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超精密工艺——瑞士曼妮格雷丝锥

发布时间:2013-09-22   点击率:3184

丝锥 - 简介

  
丝锥

 丝锥是一种加工内螺纹的刀具,沿轴向开有沟槽。也叫螺丝攻。丝锥通常分单支或成组的。中小规格的通孔螺纹可用单支丝锥一次攻成。当加工盲孔或大尺寸螺孔时常用成组丝锥,即用 2支以上的丝锥依次完成一个螺孔的加工。成组丝锥有等径和不等径两种设计。等径设计的丝锥,各支仅切削锥长度不同;不等径设计的丝锥,各支螺纹尺寸均不相同,只有最后一支才具有完整的齿形。不等径设计的丝锥切削负荷分配合理,加工质量高,但制造成本也高。梯形螺纹丝锥常采用不等径设计。 
为了提高丝锥的切削效率、改善容屑和排屑状况,减少崩齿和折断,现代丝锥有多种新型结构。①螺尖丝锥:切削部分磨有斜槽,形成负的刃倾角,切削时切屑向前排出,适于加工通孔。②螺旋槽丝锥:容屑槽为螺旋形,在加工盲孔右旋螺纹时,丝锥要制出右螺旋容屑槽,使切屑向前排出,不刮伤螺纹。③无槽挤压丝锥:靠挤压孔壁时金属的塑性变形形成螺纹,主要用于加工铝合金、铜等塑性材料,也可加工低碳钢不锈钢。丝锥前端的挤压锥部是锥形螺纹。为了减少摩擦、降低挤压力,丝锥断面做成多边形。挤压丝锥强度高,特别适于加工直径在6毫米以下的小规格螺孔。 ④跳牙丝锥:沿刀齿螺旋线方向相间磨去一齿,因而增大了切屑厚度,有利于断屑和排屑,用于加工不锈钢等工件。⑤内排屑丝锥:切屑从丝锥的内孔中排出,用于加工大规格螺孔。⑥自动收缩丝锥:攻丝完毕后丝锥刀齿能自动向内收缩,以便快速退出。⑦拉削丝锥:是一把刀齿分布在螺旋线上的拉刀,常用于加工梯形和方牙螺纹。⑧硬质合金丝锥:主要用于加工铸铁有色金属,切削效率和刀具寿命较高。

丝锥 - 结构


尽管丝锥的种类很多,但它的结构基本上是相同的。  
工作部分是由切削部分和校准部分组成。切削部分齿形是不完整的,后一刀齿比前一刀齿高,当丝锥作螺旋运动时,每一个刀齿都切下一层金属,丝锥主要的切屑工作是由切削部分担负。校准部分的齿形是完整的,它主要用来校准及修光螺纹廓形,并起导向作用。  
柄部是用来传递扭矩的,其结构形式则视丝锥的用途及规格大小而定。  


丝锥 - 种类及作用

丝锥

 一、丝锥根据其形状分为:直槽丝锥、螺旋槽丝锥、螺尖丝锥、挤压丝锥,其性能各有所长。  
1、直槽丝锥,它通用性最强,通孔或不通孔、有色金属或黑色金属均可加工,价格也最便宜。但是针对性也较差,什么都可做,什么都不是做得最好。切削锥部分可以有2、4、6牙,短锥用于不通孔,长锥用于通孔。只要底孔足够深,就应尽量选用切削锥长一些的,这样分担切削负荷的齿多一些,使用寿命也长一些。  
2、螺旋槽丝锥比较适合加工不通孔螺纹,加工时切屑向后排出。由于螺旋角的缘故,丝锥实际切削前角会随螺旋角增大而加大。经验告诉我们:加工黑色金属的,螺旋角选的小一点,一般在30度左右,保证螺旋齿的强度。加工有色金属的,螺旋角选的大一点,可在45度左右,切削锋利一些。  
3、螺尖丝锥加工螺纹时切屑向前排出。它的芯部尺寸设计比较大,强度较好,可承受较大的切削力。加工有色金属、不锈钢、黑色金属效果都很好,通孔螺纹应优先采用螺尖丝锥。  
4、挤压丝锥比较适合加工有色金属,与上述切削丝锥工作原理不同,它是对金属进行挤压,使之塑形变形,形成内螺纹的。挤压成形的内螺纹金属纤维是连续的,抗拉,抗剪强度教高,加工的表面粗糙度也教好,不过挤压丝锥底孔要求较高:过大,基础金属量少,造成内螺纹小径过大, 强度不够。过小,封闭挤压的金属无处可去,造成丝锥折断。计算式为:底孔直径=内螺纹公称直径-0.5螺距。
二、丝锥根据使用方法,常分为手用丝锥机用丝锥、螺母丝锥(用于在螺母加工机床上切制螺纹)、板牙丝锥(用于切制和校正板牙螺纹)、管螺纹丝锥和锥形螺纹丝锥。    
机用和手用丝锥是切制普通螺纹的标准丝锥。中国习惯上把制造精度较高的高速钢磨牙丝锥称为机用丝锥,把碳素工具钢或合金工具钢的滚牙(或切牙)丝锥称为手用丝锥,实际上两者的结构和工作原理基本相同。通常,丝锥由工作部分和柄部构成。工作部分又分切削部分和校准部分,前者磨有切削锥,担负切削工作,后者用以校准螺纹的尺寸和形状。  

