浅谈不锈钢攻螺纹技巧

2013-04-17河南平高集团有限公司平顶山467000尹世献

金属加工(冷加工) 2013年23期

河南平高集团有限公司（平顶山 467000）尹世献

随着我国生产制造业的迅速发展，产品向着小型化、美观化等方向发展。不锈钢材料由于具有耐腐蚀性并兼有强度和韧性方面的优异性能，在高压电器工业领域，得到了日益广泛的应用。不锈钢材料的韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形大、加工硬化严重、切削热多、散热困难等特点，造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重，容易产生积屑瘤，既加速了刀具的磨损，又影响加工表面粗糙度。切屑不易弯曲和折断，容易对已加工面形成损伤，影响工件的整体质量。由于其物理机械性能与一般的碳钢不同，其难加工特性矛盾在不锈钢的攻螺纹上显得尤为突出。我厂几乎所有的内螺纹孔系加工都采用攻螺纹加工方法，研究和分析不锈钢攻螺纹加工机理，合理选择丝锥，改进加工工艺，是提高内螺纹加工质量，降低运行成本的关键因素。

一、不锈钢的切削特性

不锈钢有马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢等多种，前2种属于铬不锈钢，后3种属于铬镍不锈钢，铬镍不锈钢的抗腐蚀性能及力学性能都比铬不锈钢高。不锈钢属于难加工材料，奥氏体不锈钢的相对加工性系数为0.5～0.7；奥氏体+铁素体不锈钢的相对加工性系数为0.4～0.6；硬度>35HRC的马氏体不锈钢的相对加工性系数为0.5～0.6。

（1）加工硬化倾向大，高温强度高由于不锈钢的塑性变形大，切削时晶格产生严重的错位使其强化，在切削热和应力作用下，使得组织发生金相转变，导致加工表面的强化、硬化，剪切滑移区的切应力增加，使总的切削力增加，从而使刀具磨损加剧。

（2）导热率低切削加工产生的热量70%～80%由切屑带走。但是，材料的导热率低使切屑带走的热量少，切削点的温度升高，刀具寿命变短。

（3）塑性高，切屑不易卷曲与折断由于塑性高，韧性大，切削时切屑不易弯曲与折断，也不易排出，且易粘刀，从而难以得到低粗糙度值的表面，影响已加工的表面品质，并且使刀具迅速磨损。含碳量较低的马氏体不锈钢的这一特点更为明显。

（4）线胀系数大线胀系数约为碳素钢的1.5倍，这就要求在加工特别在精加工时注意热膨胀与热变形对零件尺寸形位精度的影响。

二、不锈钢攻螺纹的加工技巧

由于不锈钢自身的特性，在不锈钢上攻螺纹比在普通碳钢上攻螺纹困难很多。经常会出现由于转矩过大，丝锥被“咬死”在螺纹中，或发生崩齿或折断，螺纹表面不光，沟纹、尺寸超差，乱扣和丝锥磨损严重等现象。因此，不锈钢攻螺纹要从丝锥类型、切削参数、润滑方式等多方面考虑，才能在批量生产中达到最佳效益比。

1.丝锥类型的合理选择

（1）丝锥工具材料的选择目前用于制造丝锥的材料有高速钢和硬质合金等材料，硬质合金丝锥虽然具有硬度、耐磨性、耐热性与抗氧化性等优点，但由于攻螺纹加工过程是在相对封闭的恶劣环境下进行的，进而要求刀具材料要有一定的韧性和耐冲击性。综合考虑，选择含钴或铝超硬高速钢做不锈钢攻螺纹的丝锥是保证攻螺纹质量的前提。

采用高速钢材料为基体以保证丝锥的韧性，并在丝锥表面进行TiN涂层以增加丝锥的耐磨性。使用TiN涂层丝锥可有效减小切削转矩，并使丝锥表面与不锈钢材料之间的摩擦力下降；TiN涂层还能有效抑制丝锥与不锈钢的亲和作用，明显阻止不锈钢和丝锥的粘接，防止不锈钢与丝锥之间熔焊，延长丝锥寿命。

在同样的攻螺纹条件下，通过生产大量的使用效果看TiN涂层丝锥在螺纹质量方面有明显提高，是获得高精度螺纹表面的一种有效途径。由于攻螺纹转矩的降低，可在一定程度上提高攻螺纹速度，提高攻螺纹效率。因此，使用TiN涂层丝锥虽然在攻螺纹成本方面有所提高，但是从其使用效果和经济效益的评价上看，比硬质合金为材料制作丝锥具有很大的优越性。

