内连接螺纹加工方法及失效模式研究
摘要
关键词
内连接螺纹、加工方法、注意事项、失效模式、影响因素、解决措施
正文
螺纹的主要功能实现机械耦合及传递运动,作为在机械中的主要连接与传动应用之一,其作用不可忽视。日常零部件装配中最常见、应用最多的螺纹为连接螺纹,连接螺纹主要为三角形螺纹,常用的连接螺纹有普通螺纹、英制螺纹和圆柱管螺纹,其特点是牙型角大,自锁性能好,而且牙根厚、强度高。本文主要从内连接螺纹的加工方法,加工过程注意事项入手,分析不同加工方法中可能失效原因及解决措施。
1内连接螺纹加工方法及注意事项
目前,内连接螺纹加工最常用的方法为:丝锥攻丝、螺纹铣刀铣削和丝锥挤压等。
1.1 丝锥攻丝
丝锥攻丝是用一定的扭距将丝锥旋入工件上预钻的底孔中加工出内连接螺纹。丝锥攻丝可分为手动攻丝和机械攻丝两种。目前,在机械加工中,手动攻丝仍占有一定的地位,因为在实际生产中,经常碰到有些螺纹孔由于所在位置或零件形状的限制,不适用于机械攻丝,所以必须采用手动攻丝,同时小螺纹孔直径较小,丝锥的强度较低,机械攻丝时容易折断,一般也常用手动攻丝。这是一种应用范围广,生产率高且经济的螺纹加工方法。
1.1.1手动攻丝
手动攻丝主要使用铰杠和手用丝锥,在已加工螺纹底孔上加工出内连接螺纹的方法。手用丝锥是指碳素工具或合金工具钢滚牙丝锥,同种规格手用丝锥通常只有头锥、二锥两根。
1.1.2机械攻丝
机械攻丝主要在钻床、车床、数控加工中心等设备上,使用机用丝锥在已加工螺纹底孔上加工出内连接螺纹的方法。机械攻丝通常是刚性攻丝,即每转的进给必须是一个螺距,但实际上机床的同步性各有差异,尤其快到底部的时候,机床转速减到零再反转加速,如果原来转速很高,很容易出现不同步导致刃口破损,而切入的瞬间冲击载荷很大,也容易出现崩牙。为解决这个问题,可以使用刚性微补偿刀柄,甚至可以配合带脱扣机构夹套实现一定范围浮动攻丝。
1.1.3丝锥攻丝加工注意事项
丝锥攻丝加工需要注意以下方面。
(1)工件上螺纹底孔的孔口要倒角,通孔螺纹两端都倒角。
(2)工件位置要正确,尽量使螺纹孔中心线置于水平或竖直位置,使攻丝容易判断丝锥轴线是否垂直于工件的平面。
(3)在手动攻丝开始时,要尽量把丝锥放正,然后对丝锥加压力并转动铰杠,当切入1-2圈时,仔细检查和校正丝锥的位置。一般切入3-4圈螺纹时,丝锥位置应正确无误。以后,只须转动铰杠,而不应再对丝锥加压力,否则螺纹牙形将被损坏。
(4)手动攻丝时,每扳转铰杠1/2-1圈,就应倒转约1/2圈,使切屑碎断后容易排出,并可减少切削刃因粘屑而使丝锥轧住现象。
(5)攻不通的螺孔时,要经常退出丝锥,排除孔中的切屑。
(6)攻塑性材料的螺孔时,要加润滑冷却液。对于钢料,一般用机油或浓度较大的乳化液要求较高的可用菜油或二硫化钼等。对于不锈钢,可用30号机油或硫化油。
(7)手动攻丝过程中换用后一支丝锥时,要用手先旋入已攻出的螺纹中,至不能再旋进时,然后用铰杠扳转。在末锥攻完退出时,也要避免快速转动铰杠,最好用手旋出,以保证已攻好的螺纹质量不受影响。
(8)机械攻丝时,丝锥与螺孔要保持同轴性。
(9)机械攻丝时,丝锥的校准部分不能全部出头,否则在退出丝锥时会产生乱牙。
1.2螺纹铣刀铣削