丝锥 - 使用方法

 (1)攻丝时,先插入头锥使丝锥中心线与钻孔中心线一致。  
(2)两手均匀的旋转并略加压力使丝锥进刀,进刀后不必再加压力。  
(3)每转动丝锥一次反转约45°以割断切屑,以免阻塞。  
(4)如果丝锥旋转困难时不可增加旋转力,否则丝锥会折断。  

丝锥 - 选择方法



丝锥

 螺纹是机械零件连接最常见的方法,而丝锥又是加工内螺纹最常用的工具。正确地选用丝锥加工内螺纹,可以保证螺纹连接的质量,提高丝锥的使用寿命。  
1、选择丝锥公差带  
国产机用丝锥都标志中径公差带代号:H1、H2、H3分别表示公差带不同的位置,但公差值是相等的。手用丝锥的公差带代号为H4,公差值、螺距及角度误差比机用丝锥大,材质、热处理、生产工艺也不如机用丝锥。H4按规定可以不标志。丝锥中径公差带所能加工的内螺纹公差带等级如下:  
丝锥公差带代号 适用内螺纹公差带等级  
H1 4H、5H  
H2 5G、6H  
H3 6G、7H、7G  
H4 6H、7H  
有些企业使用进口丝锥,德国制造商常标志为ISO1 4H、ISO2 6H、ISO3 6G(国际标准ISO1-3与国家标准H1-3是等同的),这样就把丝锥公差带代号及可加工的内螺纹公差带都标上了。  
2、选择螺纹的制式  
目前常见的普通螺纹有三种制式:公制英制,统一制(也称美制)。公制是以毫米为单位,齿形角60度的螺纹。例如:M8X1-6H表示直径8毫米的公制细牙螺纹,螺距1毫米,6H的内螺纹公差带。  
英制是以英寸为单位,齿形角55度的螺纹。例如:BSW 1/4-20表示直径1/4英寸,粗牙螺距每英寸20牙,这种螺纹目前已很少使用。另统一制是以英寸为单位,齿形角60度的螺纹。直径小于1/4英寸,  
常用编号表示,由0号至12号分别表示0.06英寸至1/4英寸的直径规格。美国目前主要使用的仍是统一制螺纹。  
3、选择丝锥的种类  
我们经常使用的是:直槽丝锥、螺旋槽丝锥、螺尖丝锥、挤压丝锥,其性能各有所长。 
直槽丝锥通用性最强,通孔或不通孔、有色金属或黑色金属均可加工,价格也最便宜。但是针对性也较差,什么都可做,什么都不是做得最好。螺旋槽丝锥比较适合加工不通孔螺纹,加工时切屑向后排出。由于螺旋角的缘故,丝锥实际切削前角会随螺旋角增大而加大。经验告诉我们:加工黑色金属的,螺旋角选的小一点,一般在30度左右,保证螺旋齿的强度。加工有色金属的,螺旋角选的大一点,可在45度左右,切削锋利一些。 螺尖丝锥加工螺纹时切屑向前排出。它的芯部尺寸设计比较大,强度较好,可承受较大的切削力。加工有色金属不锈钢、黑色金属效果都很好,通孔螺纹应优先采用螺尖丝锥。 挤压丝锥比较适合加工有色金属,与上述切削丝锥工作原理不同,它是对金属进行挤压,使之塑形变形,形成内螺纹的。挤压成形的内螺纹金属纤维是连续的,抗拉,抗剪强度教高,加工的表面粗糙度也教好,不过挤压丝锥底孔要求较高:过大,基础金属量少,造成内螺纹小径过大, 强度不够。过小,封闭挤压的金属无处可去,造成丝锥折断。计算式为:底孔直径=内螺纹公称直径-0.5螺距。  

