摘要：針對曲軸端面盲孔攻螺紋中影響絲錐壽命的因素，對絲錐結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及機床工裝進行改善，提升盲孔攻螺紋絲錐的壽命。
絲錐作為加工環(huán)境最復(fù)雜、最惡劣的刀具之一，特別是在盲孔攻螺紋的全封閉環(huán)境中，絲錐的選型、機床可靠性非常重要。在加工過程中，絲錐過早磨損、崩刃、斷裂等現(xiàn)象都會造成絲錐的壽命降低，同時對加工產(chǎn)品的質(zhì)量影響非常大。所以，提升盲孔攻螺紋中絲錐壽命的研究十分重要，主要從絲錐結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和機床可靠性等方面著手。
1. 絲錐改進
（1）絲錐容屑槽優(yōu)化。在曲軸盲孔攻螺紋中，絲錐退刀時常遇到崩刃的情況，進而造成內(nèi)孔爛牙的問題。這種情況，往往是由于絲錐排屑不暢造成，采用螺旋槽絲錐更有利于排屑。在選用螺旋槽絲錐時也要注意很多事項，如果螺旋槽絲錐的失效形式為刃部磨損，那么選用螺旋槽角度時可以適當?shù)慕档徒嵌龋栽黾咏z錐刃部的強度。比如：在特定加工情況下，通過試驗驗證，選用20°螺旋槽絲錐的壽命就要比30°螺旋槽絲錐的壽命高25%。
另外，絲錐在攻螺紋過程中排出的切屑形態(tài)也至關(guān)重要。我們更傾向于纏繞細密的切屑，這樣有利于切屑的排出，不容易造成切屑在封閉腔體中對絲錐形成擠壓。改變切屑的狀態(tài)有很多種方法，最直接的是通過修改螺旋槽的槽型來實現(xiàn)。絲錐的螺旋槽一般采用磨制的方法加工，通過砂輪修形，可以加工出各種槽型。減小螺旋槽的圓弧半徑，可以讓切屑變的又細又密，有利于排屑（見圖1）。
在深孔加工中，采用內(nèi)冷絲錐可以有效減少切削熱，減少絲錐刃部的早期失效。由于內(nèi)冷絲錐的工藝復(fù)雜，往往價格很高。在實際運用中，可以通過加長排屑槽來達到同樣的效果，絲錐的成本不會有太大的變化。
?。?）絲錐切削刃優(yōu)化。在底孔深度足夠的情況下，可以增加切削刃的個數(shù)來提升絲錐的壽命。絲錐前端切削刃的倒錐決定了一個刃瓣上有幾個切削刃。每個刃瓣上的切削刃越多，每個切削刃的切削量就越少，切削刃的磨損也就越小。一般絲錐的每個刃瓣上有2～3個切削刃，如果底孔的空間夠大，不會造成絲錐頂部與底孔底部干涉，同時又能保證有效攻螺紋深度，滿足產(chǎn)品要求?？梢詫⑶邢魅械瑰F的角度改小，增加切削刃的數(shù)量，這樣的方法可以大幅度提高絲錐的使用壽命。
?。?）絲錐材質(zhì)優(yōu)化。大部分的機用絲錐采用的都是普通高速鋼材質(zhì)。普通高速鋼材質(zhì)的優(yōu)點是便宜、制造成本低，在加工硬度不高的產(chǎn)品時具有一定的優(yōu)勢。但隨著鈷高速鋼（見圖2）、粉末冶金高速鋼這些新型材料的出現(xiàn)，普通高速鋼的優(yōu)勢已經(jīng)變的不明顯。
在一般情況下，鈷高速鋼絲錐的價格是普通高速鋼絲錐的4倍左右。同等條件之下，鈷高速鋼絲錐的壽命相對普通高速鋼絲錐提升4倍左右，彼消此漲，鈷高速鋼與普通高速鋼的性價比相當。而使用粉末冶金鈷高速鋼的價格是一般鈷高速鋼的兩倍，且壽命又有所提高，在難加工產(chǎn)品的使用上性價比會更高（見圖3）。
