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攻牙机攻丝机攻丝的难点及解决方法

发表于:2015-11-5 16:32:41
fastop
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东莞市拓朴机电设备有限公...
 

攻牙机攻丝机攻丝的难点及解决方法


说到加工中的困难工序,攻丝应该归入最困难的一类。在一般的金属加工中,通常是迅速切除金属并形成光洁表面,工序就算终结,但攻丝却不完全是这样。首先,攻丝后形成的螺纹必须符合标准规定并能和相配的紧固件旋合;其次,一般工序切削终了退出刀具十分简单,而攻丝完成后退出丝锥所花费的时间,有可能同切削螺纹花费的时间一样多。所有这些,使得攻丝成为一道既不可缺少,又是缓慢而令人厌烦的工序。

  除了上述共性问题之外,其它一些因素也会增加攻丝的困难:这些因素主要可分为同材料有关和同操作有关二大类。而不论在何种情况下,丝锥的正确选择都会对攻丝效果产生截然不同的影响:攻很多孔、攻一个孔或完全攻不动。下面简要介绍一些现场工艺人员和工具制造技术人员在克服攻丝困难时,已经做过的工作。

  工件材料的问题

  在难加工材料上攻丝,可能是一件既费工又费钱的事。

  Besly products公司的工程经理Dan Gajolosik指出:在难加工材料上攻丝的主要困难,是由于切削时产生的热量和工件材料的收缩包住了刀具。钛合金在这方面表现得最为明显。他建议,在这种材料上攻丝时,采用的丝锥要有较大的齿形铲背量和倒锥度,以防丝锥工作卡死。

  此外,Gajolosik指出,丝锥基体的强度也很重要。由于工件的硬度和强度高,常使丝锥牙顶很快磨钝。这种情况下,则推荐采用高性能高速钢丝锥,它们具有较高的韧性、红硬性以及抗变形和抗磨损性能。

  Guhring公司的丝锥应用专家Paul Motzel说,当设计加工硬材料的丝锥时,采用小前角是至关重要的,这可使丝锥切削时有较大的支承。

  Stellite引是一种镍基超级合金,属于最难加工的材料之一。Mike Brown是一计算机集成加工公司的业主,接到了一批订单。要用这种材料加工航天发动机的风扇叶片。每台发动机25片,每件上要加工一个1032UNF-2B的螺方通孔,作为拆卸叶片时旋入顶丝之用。

  开始时,公司了解到这种材料有很强的"记忆"功能--加工后缩回原状的倾向。为克服这种形状记已问题,Brown首先把底孔做得大一点:图纸规定底孔比直径0.159(4.0386mm),实际钻成0.161(4.0894mm),大了0.002(0.0508mm),这可使攻丝工作量轻一点。但第一支丝锥试验时,发现只能攻12个孔就崩裂。

  Brown发现丝锥发出高音调的噪声,就像正在踩煞车那样。从而意识到肯定什么地方出现了问题。Brown试验用的丝锥,每支价格为18美元,只能攻12个孔。他想通过反复摸索,试图找到一种更合适的丝锥,使加工孔数能多一点。

  最后,确定采用OSG工模具公司生产的高速钢Exotap型丝锥,可以加工4个孔。Brown说:"这种丝锥每支1215美元,分摊到每孔费用34美元,价格偏高。不过对于加工这种材料,费用还不算高,但若使用接近20美元一支的丝锥,只攻一个孔,那是无法接受的。"

  是否进一步采用硬质合金丝锥?Brown认为不可行。他说:"对这类工件,用硬质合金刀具钻孔是可以的。但是它太硬,而硬质合金丝锥对加工条件的宽容度较小,所以不宜采用。"

  但是,这并不是说硬质合金丝锥完全不能用于该工件的加工。实际上,在Exotap丝锥攻丝之后,工件从夹具卸下,第二道工序就是用一支60美元的硬质合金丝锥,对螺孔进行手工校正。

  Brown认为,选定适当的丝锥以后并不是万事大吉。进而选择适当的润滑剂同样至关重要。在一位工艺师朋友的建议下,他改变了丝锥的润滑剂。目前采用Castrol公司的丝锥润滑膏,每次攻丝前,将润滑膏刷到丝锥上使用。