丝锥 - 出现问题



丝锥

 1、丝锥折断 
 丝锥螺纹底孔加工时,底孔直径偏小,排屑不好造成切屑堵塞;攻盲孔丝锥螺纹时,钻孔的深度不够;攻丝锥螺纹的速度太高过快;攻丝锥螺纹用的丝锥与丝锥螺纹底孔直径不同轴;丝锥刃磨参数的选择不合适;被加工件硬度不稳定;丝锥使用时间过长,过度磨损。 
正确地选择丝锥螺纹底孔的直径;刃磨刃倾角或选用螺旋槽丝锥;钻底孔的深度要达到规定的标准;适当降低切削速度,按标准选取;攻丝锥螺纹时校正丝锥与底孔,保证其同轴度符合要求,并且选用浮动攻丝锥螺纹夹头;增大丝锥前角,缩短切削锥长度;保证工件硬度符合要求,选用保险夹头;发现丝锥磨损应及时更换。 
 2、丝锥崩齿 
 丝锥前角选择过大;丝锥每齿切削厚度太大;丝锥的淬火硬度过高;丝锥磨损严重。 
 适当减小丝锥前角;适当增加切削锥的长度;降低硬度并及时更换丝锥。 
3、丝锥磨损过快 
 攻丝锥螺纹时速度过高;丝锥刃磨参数选择不合适;切削液选择不当,使用不充分;工件的材料硬度过高;丝锥刃磨时,产生烧伤现象。 
 适当降低切削速度;减小丝锥前角,加长切削锥的长度;选用润滑性好的切削液;对被加工工件进行适当的热处理;正确的刃磨丝锥。 
4、丝锥螺纹中径过大 
 丝锥的中径精度等级选择不当;切削液选择不合理;攻丝锥螺纹的速度过高;丝锥与工件丝锥螺纹底孔同轴度差;丝锥刃磨参数选择不合适;刃磨丝锥产生毛刺;丝锥切削锥长度过短。 
 选择合适精度等级的丝锥中径;选择适宜的切削液并适当降低切削速度;攻丝锥螺纹时校正丝锥和丝锥螺纹底孔同轴度;采用浮动夹头;适当减小前角与切削锥后角;消除刃磨丝锥产生的毛刺,并适当增加切削锥长度。 
5、丝锥螺纹中径过小 
 丝锥的中径精度等级选择不当;丝锥刃磨参数不合适;丝锥磨损;切削液选择不合适。 
 选择适宜精度等级的丝锥中径;适当加大丝锥前角和切削锥度;更换磨损过大的丝锥;选用润滑性好的切削液。 
6、丝锥螺纹表面粗糙度大 
 丝锥刃磨参数不合适;工件的材料硬度过低;丝锥刃磨质量差、切削液选择不当;攻丝锥螺纹的削速度太高;丝锥磨损大。 
 适当加大丝锥前角,减小切削锥度;进行热处理,适当提高工件硬度;保证丝锥前刀面有较低的表面粗糙度值;选择润滑性好的切削液;适当降低切削速度;更换已磨损的丝锥。 

丝锥 - 维护



丝锥

 1、攻丝时端面孔口要倒角;丝锥要与工件的孔同轴;攻丝开始时应施加轴向压力,使丝锥切入,切入几圈之后就不再需要施加轴向力。 
2、当丝锥校准部分进人螺孔后,每正转半圈到一圈就要退回1/4,1/2圈,使切屑碎断后再往下攻;攻下通孔时,要经常退出丝锥进行排屑。 
3、在钢类工件上攻丝时要加切削液铸铁工件上攻丝时,可加少许煤油;用了头攻后,再用二攻、三攻时,必须将丝锥旋入螺孔。 
4、套丝时工件端部要倒角,扳牙端面应与工件轴线垂直;套丝开始时要施加轴向压力,转动压力相应的要大一些;当扳牙在工件上切出螺纹时,就不要再加压力。 
5、套丝时为使切屑碎断,排出及时,应经常的反转扳牙。 
6、工件应牢固地固定在夹、卡具上;当丝锥折断时,不要用手去触摸折掉处,用夹錾或样冲剔出,断丝时必须要戴好防护镜。 

