小直径深孔内螺纹的精加工技巧

申强　崔亚洲　梁朝山

摘 要：某产品零件孔径小，内孔深，螺距大，用现有的数控设备和机夹刀具无法完成此零件的退刀槽和螺纹的加工，本文通过多年普通车床机加经验的积累，自行研究设计了专用刀具，通过低速切削完成了此零件的加工，摸索出一套行之有效的小直径深孔内螺纹的精加工方法及参数。

关键词：小直径;深孔;大螺距

一、引言

深孔螺纹工件在航天、汽车、工矿以及各种工农机械设备中都有其特殊应用。多数机体上对螺纹深孔工件精度要求较高，而且加工难度大，加工深孔螺纹需工件与刀具之间的长期接触，其冷却剂的投入和排出都比较困难，同时，丝锥冷却条件差，高温导致丝锥耐用度降低，易产生切屑阻塞，导致丝锥断裂。因此，对深孔螺纹加工方法进行研究，有着重要的实际应用意义。

二、设计要求及难点

材质40Cr，硬度HRC28～32，内螺纹M42-7H加工深度为193mm和退刀槽φ42.5的加工深度为217mm。

三、零件内螺纹的加工工艺性分析

（1）螺纹加工深度193mm、螺距是4.5mm，现有数控螺纹刀杆￠25的数控刀杆，刀杆长度短且细，无法满足零件深孔螺纹长度;标准的螺纹刀片牙形，加工切削面大，易出现较低的表面光洁度和扎刀现象;刀柄太细，切削力作用会引起振颤和变形，容易产生让刀、震纹、扳刀、甚至是刀杆断裂现象;且也为冷却和排屑造成了难题，切屑堆积容易影响加工精度;因此，螺纹加工难度大。

（2）零件调质硬度为HRC28～32，由于退刀槽加工深度为217mm，一般的挖孔刀达不到要求的孔深，很难保证尺寸要求，退刀槽的加工和测量难度大。

四、加工工艺过程

加工工艺过程：

刀具设计及磨制→打预钻孔→镗孔→加工退刀槽→螺纹加工

五、刀具设计及安装

（一）刀具设计

（1）、镗孔刀

镗内孔时，选用制作直径为φ30mm强度较高30GrMnSiA材料的刀杆材质，在刀杆前端的中心轴线上，在前端偏心距7mm处精镗直径为φ12 eq 0深度为100mm的孔，刀杆径向位置加工两个M5的顶丝孔，便于紧固装制φ12的机夹精镗孔刀。

（2）、螺纹刀和退刀槽加工刀具

制螺纹、内槽时，选用制作直径为φ30mm强度较高30GrMnSiA材料的刀杆材质，在刀杆前端铣方孔12×12mm，刀杆前段轴向中心制M10的顶丝孔，便于紧固换刀头即可完成螺纹、退刀槽的加工。

（3）、螺纹刀

螺纹刀要根据螺旋升角选择后角，有利于散热、提高刀具寿命、提升切削的螺纹质量产生显著的影响。后角取决于螺纹的螺旋升角，如果螺纹刀的刃倾角与螺纹角不一样，则螺纹刀的后角亦会不同;当螺纹的螺纹角≤刀具后角时，刀片侧面会产生干涉。

（二）刀杆和刀头的安装

内螺纹刀安装时，保证螺纹的螺旋升角与刀片的倾斜角一致;保证刀尖等高工件回转中心或略高于工件中心;保证刀柄伸长大于螺纹加工长度10-20mm、刀柄伸出长度大于螺纹加外台阶孔长度205mm;保证刀尖角与工件轴线垂直;保证刀柄的退刀余量，以防退刀时碰坏已加工的螺纹或过多的磨损而导致刀具寿命缩短。

六、加工方法

（一）内孔及螺纹加工方法步骤

直径较小的大螺距内螺纹，首先预制φ34预钻孔，再采用自制刀杆装夹φ12精镗刀完成内孔粗、精镗。由于刀杆直径的选择最大程度满足了孔径要求，所以在加工过程中不会出现震刀现象，保证了良好的孔内光洁度和精度要求。

（1）直进法：利用高速钢磨制的螺纹刀头，采用低速切削，转速为40r/min左右，螺纹刀牙形中径应小于标准螺纹的牙形，利用中托板作模向进给，每次吃刀量为0.2—0.25mm为宜，这样往复行程，车至2mm深时，进给量减为每次0.05—0.1mm，当螺纹深度加工到4mm时，改用左右切削法。

（2）左右切削法，首先將刀头更换为60°标准刀头，在刀具往复行程中，除了用中拖板横向进给，同时使用小拖板，使车刀向左向右作微量进给，这样重复切削行程，直至螺纹牙形全部车好，横向、径向进给量为0.05mm即可，同时在切削过程中应加注切削油（豆油）冷却了刀具又提高了螺纹的表面粗糙度。

左右切削法的特点是：①切削刃左右侧后刀面磨损平均，交替使用的切削刃有利于提高刀具寿命;②齿间有足够的空间供切屑排除，出屑状态好，能充分的控制切削质量，几乎没有缠屑的现象;③左右切削法是单面切削，减少了刀具切削面积，能有效地消除振动，切削刃承受的压力小，状态比较稳定，消除了加工大螺距的震刀和扎刀现象。

（二）孔径计算

在车削内螺纹时，因为车刀切削时的挤压作用，内孔直径会缩小，所以车削内螺纹前的孔径（D孔）应比内螺纹顶径（D1）要略大一些，又由于内螺纹加工后的实际顶径等于或略大于内螺纹顶径的基本尺寸，相对于本零件的材料为40Cr，属于塑性材料，可用下列近似公式：

（D孔）车削内螺纹前的孔径≈d-P螺纹螺距≈42-4.5≈37.5（mm）

七、参数设置汇总

（1）镗孔切削参数：转速为250r/min，削速度为100—150m/min，进给量为0.2—0.3mm/rev完成精镗孔程序;

（2）直进法粗车螺纹参数：转速为40r/min左右，吃刀量不能太大，每次0.2—0.25mm为最佳;

（3）左右切削法加工螺纹参数：精车时加切削液（豆油），每次进给不能过大，应小于0.05mm，转速为40r/min左右。

八、结论

根据零件特点，从工艺流程、刀杆改制、刀头磨制、使用安装、走刀路线、加工参数等方面进行了详细分析的基础上，通过合理设计及磨制刀具、科学选用加工方法和加工参数，摸索出一套完整的小直径深孔内螺纹加工的方法及参数，保质保量的完成了该零件的生产任务，对类似结构的零件加工具有一定的借鉴及推广意义。

参考文献

[1]梁炳文、张京、胡文仲、陈文涛、王志恒等主编.《机械加工工艺与窍门精选》.机械工业出版社.2007年1月