梯形螺紋成組絲錐的設(shè)計及制造
2018-7-23 來源：河南一工鉆業(yè)有限公司 作者：葛建華 霍義丹
摘要：本文通過對大螺距梯形螺紋成組絲錐進(jìn)行設(shè)計，介紹了等徑成組絲錐和不等徑成組絲錐的加工特點，以及兩者結(jié)合后梯形螺紋成組絲錐的設(shè)計及制造，在保證螺紋加工精度的前提下，提高了絲錐的使用壽命。
客戶提供一零件（見圖1），要求按此圖樣設(shè)計并制造所需的梯形螺紋成組絲錐。該零件為調(diào)整螺紋套，其螺紋加工工藝路線為先加工梯形內(nèi)螺紋Tr28×8-7H，然后用心軸將螺紋套定位，再加工外螺紋M39×2-6h。工件材料為38Cr Si，是一種高強度、中等韌性的合金結(jié)構(gòu)鋼，其淬透性比40Cr稍好，熱處理淬火、回火后硬度為285～341HBW，相當(dāng)于洛氏硬度30～37HRC。
1. 成組絲錐的設(shè)計分析
調(diào)整螺紋套梯形內(nèi)螺紋Tr28×8-7H的加工，廠家原先是在臥式車床C630上用梯形內(nèi)螺紋車刀進(jìn)行車削加工。但由于該梯形螺紋的公稱直徑小、螺距大、螺紋長度長，為避免在車削時車刀與工件產(chǎn)生干涉，因此刀桿尺寸較小、剛性差，這樣在車削時讓刀現(xiàn)象嚴(yán)重，造成工件兩端螺紋深淺不一，達(dá)不到圖樣要求。同時，工人的勞動強度大，對工人的操作水平要求較高，因此廠家希望能夠采用絲錐進(jìn)行該產(chǎn)品的加工。
通過分析可知，工件硬度較高，梯形螺紋的螺距及牙型截面較大，因此應(yīng)采用成組絲錐進(jìn)行加工。
（1）考慮等徑梯形螺紋成組絲錐：等徑成組絲錐是在一組絲錐中，每支絲錐的大徑、中徑和小徑尺寸均相同，區(qū)別僅在于切削錐長度不一樣。等徑成組絲錐的切削主要由主切削刃負(fù)擔(dān)，攻螺紋時切削阻力小、排屑順利，切削刃不易磨損，因此絲錐壽命長，特別是對于大螺距螺紋的加工，這種優(yōu)點更為突出。等徑絲錐的磨損主要發(fā)生在螺紋大徑處的主切削刃上，所以修磨比較容易。但是由于等徑成組絲錐的中徑均相等，所以加工出來的螺紋表面粗糙度值較大。同時絲錐在攻螺紋時還會造成螺紋擴(kuò)張，使后攻螺紋錐與前攻螺紋錐已加工出的螺紋之間產(chǎn)生間隙，這樣切屑就會夾在副切削刃和已加工螺紋之間，造成螺紋表面刮傷，情況嚴(yán)重的還會在螺紋表面產(chǎn)生臺階，甚至造成工件報廢，因此等徑設(shè)計的成組絲錐只適用于切削精度要求不高的梯形螺紋。
（2）考慮不等徑梯形螺紋成組絲錐：不等徑成組絲錐是在一組絲錐中，每支絲錐的大徑、中徑和小徑尺寸均不相同。不等徑成組絲錐的切削由頂刃和側(cè)刃同時參與，因此切削阻力很大。同時產(chǎn)生的切屑在絲錐前刃面上容易堵塞，對切削刃的摩擦力很大，因此切削刃容易磨損，嚴(yán)重的還會造成絲錐崩刃或折斷。但不等徑絲錐用于精絲錐時，由于兩個側(cè)刃上有一定的切削量，所以加工出的螺紋表面粗糙度值較小，螺紋質(zhì)量較好。不等徑成組絲錐常用于加工小螺距的普通螺紋，這是因為螺紋牙型截面較小、加工量小，因此加工效果比較理想。但對于梯形螺紋，由于螺距及螺紋牙型截面較大，相應(yīng)的切削面積也大，因此會造成絲錐壽命很低，且由于每個切削刃均被磨損，修磨起來也很困難。
