高速鋼鑲齒絲錐刀片的研制

■河南一工專用刀具有限公司 （新鄉 453002） 葛建華 閆永亮

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公司客戶提供一份絲錐圖樣（見圖1），要求按照圖樣來制造所需的絲錐。該絲錐規格為M163×2-H2，寬度60mm，絲錐材料為W6Mo5Cr4V2高速鋼。由于絲錐直徑較大，因此高速鋼原材料要進行鍛造、退火處理，再加上機械加工、淬火及回火等工序，經過近兩個月的生產，才將2件絲錐交付用戶使用。

絲錐經用戶使用后反映效果不錯，但有以下兩個問題需要改進：

一是絲錐費用高。主要是絲錐采用高速鋼材料制造，僅原材料就達到12kg，再加上鍛造、機械加工及熱處理等費用，絲錐價格自然不菲。同時，絲錐在鍛造過程中如果出現裂紋，或在使用中切削刃出現嚴重的崩刃，絲錐就將報廢，造成很大浪費。

二是絲錐修磨困難。絲錐在磨損后一般是修磨前刀面，將絲錐裝上心軸，在萬能工具磨床上進行修磨，而使用廠家一般不具備絲錐的修磨能力，需要將絲錐送到專業刀具廠進行修磨，周期較長，因此廠家只能通過增加絲錐的庫存量來保證車間的正常生產，從而占用大量刀具費用。

基于以上情況，用戶建議能不能設計制造鑲齒結構的絲錐來使用，以降低刀具費用。

1.鑲齒絲錐的設計

經與用戶溝通，了解到該絲錐是用來加工重汽后橋減速器殼體上的大直徑螺紋孔，工件材料為球墨鑄鐵QT450-10，硬度160～210HB。經認真分析原整體絲錐的結構，并參考鑲齒三面刃銑刀的形式，將該整體高速鋼絲錐改進為鑲齒結構絲錐（見圖2）。

設計步驟主要從以下幾方面進行：

圖1

圖2

（1）絲錐前角：一般來說，絲錐前角大，鋒利性好，被加工面的表面粗糙度低，但切削刃磨損較快，被切螺紋的精度不夠穩定。因此，為防止切削刃的損傷，前角要選得小一些。同時，絲錐前角有平面前角和曲面前角兩種形式。平面前角主要是為提高刀尖強度，而曲面前角則主要是為提高鋒利性和便于卷屑。考慮到工件材料為球墨鑄鐵，故選定為平面前角，取值為3°，同時在絲錐刀體上加工出R12mm圓弧槽，以便于卷屑，絲錐刀體如圖3所示。

（2）絲錐的后角是沿切削錐用徑向鏟磨法獲得的阿基米德螺旋面，應按照絲錐的類型、用途、尺寸和被加工材料來選取適當的后角。因為絲錐后角過大容易產生崩齒和螺孔中徑擴大的情況。因此在一般情況下，加工硬質材料時選用2°～3°，加工軟質材料用3°～4°。同時還要通過觀察絲錐使用后的情況來修正后角的大小，最終確定絲錐后角為3°。

（3）絲錐的倒錐、螺紋鏟背量：絲錐的倒錐主要是為了減少絲錐與被切螺紋孔之間的摩擦，減小切削扭矩，以及減小螺紋孔的擴張量，綜合考慮倒錐選定為0.1/100mm。絲錐螺紋鏟背量按經驗選定為0.06～0.08mm，不宜過大，以防絲錐反轉時從刃背背面擠入碎屑。

2.鑲齒絲錐的制造

鑲齒絲錐的制造主要從以下幾方面進行質量控制：

（1）絲錐刀體：絲錐刀體采用40Cr合金結構鋼制造，硬度保持在35～40HRC。絲錐刀片槽采用線切割機床加工，前角3°，槽深24mm，要求在裝配刀片后，絲錐刀片端面高出刀體端面6mm左右。刀片槽前端的R12mm圓弧槽應與刀片槽在一次裝夾中完成加工，以避免發生錯位，造成在攻絲過程中發生擠屑的情況。

圖3

（2）絲錐刀片：如圖4所示，采用W2Mo9Cr4V2Co8（M42）超硬鈷高性能高速鋼制造，硬度保持在66～67HRC。首先絲錐刀片要進行鍛造加工，應嚴格控制鍛造溫度，防止刀片出現裂紋。其次刀片上的齒紋采用線切割機床加工，在切開后可成為2個刀片的齒紋。經加工后的刀片應保證切削刃鋒利，表面不得有裂紋、崩刃以及磨削退火等影響使用性能的缺陷。

（3）鑲齒絲錐的裝配：在裝配絲錐刀片時，先用手將刀片輕輕插入到刀體刀片槽中，保持絲錐外徑留有1～2mm的余量，然后用紫銅棒或壓力機將刀片壓緊。由于絲錐刀片刃口鋒利，在裝配過程中一定要注意安全，必須輕拿輕放，防止手被劃傷造成事故。同樣，絲錐在磨損后需要修磨時，應先將絲錐刀片反方向取出，并上移一個齒距1.5mm，然后按裝配要求將刀片壓緊即可進行修磨。

（4）鑲齒絲錐的磨削加工：裝配后的鑲齒絲錐先在平面磨床上將絲錐刀片端面磨平，然后裝上心軸，在外圓磨床上磨絲錐大徑至尺寸。接著再在螺紋磨床上磨出絲錐螺紋，其螺紋牙型及公差（見圖5）。最后是鏟磨切削錐工序，可在螺紋磨床上或鏟齒車床上進行鏟磨，鏟磨量K＝4mm。

3.鑲齒絲錐的使用

絲錐在攻絲時，由于軸向進給量（等于螺距）較大，故轉速不能太高，否則將影響其強度和韌性，造成絲錐崩刃等情況。

圖4

圖5

同時，還要考慮工件材料因素，在加工鑄鐵時，切削速度可取10～15m/min，加工淬硬鋼時取3～5m/min。考慮到用戶的攻絲設備為雙面鏜組合機床，因此切削速度不宜過高，推薦切削參數為：n＝12r/min（vc＝6.15m/min），f＝2mm/r。

經用戶使用證明，鑲齒絲錐攻絲過程平穩，被切螺紋精度符合圖樣要求。

4.結語

本次研制的鑲齒絲錐效果明顯，達到了耐用度高于整體高速鋼絲錐2倍以上，價格低于整體高速鋼絲錐近3倍的預期效果。同時，由于絲錐刀體可長期使用的特點，后期僅需更換絲錐刀片即可，并且一套絲錐刀片可重復修磨3次以上，充分顯示出其高性價比的特點，為用戶減少了刀具費用，在制造成本及使用上都得到了很好的經濟性，具有一定的推廣價值。

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