上海民舜精密分享：擠壓絲錐的工藝優(yōu)化與應(yīng)用

擠壓絲錐主要加工特點有：①由于螺紋被擠壓，攻絲過程扭矩大，使被加工螺紋產(chǎn)生加工硬化，從而提高了螺紋強度；②攻絲過程不會產(chǎn)生切屑，避免了由于堵屑造成絲錐斷裂；③加工的內(nèi)螺紋孔精度高；④適合加工有色金屬、合金及有良好塑性、韌性的材料，使用壽命長等。相對于切削絲錐而言，擠壓絲錐由于加工原理不同，在攻絲過程中易產(chǎn)生較大扭矩，導(dǎo)致切削負(fù)載較重。容易造成被加工螺紋孔粗糙度差、絲錐粘屑、磨損嚴(yán)重和斷裂等一系列問題，嚴(yán)重影響使用壽命。為改善并有效解決上述問題，提高擠壓絲錐的使用壽命尤為必要。

提高擠壓絲錐使用壽命的方法主要是從結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和工藝優(yōu)化兩方面進行。絲錐螺紋牙型通常按照GB/T 192《普通螺紋基本牙型》中規(guī)定的平頂平底牙型設(shè)計。由于切削絲錐是通過去除工件材料的方式加工出內(nèi)螺紋，平頂平底牙型不會增加攻絲扭矩；而擠壓絲錐通過讓工件材料產(chǎn)生塑性變形加工出內(nèi)螺紋，平頂平底牙型因為齒頂存在尖角，材料塑性流動不暢，攻絲扭矩大，易造成絲錐牙頂易磨損、粘屑、斷裂等問題。

本文以擠壓絲錐M10×1為研究對象，將絲錐螺紋牙型設(shè)計成圓頂圓底形狀，增加去除擠壓錐處不完整齒形和增加螺紋表面拋光處理等工藝方法，并通過客戶現(xiàn)場切削試驗的方式對改進的螺紋牙型和制造工藝等進行驗證，為進一步改善擠壓絲錐攻絲時粘屑、磨損快等問題，并延長絲錐使用壽命提供更有效的工藝優(yōu)化方法。

1擠壓絲錐工藝優(yōu)化

(1)螺紋牙型優(yōu)化

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 192《普通螺紋基本牙型》中規(guī)定普通螺紋基本牙型為平頂平底形狀(見圖1)，是目前應(yīng)用最廣泛的螺紋牙型。其主要優(yōu)點是螺紋牙型結(jié)構(gòu)簡單，絲錐的螺紋工藝性好；缺點是絲錐螺紋牙頂牙底存在尖角，易引起使用過程中的應(yīng)力集中，降低絲錐的強度和疲勞強度，并且在螺紋尖角處易產(chǎn)生磨削毛刺，加劇涂層剝落和絲錐磨損。本文將擠壓絲錐螺紋牙型設(shè)計成圓頂圓底形狀，符合國標(biāo)普通螺紋的螺紋公差和檢測要求。自主開發(fā)了磨削圓頂圓底螺紋的砂輪修整方法，實際加工出的絲錐螺紋牙型如圖2所示。

(2)去除不完整齒

除對牙型設(shè)計優(yōu)化外，還對擠壓絲錐的制造工藝進行了相應(yīng)的優(yōu)化。選擇適當(dāng)?shù)募庸すに囉行コ龜D壓錐最前端不完整齒，這對提高被加工孔螺紋光潔度、降低攻絲扭矩和提高絲錐使用壽命非常重要。在數(shù)控螺紋磨床上采用適當(dāng)修整砂輪齒頂寬度的方法將擠壓錐前端不完整齒去除，一般將不完整齒修到低于中徑尺寸即可(見圖3)。

 國標(biāo)基本牙型

 圓頂圓底牙型

(a)不完整齒

(b)去除不完整齒 不完整齒去除前后對

(3)鈍化拋光處理

采用機械接觸磨削鈍化方式對擠壓絲錐表面進行鈍化拋光處理。其主要工藝方法是將絲錐螺紋部分全部伸入研磨粉中，并讓絲錐在研磨粉中自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，通過設(shè)定轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和時間，使絲錐達(dá)到拋光鈍化的目的。如圖4所示，經(jīng)過鈍化拋光的絲錐螺紋部分更順滑、光亮、無毛刺。

(a)未鈍化拋光

(b)已鈍化拋光

絲錐螺紋鈍化拋光前后對比

2試驗結(jié)果與分析

(1)試驗條件

為了更好地將改進工藝的擠壓絲錐應(yīng)用于實際，以加工某客戶的汽車用管接頭產(chǎn)品為研究對象(見圖5)，選用擠壓絲錐M10×1，精度6HX，含鈷高速鋼M35，TiAlN涂層。