随着新工艺的推广，出现材料表面注入Co离子的新型丝锥，它不仅有TiN涂层的上述特点，还有一些更优异的特征。由于表面注入Co元素的高速钢表面晶格发生严重的畸变和强化，表面组织和Co离子发生化合反应，形成金属化合物和弥散金属硬质相，使表面硬度可达1600～2000HV；而且该硬质层是混合体，没有TiN涂层的明显界面，所以硬质层与高速钢有极强的结合强度，从而提高了丝锥表面的耐磨性、抗冲击性和耐腐蚀性。采用表面注入Co离子的高速钢丝锥，能提高丝锥寿命1.5～2.0倍，且刀齿的磨损比较均匀。

（2）丝锥结构的选用不锈钢攻螺纹过程对丝锥的磨损严重，普通丝锥使用寿命短，在生产过程中为保证螺纹质量，需要频繁更换新丝锥，生产成本与效益不能得到很好控制。笔者通过对更换下来的磨损丝锥进行观察，发现丝锥磨损位置都位于丝锥切削部分前几个牙型处。对此现象进行分析，总结为丝锥在切削时真正处于工作状态的只有切削部分前端牙型，丝锥切削部分其他的螺牙没有起到应有的作用。因而为提高丝锥整体的利用率，尽量减少丝锥切削部分单齿切削厚度是解决问题的关键。

针对问题关键点，进行不锈钢攻螺纹时应选取成组丝锥，这样就可将切削量分解到单个丝锥上。并可对原来的丝锥切削部分进行修磨，采用大切削长度，延长切削部分的长度，减少校准部分的长度，校准部分一般只用保留4～5扣螺纹长度即可，大切削长度可使更多的切削液流到丝锥切削部分周围，有利于保护切削刃，减少擦伤，延长丝锥的使用寿命。

丝锥槽数对攻螺纹效果有很大的影响，丝锥槽数主要影响丝锥容屑断屑、切屑刃数量和长度、丝锥强度等。通过对二、三、四槽丝锥的对比使用效果看，攻不锈钢材料最好选用三槽丝锥，与原来的四槽丝锥相比，槽数的减少使丝锥的横截面的尺寸增大，丝锥的强度得到提高；三槽丝锥比四槽丝锥单位面积的切削力减少了10%以上，有效地减少丝锥在攻螺纹转矩的作用下折断的可能性。丝锥容屑槽采用螺旋结构相对于直槽更有利于切屑的排出，更好控制切屑流动方向。

不锈钢攻螺纹过程，丝锥的前角、后角与倒锥也应进行修磨。一般丝锥的前角γp=10°～15°之间，由于攻不锈钢丝时切削力大，为减少丝锥的磨损速度，丝锥前角在工具磨上进行刃磨，刃磨前角取γp=15°～20°之间。为降低后刀面与已加工面的摩擦力，应该增大后角，但如果后角过大，丝锥切削刃强度就会不足，容易在攻螺纹过程出现断齿现象，因此，攻不锈钢丝锥的后角应适度比校准丝锥的αp=6°～8°大些，一般取αp=8°～12°。为进一步减少攻不锈钢时的摩擦力，还可对将丝锥的校准部分磨成倒锥，倒锥量为0.01～0.03mm，即丝锥大径与中径向丝锥尾端逐渐缩小。

2.攻螺纹过程控制

（1）螺纹底孔直径的选取由于不锈钢的弹性和塑性变形都比普通碳素钢大，不锈钢攻螺纹的螺纹底孔比标准底孔直径相比应该稍微加大。这样既可以改善丝锥切削状况，又可以延长丝锥使用寿命。当螺纹的螺距小于1mm时，螺纹底孔直径=螺纹的公称直径－螺距；当螺纹的螺距大于1mm时，螺纹底孔直径=螺纹的公称直径－1.1螺距。

（2）不锈钢攻螺纹的速度不锈钢攻螺纹时的速度不宜过高，攻螺纹过程要注意勤退刀反转，根据经验机用丝锥攻不锈钢时的切削速度为2～7 m/min。当螺距大于2mm时，切削速度应取较小值。

（3）切削液的选取不锈钢攻螺纹用的切削液既要有冷却的效果，又要保证对切削处进行润滑，抑制不锈钢对丝锥的粘结作用。攻不锈钢螺纹时，通常采用硫化油再添加CC1415%～20%，或白铅油和机械油及煤油稀释氯化石蜡等。若是少量的机修件时，在不具备上述润滑液的条件下，可以采用菜籽油进行不锈钢攻螺纹。

为了方便进行攻螺纹时丝锥的入孔，螺纹底孔的倒角要采用深且小角度的结构；为避免丝锥在启动过程折断，就要保证攻螺纹的主轴要与螺纹底孔保持垂直。这些不锈钢攻螺纹的细节性技巧都是在生产中不断的摸索总结出来的。