  金刚石工模具公司的工长Dan Welter提供了另一个难加工材料的攻丝实例。该材料是一种超级奥氏体不锈钢Al 6XN,具有抗氧化腐蚀性能,广泛用于输送液体的零件,如原类零件等。该材料的铬、镍、钼含量很高(分别为20%24%6%),并且有较高的硬度(HRB88)和冷作硬化的倾向。

  这是一个打印机的墨水输送泵,Welter要在零件上攻六个440螺纹的通孔,每边打三个孔,孔深为6.35mm。要求在工件上一次钻出底孔,然后攻丝。开始,他采用标准高速钢TiN涂层丝锥,但材料硬度过高,致使丝锥崩裂。Welter试验了六种不同的高速钢丝锥以后,终于放弃了采用标准丝锥解决问题的打算,并开始寻求新的解决方案。发展现挤压丝锥能解决这个问题,尽管迄今都认为挤压丝锥仅适用于软性材料。

  他采用了一种OSG公司生产的丝锥。据OSG公司有关人员介绍,该丝锥带有一种Electra LUBE涂层,厚度为2.54μm,是一种软性的固体润滑剂,沉积在丝锥上形成光洁的表面,使丝锥在工作时扭矩减小,并防止粘结、堵塞、擦伤等情况发生。

  深盲孔攻丝

  攻丝遇到的不仅是工件材料的难加工问题。有时,攻丝的操作技巧也是复杂而微妙。例如盲孔攻丝。Roberts Automatic Products公司的工艺工程师Dave Sibinski指出,盲孔攻丝最大的困难是要把孔底的切屑排出,以防止丝锥挤压切屑。

  Sibinski指出,尽管图纸上不一定要求螺丝清根,但实际的工况是要清根的。因为他知道,在盲孔攻丝中,为中满足图纸规定的要求,必须准备好空间让丝锥攻到足够的深度。这就要把孔钻得深一些。但若钻得太深超过切口钻到下一个零件上去,则又会造成偏心问题。此外,他又指出,在钻较深的盲孔时,其收尾段也会出现中心逐渐偏移的现象。

  在金刚石工模具公司,Welter需要攻一个5/16"-18螺纹盲孔,深1″,材料为304不锈钢,攻丝深度达3倍直径(螺纹直径5/16″,即7.9375mm--译注)Welter提出,需要一支刚性强、排屑好的丝锥一次加工完成。他很快排除了采用挤压丝锥的方案。由Prototyp公司提供了一种Paradur triple S型丝锥,这种丝锥是该公司生产的用于难加工材料ECO系列丝锥的一种。PrototypSandvik CTT公司的成员之一。该公司的技术销售经理Mathias Armbruster指出,该丝锥采用大螺旋角,使攻丝深度可达到数倍直径。同时,大螺旋角又使切屑卷得很紧,可以防止切屑在柄部缠成一团。

  除了供应刀具以外,工具制造商常和用户的工艺人员紧密合作,解决攻丝难题。如:Firth Brown工具公司的高级工程师Sai Kin Eng就帮助用户解决直径18mm,深度达60mm的螺纹攻丝。他说,深孔攻丝有很多因素导致的困难。首先是冷却液输送困难。因为切屑堵塞在孔中,使冷却液很难到达刀具/工件的接触区。当然,若工件材料的延伸率大,可以采用挤压丝锥,这种丝锥工作时没有切屑。但螺纹底孔直径要接近中径尺寸,而且公差要比普通丝锥攻丝时严一些。

  为了帮助冷却液输送,可选用内冷却丝锥。也可在丝锥上开多个油槽,或采用特殊的润滑涂层。这些措施都可以降低工作温度和防止切削刃软化。Firth Brown在帮助用户采用一系列措施后,最终使刀具寿命提高35%(原文为降低了50%,疑为印刷错误--译注)

  尽管上面所述很难包括工艺人员会碰到的各种潜在问题,但是,讨论到的攻丝问题,提供了现实生产中如何解决问题的思路和做法。从中我们可以清楚地看到,解决攻丝中的难题,需要有极大的耐心。