螺纹铣刀铣削是通过数控机床的三轴联动,利用螺纹铣刀进行螺旋插补铣削而形成螺纹的方法。在加工时,螺纹铣刀在水平面上每做一周圆周运动,在垂直面内则直线移动一个螺距。螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。
1.2.1螺纹铣削加工注意事项
螺纹铣削加工与其他加工方式相比需要注意以下方面。
(1)需要用三轴联动的数控机床。
(2)螺纹铣刀在批量加工中它的成本比一般丝锥更低,但单个的螺纹铣刀价格比丝锥要高很多。
(3)选择的螺纹铣刀刚度要好,避免加工时让刀。
(4)螺纹铣削的程序编制比较麻烦,加工时必须保证数控程序、切削参数、刀具补偿的数值正确。
1.3丝锥挤压
丝锥挤压螺纹是一种先进的无屑成型螺纹加工方法。该方法使用挤压丝锥来产生螺纹,与其他丝锥不同的是,这种丝锥通过挤压工件来形成螺纹,而不是切削工件。挤压螺纹时金属内部纤维不致被切断破坏,故提高了螺纹强度。挤压丝锥适合在塑性材料上攻丝,如铝合金、铜合金、不锈钢、低碳钢等。由于挤压丝锥不会发生切削刃口钝化、崩刃等问题,挤压丝锥使用寿命是一般切削丝锥的3-20倍。
1.3.1丝锥挤压加工注意事项
丝锥挤压加工与其他加工方式相比需要注意以下方面。
(1)由于是挤压成型,丝锥需要承受较高的“挤压力”,挤压丝锥普遍规格不大。
(2)同种规格螺纹加工底孔时,挤压丝锥底孔尺寸比一般切削丝锥底孔尺寸要大。
(3)丝锥挤压加工要求被加工工件材料至少具有10%的延展率。
2内螺纹加工失效模式分析
加工方法 | 失效模式 | 影响因素 | 解决措施 |
丝锥攻丝 | 螺纹喇叭口 | 底孔孔口倒角偏小 | 按照标准加工底孔孔口倒角 |
装夹跳动大 | 提高装夹精度 | ||
丝锥倒锥偏小 | 加大倒锥量 | ||
丝锥刃长偏长 | 根据被加工材料选择正确的丝锥 | ||
内螺纹偏大 | 丝锥选型不正确 | 根据被加工材料选择正确的丝锥 | |
底孔直径太小 | 根据螺纹底孔标准加工底孔 | ||
底孔偏心 | 检查夹持\采用浮动式刀柄\检查底孔 | ||
轴向进给不均匀 | 机械进给\改用轴向浮动攻丝 | ||
牙型积屑瘤 | 更换新丝锥\使用涂层丝锥\改善润滑性能 | ||
针对不同螺纹深度,切削锥选择不当 | 采用刚性攻丝\修改切削锥 | ||
切削速度过高 | 降低切削速度\改善润滑性能 | ||
润滑或冷却不充分 | 保证冷却充分\检查润滑油浓度 | ||
内螺纹偏小 | 丝锥选型不正确 | 根据被加工材料选择正确的丝锥 | |
攻丝不正确 | 在攻丝过程中,丝锥避免承受强烈的轴向压力 | ||
机床主轴刚性不好 | 采用轴向浮动夹头 | ||
螺纹乱扣 | 刚开始攻丝时,对后排屑型丝锥施加过大的进给压力 | 螺旋槽丝锥在刚开始切削时应使用较小的压力,之后压力应保持在极限范围内 | |
刚开始攻丝时,对前排屑型丝锥进给压力太小 | 带刃倾角丝锥或者左螺旋丝锥要求比较高的轴向压力,确保丝锥在极限范围内正常工作 | ||
两次攻丝不在同一起始位置 | 机械攻丝一次完成\手动攻丝旋合后攻丝 | ||
丝锥在攻入时角度不垂直,导致攻入后二次修正 | 保证攻入时角度垂直 | ||
螺纹烂牙 | 被加工材料材质不均匀,有夹杂或气孔 | 保证被加工材料材质稳定性 | |
丝锥断屑和排屑不良 | 根据被加工材料选择正确的丝锥 | ||
牙型积屑瘤 | 更换新丝锥\使用涂层丝锥\改善润滑性能 | ||
