優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品是特種重型運載、牽引汽車，在生產過程中，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。采用國產普通M8絲錐（見圖1）來加工標準的內螺紋孔，在攻螺紋過程常出現攻不動螺紋，或者絲錐扭斷現象。隨后，更換進口高硬度絲錐，結果絲錐仍然扭斷，影響了車間的正常生產進度。為解決這一問題，我們對絲錐進行了改進設計。

2. 絲錐扭斷原因探究

在攻螺紋時，導致絲錐發生斷裂的因素很多，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、工件材質及熱處理狀況等因素的影響。而絲錐的結構參數與切削厚度的關系存在以下關系

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

分析該式發現，可以通過改變絲錐本身的結構參數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向錐角，使切削轉矩下降。

在實際生產過程中，公司使用的絲錐以標準普通碳素合金鋼材質為主，絲錐的硬度為59～62HRC，大于一般工件的硬度，之所以發生攻不動螺紋，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（并非繞軸線平穩轉動），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. 普通絲錐的結構改進

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控制在0.03～0.06mm，其合理的絲錐導向錐角應控制在6°～12°?？煞譃?個角度階段，加第4根標準絲錐，簡稱4聯錐，同時在保證絲錐的刀體強度、防止產生切屑擠塞的前提下，對絲錐進行改進設計。

首先，通過修磨國產普通絲錐，將絲錐切削導向錐角修磨為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，可以適當地增加容屑槽的長度。而后，將第2根絲錐的切削導向錐角修磨為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，針對容易發生絲錐扭斷的現象，可根據材質的不同硬度，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鉸杠，攻螺紋過程中要及時調整保持絲錐的垂直。為避免絲錐折斷，要經常增加絲錐的回轉圈數，將切屑及時排出深孔。

在標準螺紋直徑的基礎上（允許的公差范圍內），適當增加內螺紋底孔的直徑，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. 結語

使用經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，從未出現絲錐攻不動螺紋及絲錐扭斷的現象（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，將絲錐所受力均勻分布在各絲錐上。加工的內螺紋孔表面質量良好，從而保證了產品質量。

參考文獻：

[1] 張洪輝.不銹鋼料攻絲的解決方法研究[J].機電產品的開發與創新，2010（1）：178-179.

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

[3] 王選逵.機械制造工藝[M].北京：機械工業出版社，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，技術工人總結了很多這方面的經驗和技巧。作者通過對普通絲錐的改進和修磨，采用4聯錐攻螺紋方法，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，在實際生產中有著很好的應用價值。

收稿日期：（20150424）