丝锥 - 发展方向



丝锥

 攻丝是属于比较困难的加工工序,因为丝锥几乎是被埋在工件中进行切削,其每齿的加工负荷比其它刀具都要大,并且丝锥沿着螺纹与工件接触面非常大,切削螺纹时它必须容纳并排除切屑,因此,可以说丝锥是在很恶劣的条件下工作的。为了使攻丝顺利进行,应事先考虑可能出现的各种问题。如工件材料的性能、选择什么的刀具及机床、选用多高的切削速度进给量等。 
1、在特殊工件材料上攻丝 
工件材料的可加工性是攻丝难易的关键。现在丝锥生产厂家主要关注的是,发展针对特殊材料加工的丝锥。针对这些材料的性能,改变丝锥切削部分的几何形状,特别是它的前角和下凹量(HOOK)─前面的下凹程度。最高加工速度有时受到机床性能限制。对于较小的丝雄,主轴速度要想达到理想速度[ rpm= (sfm x 3.8)/丝锥直径] ,可能已经超过了主轴最高转速。另一方面,用较大的丝锥高速切削,会产生较大的扭矩,可能比机床提供的马力还大。应用 700psi的内冷却工具,切削速度有可能达到250sfm。而在没有内冷却设施的机床上,切削速度只能达150sfm。丝雄不同于大多数金属切削工具,因为它与工件孔壁接触面积非常大,所以冷却至关重要。如果高速钢丝锥过热,则丝推会折断、烧损,Emuge公司高性能丝雄的几何形状特点,就是有较大的后角和倒锥。”
上述丝锥的几何形状,再配以特殊的涂层表面(象TiNTiCNCrNTiAlN),可大大提高丝锥的寿命。这些耐热的、光滑的涂层,减小了切削力并允许在更高的切削速度下攻丝。实际上,较新的高性能丝锥的开发,极大地促进了机床主轴速度和功率的提高。 
2、硬质含金丝锥的使用增多 
象车削中硬质含金刀具逐渐替代高速钢刀具一样,硬质合金丝锥也开始更多地用于螺纹孔加工,与高速钢相比,硬质合金硬度高、脆性大,用硬质含金丝锥攻丝,存在切屑处理的问题。虽然如此,硬质含金丝锥对于加工铸铁和铝合金材料,其使用效果很好,丝锥的破损形式主要是机械磨损。 
由于汽车工业加工大量的铸铁与铝合金零件,因此使用硬质合金丝锥以获得刀具的长寿命。在加工这些材料的工件时,硬质合金丝锥比高速钢丝锥寿命更长。在汽车工业中,丝推换刀时间的减少明显是个重要因素,而硬质合金丝推的长寿命将使换刀时间最小化。用表面涂层的小螺旋角硬质合金丝锥在硅含量为8%-12%的铝合金工件上攻丝,其效果很好。用亚微细颗粒(Submicron-grain)硬质含金制作的丝锥,可增加刀具韧性而不降低其硬度,在切削淬硬钢、塑料和难加工镍基合金时效果很好。该公司生产的PRX系列丝推,在一定条件下,可在镍铬铁合金 Inconel 718上连续攻丝200个螺孔以上,而以前必须重磨才能达到。 
硬质合金丝锥是该公司市场增长最快的产品之一。新的细颗粒硬质合金丝锥也适合于某些一般加工,切削速度可提高5-6倍,刀具寿命提高100倍。其价格当然比高速钢丝锥贵很多倍,可使用的收益要比支出大得多,特别适合于汽车工业的大量生产。但应注意的是,使用硬质合金丝锥时,需要用刚性攻丝方式。
也有一些针对某种加工材料研制的丝锥,在另外一些材料上攻丝,也取得了良好的加工效果。如将原本用于在镍合金上攻丝的丝锥(一种优质钢制成的,带有适当后角,螺纹长度很短的丝锥),用来加工硬度为HRC38的4340钢,效果也很好。 
尽管丝锥在不断发展,但他们了解到,很多用户对提高切削速度并不感兴趣,他们所关心的是通常攻丝时出现的丝锥崩刃、螺孔扩大、排屑等问题。 

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