螺纹表面质量不符合要求 | 丝锥选型不正确 | 根据被加工材料选择正确的丝锥 | |
切削速度过高 | 降低切削速度\改善润滑性能 | ||
冷却不充分(浓度和供给) | 确保正确的冷却液和足够的流量 | ||
排屑不畅 | 选择正确的丝锥类型 | ||
底孔直径太小 | 根据螺纹底孔标准加工底孔 | ||
加工硬材料,刀具超负荷加工或节距太大 | 采用手用丝锥 | ||
牙型积屑瘤 | 更换新丝锥\使用涂层丝锥\改善润滑性能 | ||
冷焊 | 改善冷却和润滑 | ||
加工或退刀时丝锥折断 | 底孔直径太小 | 根据相应标准选择底孔钻 | |
切削锥过载 | 增加切削锥长度(对于盲孔或通孔都是)\增加槽数以增加参与切削的齿数\采用丝锥套攻 | ||
丝锥碰到孔底 | 检查孔深\采用轴向浮动夹头\选择合适丝锥 | ||
底孔倒角太小或不正确 | 正确的切削角度\正确的夹紧方式\采用浮动式刀柄\检查底孔 | ||
丝锥硬度不够 | 更换合适的丝锥 | ||
螺纹铣削 | 螺纹喇叭口 | 螺纹铣刀刚性不足 | 选择刚性好的螺纹铣刀 |
装夹偏斜 | 提高装夹精度 | ||
内螺纹偏大或偏小 | 刀补或编程不正确 | 保证正确的刀补及编程 | |
螺纹不圆 | 零件结构强度不均,受力不均 | 重新设计夹具,加固薄弱环节 | |
切削起始位置不正确 | 切削起始位置改为装夹强度高的位置 | ||
采用同步铣削 | 改变铣削方向 | ||
螺纹表面质量不符合要求 | 切削速度太高 | 调整切削速度 | |
刀具或工件装夹不牢 | 检查刀具或工件装夹的可靠性 | ||
断刀 | 编程错误撞刀 | 保证编程正确 | |
速度过快或进给量大 | 选择合理的速度和进给 | ||
钻铣一体螺纹铣刀断刀 | 钻孔排屑不畅 | 采用带内冷的刀具 | |
钻孔时进给太高 | 采用啄式进刀 | ||
丝锥挤压 | 内螺纹偏大 | 丝锥夹紧力度不够 | 使用同步攻螺纹夹头 |
短切削锥的挤压丝锥 | 使用长切削锥的挤压丝锥 | ||
内螺纹偏小 | 底孔偏大 | 根据标准要求加工正确的底孔直径 | |
牙型过度挤压而变形 | 底孔孔径太小 | 根据标准要求加工正确的底孔直径 | |
螺纹表面质量不符合要求 | 牙型面有积屑瘤 | 提高油脂含量或者使用纯油 | |
润滑不充分 | 提高油脂含量或者使用纯油 | ||
断刀 | 润滑不充分 | 提高油脂含量或者使用纯油 | |
底孔孔径太小 | 根据标准要求加工正确的底孔直径 | ||
不正确的丝锥夹头 | 检查丝锥夹头 |
3结语
内连接螺纹的加工还有别的方法,本文主要从本公司生产实际,从丝锥攻丝、螺纹铣刀铣削和丝锥挤压三种主要的螺纹加工方法进行了分析,本文中提到的加工出的螺纹尺寸偏大、偏小、断刀等可能的失效模式,在实际生产中发生较为频繁,希望相应的影响因素及解决措施,对机械加工类企业能够起到一定的借鉴意义。
参考文献
[1]霍亭宇,吴明明等.螺纹孔加工刀具的应用[J]. 金属加工(冷加工) ,2015(9).
[2]胡年孙,喻正祥等.挤压丝锥在数控加工的应用研究[J]. 现代制造技术与装备,2017(5).
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