試驗加工機床為數(shù)控車床。使用ER夾頭剛性裝夾，單支絲錐臥式攻絲，切削油外冷方式。被加工材料牌號為15號鋼，硬度＜20HRC，加工盲孔，工件底孔直徑9.5mm，底孔深度9.5mm，攻絲深度7.5mm，攻絲轉(zhuǎn)速n=475r/min。以被加工工件螺紋孔光潔度和塞規(guī)檢測為依據(jù)判斷絲錐使用壽命，螺紋塞規(guī)精度為6H。

 汽車用管接頭

(2)試驗結(jié)果與分析

對擠壓絲錐的螺紋牙型、去不完整齒和鈍化拋光等幾個關(guān)鍵工序工藝進行了對比試驗研究，采用單因素試驗方法，具體工藝方案如表1所示，A-D每種絲錐各準(zhǔn)備5件進行切削試驗。

表1  不同工藝優(yōu)化對比方案

①螺紋牙型的影響

A和B兩種不同螺紋牙型的擠壓絲錐在攻絲時，B絲錐在連續(xù)加工時，機床主軸負(fù)載為10%左右。當(dāng)加工500-2300件工件時，螺紋表面均出現(xiàn)粘屑情況。被加工工件螺紋孔爛牙嚴(yán)重，螺紋完全被破壞，未達(dá)到螺紋加工要求而失效(見圖6)。A絲錐在連續(xù)加工時，機床主軸負(fù)載平均為5%左右，攻絲過程中并無粘屑情況出現(xiàn)，加工的螺紋孔表面光潔度高(見圖7)。而且絲錐加工壽命穩(wěn)定性好，平均加工壽命在7000件以上，由于通規(guī)不過而失效。A型和B型絲錐加工壽命對比如圖8所示。

(a)粘屑

(b)螺紋孔爛牙

6  B型絲錐的失效型式

②不完整齒的影響

C型絲錐未去除不完整齒。經(jīng)過切削對比發(fā)現(xiàn)，絲錐連續(xù)加工的主軸負(fù)載均在8%左右，平均壽命能達(dá)到4000-5500件。攻絲過程中，在絲錐擠壓錐不完整齒處易出現(xiàn)缺口、破損等情況而失效，如圖9a、圖9b所示。加工出的工件螺紋孔口、孔內(nèi)均易產(chǎn)生毛刺，并會加快絲錐螺紋部分磨損，如圖9c、圖9d所示。

(a)無粘屑

(b)螺紋孔光亮

A型絲錐加工的內(nèi)螺紋

  兩種不同牙型絲錐壽命對比

(a)翻邊

(b)破損

(c)絲錐螺紋磨損

(d)螺紋孔內(nèi)毛刺

 C型絲錐的失效型式

③鈍化拋光的影響

D型絲錐未經(jīng)鈍化拋光處理。絲錐連續(xù)加工的主軸負(fù)載均在11%左右，A型與D型絲錐攻絲受力及扭矩對比如圖10所示，D型絲錐攻絲扭矩比A型絲錐增大了約50%。經(jīng)過壽命試驗發(fā)現(xiàn)，D型絲錐加工穩(wěn)定性差，使用壽命在2500-5000件左右，被加工螺紋孔易產(chǎn)生毛刺，有被擠壓痕跡，螺紋孔內(nèi)表面光潔度差導(dǎo)致絲錐失效，如圖11所示。而A型絲錐壽命能穩(wěn)定在7000件以上，工件螺紋孔內(nèi)并無毛刺產(chǎn)生，表面光潔度正常(見圖7)。

(a)未鈍化拋光(D)

(b)已鈍化拋光(A)

 A型與D型絲錐攻絲扭矩對比

(a)螺紋孔口毛刺

(b)螺紋孔內(nèi)毛刺、被擠壓

  D型絲錐失效型式

經(jīng)過客戶現(xiàn)場實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，通過采用優(yōu)化螺紋牙型、去除不完整齒和鈍化拋光處理等工藝路線，能有效改善被加工件螺紋孔光潔度，提高絲錐加工穩(wěn)定性和使用壽命。這幾種不同工藝路線的優(yōu)化，對擠壓絲錐的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量提升提供參考。

采用不同工藝方法優(yōu)化擠壓絲錐，通過切削對比試驗可發(fā)現(xiàn)，擠壓絲錐在制備過程中可以通過優(yōu)化螺紋牙型、去除不完整齒形和增加鈍化拋光等工藝減少粘屑的產(chǎn)生，降低攻絲扭矩，防止螺紋快速磨損，改善螺紋孔表面質(zhì)量，并提高絲錐使用壽命和穩(wěn)定性，為解決擠壓絲錐攻絲難題找到了更適合的工藝方法。