2. 梯形螺紋成組絲錐的設(shè)計及制造
通過對等徑成組絲錐和不等徑成組絲錐特點的分析可知：等徑成組絲錐加工螺紋表面質(zhì)量較差，但絲錐壽命高；不等徑成組絲錐則是加工螺紋表面質(zhì)量好，但絲錐壽命低。因此，可將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，即采用粗錐等徑、精錐不等徑的成組絲錐設(shè)計方案。
考慮到梯形螺紋Tr28×8-7H的螺紋牙型截面較大，因此采用5支一組的成組絲錐設(shè)計，即把前4支絲錐的中徑設(shè)計成同一尺寸，比精絲錐的中徑尺寸略小，Ⅰ~Ⅳ粗絲錐的螺紋大徑依次增大；而將精絲錐的中徑尺寸設(shè)計為工件內(nèi)螺紋中徑公差帶7H所對應(yīng)的絲錐公差帶H8。同時，合理地分配每支絲錐的切削負(fù)荷，有利于提高絲錐壽命和螺紋表面質(zhì)量，其
切削負(fù)荷以切削面積來進(jìn)行分配（見圖2）。
第Ⅰ粗絲錐承擔(dān)總切削面積的30%，第Ⅱ粗絲錐承擔(dān)28%，第Ⅲ粗絲錐承擔(dān)20%，第Ⅳ粗絲錐承擔(dān)15%，精絲錐承擔(dān)7%。從圖2中可以看出，精絲錐與粗絲錐的中徑、大徑不等，精絲錐的頂刃與側(cè)刃均有0.1mm的切削量，這樣就可避免等徑成組絲錐的缺點，同時還可對粗絲錐加工后的螺紋進(jìn)行修正。同樣，由于粗絲錐采用等徑成組絲錐設(shè)計，使絲錐的壽命大大提高。圖3所示為第Ⅰ粗絲錐，在切削錐中徑上有20′的正錐度，這是因為第Ⅰ粗絲錐是在螺紋底孔上進(jìn)行攻螺紋，如沒有正錐度，則在攻螺紋時絲錐所承受的切削力較大，易造成絲錐磨損較快，嚴(yán)重時會產(chǎn)生崩刃甚至折斷。
圖4、圖5和圖6分別為第Ⅱ粗絲錐、第Ⅲ粗絲錐和第Ⅳ粗絲錐，其區(qū)別主要是螺紋大徑尺寸的依次增加，應(yīng)注意后攻螺紋錐的切削錐端部螺紋大徑應(yīng)小于前攻螺紋錐螺紋大徑約0.2mm，以保證后攻螺紋錐能可靠地旋入螺紋孔中，進(jìn)行攻螺紋。
圖7所示為精絲錐，與第Ⅰ粗絲錐相同，在切削錐中徑上有20′的正錐度，這是因為精絲錐中徑比粗絲錐中徑大，若不做正錐度，則因精絲錐的牙型比粗絲錐攻出的牙型槽寬，會造成絲錐旋入困難，使絲錐過早磨損或崩刃。
3. 絲錐的使用效果
由 于 梯 形 內(nèi) 螺 紋 比 一 般 螺紋的切削量及攻螺紋轉(zhuǎn)矩要大幾倍，如果機床性能不好，會產(chǎn)生較大的負(fù)載及變形，以至加工出的螺紋不合格。因此，建議廠家在C630臥式車床上進(jìn)行螺紋套的攻螺紋加工，切削速度vc＝2～3m/m i n。為安全起見，將車床主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整至最低，即14r/min，這樣每支絲錐的攻螺紋時間和退出用時約3min。該成組絲錐經(jīng)用戶使用證明，在保證螺紋加工精度的前提下，提高了生產(chǎn)效率。
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