  深孔的螺纹加工

  对特殊材料零件进行深孔螺纹加工是比较困难的。例如,在一个钛合金零件上进行深孔攻丝是非常具有挑战性的。如果在一个接近完工的零件上,由于丝锥破损产生的刮削作用而导致零件报废,这是非常不经济的。因此,为避免刮削,要求使用正确的刀具和攻丝技术。 首先需要定义什么是深孔,为什么它需要特殊的考虑。在钻削中,那些孔深大于3倍孔径的孔称为深孔。而深孔攻丝意味着攻丝深度大于丝锥直径的1.5倍以上。如当用一只直径为1/4″的丝锥加工深度为3/8″的螺纹时,这种情况通常称为深孔攻丝。

  加工一个深孔螺纹,意味着刀具与工件之间需长时间的接触。同时,在加工过程中会产生更多的切削热和更大的切削力。因此在特殊材料(如钛金属类零件)的小深孔中进行攻丝容易产生刀具破损和螺纹的不一致性。

  为解决这个问题,可以采用两种方案:

  (1)增大攻丝前孔的直径;

  (2)使用专为深孔攻丝设计的丝锥。

  1.增大攻丝前孔的直径

  合适的螺纹底孔对于螺纹加工是十分重要的。一个尺寸稍大的螺纹底孔能有效降低攻丝过程中产生的切削热和切削力。但它也会减小螺纹的接触率。

  国家标准和技术委员会规定:在深孔中,允许在孔壁上只攻出螺纹全高的50%。这一点在对特殊材料和难加工材料的小孔攻丝时尤其重要。因为尽管由于孔壁上螺纹高度的减少导致螺纹接触率下降,但由于螺纹长度的增加,因此仍可保持螺纹可靠的连接。

  螺纹底孔的直径增量主要取决于所要求的螺纹接触率和每英寸的螺纹头数。根据上述两值,利用经验公式可计算出正确的螺纹底孔直径。

  2.切削参数

  由于钛金属零件难于加工,因此需要对切削参数和刀具几何尺寸做充分考虑。

  切削速度

  由于钛合金具有大的弹性和变形率,因此需要采有相对较小的切削速度。在加工钛合金零件的小孔时,推荐采用的圆周切削速度为1014英寸/分。我们不推荐采用更小的速度,因为那样会导致工件的冷作硬化。另外,也需注意刀具破损而导致切削热。

  容屑槽

  在深孔攻丝时,需减少丝锥槽数,使每个槽的容屑空间增大。这样,当丝锥退刀时,可以带走更多的铁屑,减小由于铁屑堵塞而造成刀具破损的机会。但另一方面,丝锥容屑槽的加大使得芯部直径减小,因此,丝锥强度受到影响。所以这也会影响切削速度。另外,螺旋槽丝锥比直槽丝锥更易排屑。

  前角和后角

  小前角可提高切削刃强度,从而增加刀具寿命;而大前角有利于切削长切屑的金属。因此在对钛合金加工时,需综合考虑这两个方面的因素,选用合适的前角。

  大后角可以减小刀具和切屑之间的摩擦。因此有时要求丝锥后角为40°。在加工钛金属时,在丝锥上磨出大的后角,有利于排屑。另外,全磨制丝锥和刃背铲磨的丝锥也有利于攻丝。

  冷却液

  当加工特殊材料时,必须保证切削液到达切削刃。为改进冷却液的流量,推荐在丝锥的刃背上开冷却槽。如果直径足够大的话,可考虑采用内冷却丝锥。

  3.应用实例

  某飞机零件制造商需在一个零件上进行深孔攻丝。该零件材料为7级钛合金。加工中,圆周切削速度为13英寸/分,同时采用冷却液。 为保证零件精度,操作者在丝锥磨钝前要及时更换。当丝锥磨损时,切削过程中产生的声音会发生变化。通过听这些声音,在加工前,操作者能确定在丝锥磨损前所能加工的螺纹孔数。

  该厂在每一个攻丝设备上,都有2个攻丝工位,装有相同的丝锥。当其中一只丝锥磨损时,可以方便及时地更换。

[最后修改于 2015-11-5 16:31:04]
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