钛合金小直径螺纹攻丝研究

2018-04-16吴东

机械制造 2018年2期

关键词：丝锥攻丝盲孔

□吴东

中国空空导弹研究院河南洛阳 471009

钛合金是一种具有高强度、耐腐蚀、耐热等特点的金属材料，攻丝困难。笔者以TC4钛合金为例，在手工攻丝的条件下，从丝锥材料、丝锥结构、螺纹底孔、冷却液四个方面研究提高钛合金小直径螺纹攻丝效率的方法。

1　钛合金攻丝影响因素

一般而言，影响钛合金小直径螺纹攻丝的因素主要有四个方面。

（1）丝锥材料。由于钛合金强度高，韧性好，化学活性高，因此丝锥材料应具有以下特质：足够高的硬度、强度、刚性和耐磨性，与钛合金的亲和能力要差［1-2］。

（2）丝锥结构。丝锥结构一般有螺旋槽丝锥、螺尖丝锥、挤压丝锥和直槽丝锥等，各种丝锥结构的特点和用途见表1。针对钛合金攻丝，特殊结构的丝锥有短刃瓣丝锥、跳牙丝锥、短校准段丝锥等［3-6］，其中短刃瓣丝锥比较容易制作，如图1所示，跳牙丝锥如图2所示。

（3）螺纹底孔。钛合金回弹量大，加工螺纹底孔时加大钻头直径，可加工出满足螺纹公差要求和螺纹连接强度要求的底孔，以利于减小切削余量，降低攻丝扭矩，避免丝锥折断［7］。

（4）切削液。钛合金回弹量大，导致攻丝时接触面积大、摩擦力大，因此散热和润滑成为制约攻丝质量和效率的关键因素之一［8］。

2　试件准备

试验采用厚度为8 mm的TC4钛合金板，钛合金板外形尺寸为150 mm×100 mm，M3螺纹底孔直径为2.46～2.59 mm［9-10］。试件如图3所示。

表1　丝锥结构及用途

3 试验情况及分析

3.1　丝锥材料

不同丝锥材料试验情况见表2。

由表2可见，钴高速钢丝锥加工螺孔数量最多，且攻丝时间最短，针对钛合金材料的高速钢丝锥次之，普通丝锥则不适合加工钛合金。

▲图1 短刃瓣丝锥

▲图2 跳牙丝锥

▲图3 试件

表2　不同丝锥材料试验情况

3.2　普通丝锥结构

不同普通丝锥结构试验情况见表3、表4。

表3　不同普通丝锥结构通孔试验情况

表4　不同普通丝锥结构盲孔试验情况

由表3、表4可见，加工通孔时螺尖丝锥具有明显优势，无论加工数量还是时间都为最优；而加工盲孔时螺尖丝锥和螺旋槽丝锥单个螺纹孔加工时间相差不多，分析原因为试件中的螺纹孔深度较浅，因此螺旋槽丝锥的排屑优势并不明显。

3.3　特殊丝锥结构

特殊丝锥结构试验情况见表5。

表5　特殊丝锥结构试验情况

由表5可见，特殊结构丝锥相比普通丝锥，加工螺纹数量均有提高，其中短刃瓣丝锥提高最明显。短刃瓣丝锥加工过程中切削力减小，攻丝后合格率提高，加工时间缩短。

3.4　攻丝液

不同攻丝液试验情况见表6。

表6　不同攻丝液试验情况

由表6可见，润滑比冷却更重要，特别是深孔加工时，要求攻丝液具有较强的抗挤压能力，加工过程中不能被挤出，这样才能保证丝锥切入和退出时比较顺畅。

3.5　螺纹底孔

不同螺纹底孔试验情况见表7。

由表7可见，随着螺纹底孔的增大，每个螺纹孔的平均加工时间有显著缩短，当底孔加工到公差上限时，效率提高近1倍。攻丝完成后，螺纹底孔及螺纹中径会有一定的回弹量，导致螺纹底孔及中径偏小。针对这个现象，又做了对比试验，最终得出小径收缩量的变化，如图4所示。由图4可见，小径越大，余量越小，收缩量就越小；丝锥越锋利，容屑空间越大，去除材料越方便，收缩量也就越小。因此，底孔尽可能加工到公差上限，考虑攻丝后的收缩率，可适当增大螺纹底孔直径，如底孔直径由2.5 mm增大为2.6 mm，则加工余量减小50%多，假设一副丝锥去除余量一定，则丝锥耐用度将大幅提高，加工效率也将明显提升。