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不銹鋼攻絲用的新型絲錐
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( o7 g' i5 q9 U不銹鋼作為一種優良的耐腐蝕材料，并具備有強度和韌性等方面的優異使用性能，使之在機器零件及制藥、化工設備等各個領域得到廣泛的應用。但是，隨著不銹鋼用量的不斷增加，不銹鋼作為難切削材料的加工問題就日益突出。正是因為不銹鋼具有良好的塑性和一定的韌性及強度，所以導致加工硬化現象嚴重，易對刀具切削刃口造成損傷。由于它高溫下強度高、熱傳導率低，因此切削溫度高，對刀具磨損影響很大，正因它具有相當大的韌性和強度，延伸率大，故極易形成積屑瘤。這些情況對于不銹鋼加工，尤其是攻絲將會帶來很大困難。 , E1 C; U& h9 [2 g1 V R
我們在實際加工過程中，研制了一種表面注入Co離子的高速鋼絲錐(如圖1) ，并對刀具的結構參數進行合理選擇，能較好地完成不銹鋼攻絲。( s# ?5 D0 ~- @2 F$ g- R
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+ m N" b6 l- C2 r; X圖2 專用夾具
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1 雙頭絲錐的結構簡介目前我們常用的絲錐只有一端有螺紋，而另一端則為刀柄。這種結構使得刀桿尾部須被設計成方身或錐面，以能傳遞扭矩。而絲錐的螺紋的有效部分只占絲錐長度的40%左右，絲錐材料大部分用于刀柄部分，比較浪費材料。
6 c9 U: ^, B! W& Y$ J現設計的雙頭絲錐在它的兩頭都有相同的外形，能使絲錐固定在夾具上，使得扭矩可以從任意一端傳遞到另一端。這種結構相當于把兩個單頭絲錐的刀柄部分合并成一體，從而減少了柄部長度，節省了材料。在雙頭絲錐的中間部分，即刀柄部分，可以銑出較淺的圓弧槽，利用雙頭絲錐兩頭的頂針孔定位，圓弧槽經磨削后可保證定位夾緊面具有較高的定位精度。
! O4 Y' ~7 j# z: f! i5 b" u2 絲錐結構參數的合理選擇試驗表明，絲錐槽數對攻絲效果有較大的影響。我們選用的是三槽絲錐，它與四槽絲錐相比，橫截面的尺寸增大了，絲錐的強度得到提高，可有效防止絲錐在攻絲扭矩的作用下折斷，也為增大前角和后角創造了有利的條件。并且，三槽絲錐的攻絲扭矩可比四槽絲錐減小10% ，因而單位面積切削力也隨之減小。
- A" _7 J9 @' _$ S% j/ M" K7 x) p由于攻絲切削力大，為減小絲錐的磨損速度，一般認為絲錐前角應取小值，但是根據不銹鋼材料的特性，其抗拉強度不是太高，而高溫強度、延伸率和斷面收縮率卻較大，攻絲時切屑不易分離、卷曲和折斷，切削變形大，攻絲扭矩大，切削溫度高。因此為了減小切削變形，使切削輕快，應該適當增大前角，而且這樣可使容屑槽面積增大，使不易卷曲和折斷的切屑能夠暫存容屑槽中，不至于因為切屑堵塞而使絲錐折斷或刀齒崩刃。因此我們選擇了bp=20°較大的前角。
' z9 i! d3 y; Y/ a標準絲錐切削錐部的齒頂后角一般為ap=6°～8°，但由于不銹鋼韌性較大，所以我們選用了較大的后角ap=10°～12°，并在制造時對螺紋廓形進行鏟磨，即鏟磨螺紋截形后角，這樣可防止攻絲過程中由于彈性恢復，被加工表面在切削后縮小，使摩察力大大增加，也可避免絲錐在反轉退出時被切屑卡塞。 ' y1 g# d% Y# P- q
容屑槽槽形選用兩圓弧一直線構成的槽形，槽形的方向最好采用螺旋槽，但是其制造相當困難，刀具制造成本較高，因此我們選用在直線槽的切削錐部有刃傾角的形式，以提高其切削性能。