由于材質(zhì)升級造成的單件絲錐采購成本大幅提高，如果加工條件不好，在攻螺紋刀柄的跳動、振動、冷卻條件都不理想的狀態(tài)下，高性能絲錐意外斷裂一件都會造成絲錐的性價比降低。但是，如果加工條件好，絲錐不用頻繁更換，不會由于更換不及時造成加工質(zhì)量的下降，所以，在條件允許的情況下，使用高性能絲錐換來的是效率的提升，加工質(zhì)量的提升。
在絲錐材質(zhì)不變的情況下，表面處理也是一種提高絲錐壽命的方法。通常提高排屑性能的蒸汽回火處理，提高絲錐表面硬度的各種涂層，都能在一定程度上提升絲錐的壽命。但在使用表面處理后，性價比是否有所提升，需要經(jīng)過仔細核算。
2.機床可靠性提升
機床作為絲錐攻螺紋的母體，機床的可靠性同樣是影響絲錐壽命的關(guān)鍵因素。比較常用攻螺紋設(shè)備有加工中心或?qū)C，這類機床配有專用的攻螺紋刀柄，影響絲錐壽命最主要的就是攻螺紋刀柄。
攻螺紋刀柄目前有兩種（見圖4），一種是剛性攻螺紋刀柄，一種是柔性攻螺紋刀柄。剛性攻螺紋的優(yōu)點是產(chǎn)品加工質(zhì)量高，缺點是對主軸傳動機構(gòu)的間隙和慣量都會有嚴格的要求，否則就會拉斷絲錐。柔性攻螺紋刀柄可選擇轉(zhuǎn)矩過載保護，通常柔性攻螺紋的絲錐壽命要比剛性攻螺紋的長。從絲錐的壽命角度考慮，優(yōu)先選用柔性攻螺紋刀柄。
剛性攻螺紋旋轉(zhuǎn)和進給與我們編程時設(shè)定的螺距嚴格配比，但就從絲錐制造上說，絲錐的螺距誤差不可避免，因此剛性攻螺紋的實際進給率絕大部分總是比絲錐的實際螺距稍大一些或稍小一些，從而在絲錐的軸向附加了一個由于兩者螺距不一致所產(chǎn)生的力。這個力會造成絲錐一個牙側(cè)受力特別大，從而加劇磨損。
柔性攻螺紋刀柄，帶過扭保護功能。一旦出現(xiàn)絲錐遲鈍、扭力過大，就會有信號在卡頭內(nèi)部的高頻發(fā)射器發(fā)出，可以使機床及時停下來，更換絲錐排除問題，避免工件的報廢。同時，柔性攻螺紋刀柄內(nèi)的彈性結(jié)構(gòu)能自動補償攻螺紋實際進給率與絲錐實際螺距之間的誤差，保證絲錐受力平衡。
在攻螺紋刀柄上往往配有快換夾頭（見圖5），方便絲錐的快速更換?？鞊Q夾頭的日常檢查與更換同樣重要。快換夾頭通過裝在彈性機構(gòu)上的幾個鋼珠與絲錐接觸來保證絲錐對中，如果快換夾頭中的鋼珠其中一個或者幾個失去彈性，導(dǎo)致絲錐偏離刀柄中心，這樣就很容易造成絲錐斷裂。一般快換夾頭的損壞都是由于劇烈的碰撞造成，比如機床撞刀等情況。所以，在機床出現(xiàn)撞刀之后要檢查快換夾頭是否已經(jīng)損壞，否則很容易在后續(xù)的攻螺紋中出現(xiàn)絲錐再次斷裂的情況。
3.結(jié)語
絲錐在盲孔攻螺紋中的壽命關(guān)聯(lián)到諸多方面的因素，針對不同產(chǎn)品，需要選擇不同類型的絲錐，同時加工條件的改善至關(guān)重要。只有選擇了合適的絲錐，在機床狀態(tài)良好的情況下才能保證絲錐的壽命有所提升。
參考文獻：
[1] 谷宗民. 軸端深盲孔攻螺紋絲錐的選用[M].常州：鐵道機車車輛工人，2007.
（本文發(fā)表在《金屬加工（冷加工）》雜志2016年第2期，作者單位：襄陽福達東康曲軸有限公司）
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