優(yōu)化普通絲錐加工高硬度合金材料

■泰安航天特種車有限公司 （山東　271000） 周大慶 郭 輝 趙燕春 苗建新

優(yōu)化普通絲錐加工高硬度合金材料

■泰安航天特種車有限公司 （山東271000） 周大慶 郭 輝 趙燕春 苗建新

摘要：攻螺紋是生產(chǎn)過程中不可缺少的一道工序，是鉗工必備的一項技能。在攻螺紋的過程中，常出現(xiàn)絲錐扭斷、攻不動螺紋等問題。本文通過對絲錐扭斷等問題進行探究，重點闡述了從工藝角度保證攻螺紋效果及改進絲錐方法等方面的經(jīng)驗及技巧。

1. 問題的提出

泰安航天特種車有限公司的主要產(chǎn)品是特種重型運載、牽引汽車，在生產(chǎn)過程中，常遇到加工高硬度合金材料如40Gr、40Mn 和35GrMo等的情況，熱處理硬度38～44HRC。采用國產(chǎn)普通M8絲錐（見圖1）來加工標準的內(nèi)螺紋孔，在攻螺紋過程常出現(xiàn)攻不動螺紋，或者絲錐扭斷現(xiàn)象。隨后，更換進口高硬度絲錐，結(jié)果絲錐仍然扭斷，影響了車間的正常生產(chǎn)進度。為解決這一問題，我們對絲錐進行了改進設(shè)計。

2. 絲錐扭斷原因探究

在攻螺紋時，導(dǎo)致絲錐發(fā)生斷裂的因素很多，但主要因素為切削抗力過大。切削抗力主要受絲錐的切削負荷影響。切削負荷主要受絲錐各刀齒的切削厚度、工件材質(zhì)及熱處理狀況等因素的影響。而絲錐的結(jié)構(gòu)參數(shù)與切削厚度的關(guān)系存在以下關(guān)系

式中，Ac為絲錐的每齒切削厚度；P為絲錐的螺距；Kr為導(dǎo)向切削錐角；Z為絲錐槽數(shù)。

分析該式發(fā)現(xiàn)，可以通過改變絲錐本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)來改變絲錐的切削受力點，從而達到改變切削抗力。對于國產(chǎn)普通絲錐，在其絲錐螺距一定的前提下，絲錐刃槽為定值。進而我們可以減小絲錐的導(dǎo)向錐角，使切削轉(zhuǎn)矩下降。

在實際生產(chǎn)過程中，公司使用的絲錐以標準普通碳素合金鋼材質(zhì)為主，絲錐的硬度為59～62HRC，大于一般工件的硬度，之所以發(fā)生攻不動螺紋，是由于絲錐的受力點與鉸杠的加力點距離過長，也就是力矩太長，攻螺紋時絲錐受力不均衡，絲錐體扭動（并非繞軸線平穩(wěn)轉(zhuǎn)動），造成無法攻螺紋。因此，可以通過減小絲錐柄的長度來提高絲錐的切削力距。

圖1

3. 普通絲錐的結(jié)構(gòu)改進

通過比較分析，綜合各方面資料可知，較為合理的切削厚度應(yīng)控制在0.03～0.06mm，其合理的絲錐導(dǎo)向錐角應(yīng)控制在6°～12°?？煞譃?個角度階段，加第4根標準絲錐，簡稱4聯(lián)錐，同時在保證絲錐的刀體強度、防止產(chǎn)生切屑擠塞的前提下，對絲錐進行改進設(shè)計。

首先，通過修磨國產(chǎn)普通絲錐，將絲錐切削導(dǎo)向錐角修磨為7°，絲錐的完全螺紋部分保留為3扣絲，使受力點向絲錐的錐柄部延伸，工件受力的力矩縮短，增強了絲錐的切削轉(zhuǎn)矩，同時將絲錐柄的長度由50mm修磨到30mm，進一步增強絲錐的切削力矩（見圖2），為了增加切屑的

排除，可以適當?shù)卦黾尤菪疾鄣拈L度。而后，將第2根絲錐的切削導(dǎo)向錐角修磨為9°（見圖3），絲錐的完全螺紋部保留為7扣絲，從而使受力點也向錐柄部延伸。再將第3根絲錐的切削導(dǎo)向錐角落修磨為12°（見圖4），絲錐的完全螺紋部保留為9扣絲，受力點也適當延伸，第4根絲錐為標準絲錐，4根絲錐的受力點不同，使切削力均布分散在4根絲錐上。

其次，修磨絲錐后角。對于硬度較高的材料，為減小絲錐與工件之間的摩擦力，用片狀砂輪機或工具磨床修磨改進后的絲錐，將修磨處的絲錐螺紋后角修磨至4°～6°。攻螺紋順序為：使用12°絲錐攻螺紋→使用9°絲錐攻螺紋→使用7°絲錐攻螺紋→使用普通絲錐攻螺紋。

在攻螺紋過程中，針對容易發(fā)生絲錐扭斷的現(xiàn)象，可根據(jù)材質(zhì)的不同硬度，適當增大工件底角直徑，便于金屬切削屑的排除。

4. 攻螺紋方法的工藝優(yōu)化

對工件螺紋的加工，可以用以上3種改制絲錐加1根標準絲錐，配合鉸杠，保持絲錐潤滑，依次攻螺紋完成。在攻螺紋過程中，要注意絲錐與工件被加工孔保持垂直，適度用力順時針旋轉(zhuǎn)鉸杠，攻螺紋過程中要及時調(diào)整保持絲錐的垂直。為避免絲錐折斷，要經(jīng)常增加絲錐的回轉(zhuǎn)圈數(shù)，將切屑及時排出深孔。

在標準螺紋直徑的基礎(chǔ)上（允許的公差范圍內(nèi)），適當增加內(nèi)螺紋底孔的直徑，以減小絲錐的切削阻力，改善切削條件，防止絲錐的扭斷，延長絲錐的使用壽命。

圖2

圖3

圖4

5. 結(jié)語

使用經(jīng)過改進的絲錐進行攻螺紋時，絲錐的強度明顯增強。5年來，在加工熱處理硬度38～44HRC高硬度合金材料的制件中，從未出現(xiàn)絲錐攻不動螺紋及絲錐扭斷的現(xiàn)象（修改錐度的絲錐也可選用使用過的舊絲錐）。在日常攻螺紋過程中，如有再硬的工件時，還可再增加絲錐的件數(shù)，將絲錐所受力均勻分布在各絲錐上。加工的內(nèi)螺紋孔表面質(zhì)量良好，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

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[2] 李紹紅，李文革.彎曲絲錐的改進設(shè)計[J].工具技術(shù)，2004 （38）：52-54.

[3] 王選逵.機械制造工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

專家點評

在高硬度材料上鉆攻螺紋一直是金屬加工的難點，技術(shù)工人總結(jié)了很多這方面的經(jīng)驗和技巧。作者通過對普通絲錐的改進和修磨，采用4聯(lián)錐攻螺紋方法，成功解決了難題。修磨絲錐雖然存在一定的難度，但值得大膽嘗試，在實際生產(chǎn)中有著很好的應(yīng)用價值。

收稿日期：（20150424）