4 \4 [3 ~/ a& i3 絲錐材料的合理選擇傳統的絲錐材料均為普通高速鋼。有資料顯示，加工不銹鋼可以在高速鋼表面進行TiN涂層，以減小切削扭矩，延長絲錐壽命，提高螺紋質量。實驗證明，TiN 涂層可使絲錐表面與不銹鋼材料之間的摩擦力下降，使切削扭矩下降1/3～1/2，TiN涂層還能有效抑制絲錐與不銹鋼的親和作用，明顯阻止不銹鋼和絲錐之間的粘結，從而使螺紋表面質量提高。
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圖3 注入偽離子與未注入Co離子的絲錐切削齒磨損過程 |
我們選用的材料為表面注入Co離子，因為它不僅有TiN涂層的上述特點，還有一些更優異的特征。由于表面注入Co元素的高速鋼表面晶格發生嚴重的畸變和強化，表面組織和Co離子發生化合反應，形成金屬化合物和彌散金屬硬質相，使表面硬度可達1,600～2,000HV，而且該硬質層是混合體，沒有TiN涂層的明顯界面，所以硬質層與高速鋼有極強的結合強度，從而提高了絲錐表面的耐磨性，抗沖擊性和耐腐蝕性。我們對絲錐進行Co離子注入并與未經注入處理的絲錐作了切削性能對比試驗，注入Co離子絲錐的材料為W6Mo5Cr4V2，尺寸為M10×1(帶刃傾角)，試件為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，硬度HB190 ，抗拉強度642MPa，選用切削速度3.6m/min，澆注乳化切削液，流量5L/min。當總攻絲長度為4m 時，注入Co離子的絲錐切削齒后刀面上的磨經損量為0.15mm，未注入Co離子的磨損量為0.4mm。(圖3) " K, K% L1 J. r# T
實驗證明注入Co離子后絲錐的切削壽命可延顯長1.5～2倍，而且刀齒后刀面沿刀刃的磨損是均勻的，而一般情況下絲錐刀齒后刀面位于刀刃轉角處往往會產生嚴重磨損甚至崩刃，這充分說明注入Co離子以后絲錐的耐磨性和抗沖擊性得到了顯著的提高。 + z. v3 X% ]. [& W3 C
4 雙頭絲錐的專用夾具由于雙頭絲錐是一種新型結構，一般的夾具無法裝夾，所以我們設計了雙頭絲錐的專用夾具，圖2為夾具外形，圖4為雙頭絲錐裝夾在專用夾頭中的結構示意圖。雙頭絲錐由鋼球在斜面的作用下壓緊在雙頭絲錐中間的圓弧槽內，只要推動松緊壓套即能方便的把絲錐拆裝及掉頭。絲錐由中心孔與夾具中的定位銷起到定心作用，絲錐夾具在整個殼體內可略有浮動，以便對準工件孔。且在軸向也有少許允動，以便于絲錐進退時，允許在螺距上稍有些偏差。
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& x( m* T5 a1 s7 D' O圖4 專用夾具結構示意圖
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結構新穎的雙頭絲錐，改變了傳統的絲錐柄部制造工藝，節省了刀具材料，降低了刀具制造成本，若兩頭被分別做成頭錐和二錐，可快速掉頭使用。 2.
6 r- t/ D4 ~, |( O0 r0 q設計的專用夾具可使絲錐定位準確，傳遞扭矩較大，裝拆快速，節省輔助時間，提高生產效率。 3.
7 |# Q( O1 J- |! _" V合理選擇絲錐的結構參數，可提高加工質量，改善絲錐的切削性能。 4.
/ c# ~4 r: p& {0 `! l采用表面注入Co離子的高速鋼絲錐，能提高絲錐耐用度1.5～2.0 |
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發表于 2009-11-25 17:46:55
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發表于 2009-11-26 08:37:05
