便宜，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，故實(shí)驗(yàn)選用牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2 的高速鋼絲錐。具體尺寸為:M8 普通螺紋，前角為10°，后角為5°，切削錐角為7.832°，切削錐長(zhǎng)度為5P，槽形為直槽;槽數(shù)為三槽。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在西門(mén)子GX600 加工中心上進(jìn)行，轉(zhuǎn)速設(shè)定為100 r/min，普通螺紋，通孔，螺紋深度為15 mm。測(cè)試設(shè)備采用瑞士KISTLER(奇石樂(lè))，型號(hào)為9272A 的測(cè)力儀以及相配套的信號(hào)放大器、信號(hào)采集器、數(shù)據(jù)采集軟件通道。為了保證測(cè)試結(jié)果的可靠性，針對(duì)每種切削條件均重復(fù)做5 次實(shí)驗(yàn)，觀察絲錐的攻絲扭矩隨時(shí)間的變化情況。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到了經(jīng)鈍化的絲錐與未鈍化的絲錐在攻絲過(guò)程中受到的扭矩M隨時(shí)間變化的曲線圖，如圖2、3、4 所示。

從圖2 中可以看出:當(dāng)絲錐開(kāi)始與工件接觸時(shí)，絲錐的切削部分開(kāi)始不斷地切削工件，隨著切削的深入，參加切削的切削刃數(shù)量連續(xù)增加直到所有的切削刃全部投入切削，這時(shí)絲錐所受的扭矩在極短的時(shí)間內(nèi)急劇增大，如圖2 中AB段所示;當(dāng)切削部分全部進(jìn)入到工件時(shí)，絲錐的校準(zhǔn)部分開(kāi)始進(jìn)入工件，由于其主要起到導(dǎo)向和校準(zhǔn)的作用，幾乎不參加切削，故切削載荷幾乎不再增加，而是穩(wěn)定在某一個(gè)值，并有稍許波動(dòng)，如圖2 中BC段所示;當(dāng)絲錐的切削刃將要攻透工件時(shí)，隨著切削刃不斷從工件內(nèi)部旋轉(zhuǎn)出來(lái)，參與切削的切削刃數(shù)目又不斷減少，直至切削刃完全從工件內(nèi)部旋轉(zhuǎn)出，扭矩值又會(huì)很快減小達(dá)到某個(gè)最小值如圖2 中CD 段所示，此時(shí)僅有校準(zhǔn)部分留在工件內(nèi)部，所以扭矩值不會(huì)有很大變化而是小范圍波動(dòng)。至此，絲錐已完成切削并開(kāi)始退刀，由于在整個(gè)退刀過(guò)程中，僅有絲錐的校準(zhǔn)部分與工件接觸，所以扭矩大小幾乎不會(huì)發(fā)生變化，只做極小范圍的上下波動(dòng)。圖3、圖4 所示的攻絲過(guò)程與圖2 相同，這里不再說(shuō)明。

從圖2～4 可以看出:鈍化后的絲錐與未鈍化的絲錐相比承受的扭矩波動(dòng)要小得多，鈍化后的絲錐在切削過(guò)程中扭矩的波動(dòng)范圍在5 N·m 左右，而未鈍化絲錐扭矩波動(dòng)范圍在10 N·m 左右，這說(shuō)明鈍化后絲錐攻絲時(shí)所受的載荷相對(duì)平穩(wěn)，對(duì)絲錐和工件沖擊小。對(duì)比圖2 和圖3 可以發(fā)現(xiàn):鈍化半徑為0.01 mm 的絲錐在攻絲過(guò)程中所受扭矩最大值比未鈍化絲錐小15 N·m 左右，分析其原因?yàn)?一方面絲錐經(jīng)過(guò)鈍化可以有效地去除絲錐切削刃口以及前、后刀面經(jīng)刃磨后留下的毛刺和劃痕等微觀缺陷，進(jìn)而提高了其切削性能;另一方面，縮短了初期磨損時(shí)間，使攻絲過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)。對(duì)比圖2 和圖4 可以看出:鈍化半徑為0.02 mm的絲錐在攻絲過(guò)程中受到的扭矩比未鈍化的絲錐大，原因是由于鈍化半徑較大時(shí)前、后刀面與工件的摩擦加大，使扭矩變得相對(duì)較大。所以，針對(duì)不同的切削條件，存在最佳的刃口鈍圓半徑。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本文對(duì)絲錐進(jìn)行了不同程度的鈍化，其鈍化半徑分別為:0.01 mm、0.02 mm;

(2)對(duì)不同鈍化半徑的絲錐在攻絲過(guò)程中受到的扭矩進(jìn)行了分析;

(3)通過(guò)對(duì)扭矩隨時(shí)間的變化曲線進(jìn)行分析得出:刃口鈍化可以緩解絲錐攻絲過(guò)程中承受載荷的波動(dòng)，增加了切削穩(wěn)定性;對(duì)特定的切削條件，存在一個(gè)較優(yōu)的鈍化半徑，在該鈍化半徑下可以有效地減小切削扭矩，改善攻絲過(guò)程。

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