小直徑深孔內螺紋的精加工技巧

申強　崔亞洲　梁朝山

摘 要：某產品零件孔徑小，內孔深，螺距大，用現有的數控設備和機夾刀具無法完成此零件的退刀槽和螺紋的加工，本文通過多年普通車床機加經驗的積累，自行研究設計了專用刀具，通過低速切削完成了此零件的加工，摸索出一套行之有效的小直徑深孔內螺紋的精加工方法及參數。

關鍵詞：小直徑;深孔;大螺距

一、引言

深孔螺紋工件在航天、汽車、工礦以及各種工農機械設備中都有其特殊應用。多數機體上對螺紋深孔工件精度要求較高，而且加工難度大，加工深孔螺紋需工件與刀具之間的長期接觸，其冷卻劑的投入和排出都比較困難，同時，絲錐冷卻條件差，高溫導致絲錐耐用度降低，易產生切屑阻塞，導致絲錐斷裂。因此，對深孔螺紋加工方法進行研究，有著重要的實際應用意義。

二、設計要求及難點

材質40Cr，硬度HRC28～32，內螺紋M42-7H加工深度為193mm和退刀槽φ42.5的加工深度為217mm。

三、零件內螺紋的加工工藝性分析

（1）螺紋加工深度193mm、螺距是4.5mm，現有數控螺紋刀桿￠25的數控刀桿，刀桿長度短且細，無法滿足零件深孔螺紋長度;標準的螺紋刀片牙形，加工切削面大，易出現較低的表面光潔度和扎刀現象;刀柄太細，切削力作用會引起振顫和變形，容易產生讓刀、震紋、扳刀、甚至是刀桿斷裂現象;且也為冷卻和排屑造成了難題，切屑堆積容易影響加工精度;因此，螺紋加工難度大。

（2）零件調質硬度為HRC28～32，由于退刀槽加工深度為217mm，一般的挖孔刀達不到要求的孔深，很難保證尺寸要求，退刀槽的加工和測量難度大。

四、加工工藝過程

加工工藝過程：

刀具設計及磨制→打預鉆孔→鏜孔→加工退刀槽→螺紋加工

五、刀具設計及安裝

（一）刀具設計

（1）、鏜孔刀

鏜內孔時，選用制作直徑為φ30mm強度較高30GrMnSiA材料的刀桿材質，在刀桿前端的中心軸線上，在前端偏心距7mm處精鏜直徑為φ12 eq 0深度為100mm的孔，刀桿徑向位置加工兩個M5的頂絲孔，便于緊固裝制φ12的機夾精鏜孔刀。

（2）、螺紋刀和退刀槽加工刀具

制螺紋、內槽時，選用制作直徑為φ30mm強度較高30GrMnSiA材料的刀桿材質，在刀桿前端銑方孔12×12mm，刀桿前段軸向中心制M10的頂絲孔，便于緊固換刀頭即可完成螺紋、退刀槽的加工。

（3）、螺紋刀

螺紋刀要根據螺旋升角選擇后角，有利于散熱、提高刀具壽命、提升切削的螺紋質量產生顯著的影響。后角取決于螺紋的螺旋升角，如果螺紋刀的刃傾角與螺紋角不一樣，則螺紋刀的后角亦會不同;當螺紋的螺紋角≤刀具后角時，刀片側面會產生干涉。

（二）刀桿和刀頭的安裝

內螺紋刀安裝時，保證螺紋的螺旋升角與刀片的傾斜角一致;保證刀尖等高工件回轉中心或略高于工件中心;保證刀柄伸長大于螺紋加工長度10-20mm、刀柄伸出長度大于螺紋加外臺階孔長度205mm;保證刀尖角與工件軸線垂直;保證刀柄的退刀余量，以防退刀時碰壞已加工的螺紋或過多的磨損而導致刀具壽命縮短。

六、加工方法

（一）內孔及螺紋加工方法步驟

直徑較小的大螺距內螺紋，首先預制φ34預鉆孔，再采用自制刀桿裝夾φ12精鏜刀完成內孔粗、精鏜。由于刀桿直徑的選擇最大程度滿足了孔徑要求，所以在加工過程中不會出現震刀現象，保證了良好的孔內光潔度和精度要求。

（1）直進法：利用高速鋼磨制的螺紋刀頭，采用低速切削，轉速為40r/min左右，螺紋刀牙形中徑應小于標準螺紋的牙形，利用中托板作模向進給，每次吃刀量為0.2—0.25mm為宜，這樣往復行程，車至2mm深時，進給量減為每次0.05—0.1mm，當螺紋深度加工到4mm時，改用左右切削法。

（2）左右切削法，首先將刀頭更換為60°標準刀頭，在刀具往復行程中，除了用中拖板橫向進給，同時使用小拖板，使車刀向左向右作微量進給，這樣重復切削行程，直至螺紋牙形全部車好，橫向、徑向進給量為0.05mm即可，同時在切削過程中應加注切削油（豆油）冷卻了刀具又提高了螺紋的表面粗糙度。

左右切削法的特點是：①切削刃左右側后刀面磨損平均，交替使用的切削刃有利于提高刀具壽命;②齒間有足夠的空間供切屑排除，出屑狀態好，能充分的控制切削質量，幾乎沒有纏屑的現象;③左右切削法是單面切削，減少了刀具切削面積，能有效地消除振動，切削刃承受的壓力小，狀態比較穩定，消除了加工大螺距的震刀和扎刀現象。

（二）孔徑計算

在車削內螺紋時，因為車刀切削時的擠壓作用，內孔直徑會縮小，所以車削內螺紋前的孔徑（D孔）應比內螺紋頂徑（D1）要略大一些，又由于內螺紋加工后的實際頂徑等于或略大于內螺紋頂徑的基本尺寸，相對于本零件的材料為40Cr，屬于塑性材料，可用下列近似公式：

（D孔）車削內螺紋前的孔徑≈d-P螺紋螺距≈42-4.5≈37.5（mm）

七、參數設置匯總

（1）鏜孔切削參數：轉速為250r/min，削速度為100—150m/min，進給量為0.2—0.3mm/rev完成精鏜孔程序;

（2）直進法粗車螺紋參數：轉速為40r/min左右，吃刀量不能太大，每次0.2—0.25mm為最佳;

（3）左右切削法加工螺紋參數：精車時加切削液（豆油），每次進給不能過大，應小于0.05mm，轉速為40r/min左右。

八、結論

根據零件特點，從工藝流程、刀桿改制、刀頭磨制、使用安裝、走刀路線、加工參數等方面進行了詳細分析的基礎上，通過合理設計及磨制刀具、科學選用加工方法和加工參數，摸索出一套完整的小直徑深孔內螺紋加工的方法及參數，保質保量的完成了該零件的生產任務，對類似結構的零件加工具有一定的借鑒及推廣意義。

參考文獻

[1]梁炳文、張京、胡文仲、陳文濤、王志恒等主編.《機械加工工藝與竅門精選》.機械工業出版社.2007年1月