目前航空制造業(yè)小直徑螺紋孔的加工是一項難題。經(jīng)常出現(xiàn)絲錐折斷在工件中，造成附加修復(fù)工序，影響產(chǎn)品質(zhì)量與精度，甚至造成貴重零件報廢。針對這種情況，在加工中選用性能良好的刀具材料和切削液，合理選擇刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)和切削用量，采用一些新裝置并開發(fā)新的切削工藝，如螺紋銑技術(shù)、振動加工技術(shù)等在現(xiàn)有高性能的數(shù)控機床硬件的支持下，使得鑄造高溫合金小直徑螺紋孔加工難題得以解決。
典型材料如K465 材料有很強的“記憶”功能———加工后縮回原狀的傾向。為克服這個問題，把底孔鉆得大一點: 技術(shù)要求規(guī)定底孔2. 2 + 0. 060 mm，實際鉆成2. 2 + 0. 11+ 0. 05mm，大了0. 05mm; 螺紋孔要求尺寸: MR2. 5—5H6H，其中孔深: 7 + 0. 03－ 0. 02 mm。這樣既減少了螺紋的工作量，又有效地抵消了材料的回縮量。在鑄造高溫合金材料上加工螺紋的主要困難，是由于切削時產(chǎn)生的熱量和工件材料的收縮包住了圖1刀具，易造成刀具扭斷。
零件整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
一、手動攻螺紋
1. 絲錐材料
絲錐基體的強度很重要。由于工件的硬度和強度高，常使絲錐牙頂很快磨鈍。在這種情況下，采用具有較高的韌性、紅硬性以及抗變形和抗磨損性能高的絲錐比較好。
( 1) 鈷高速鋼材料硬材料工件的螺紋加工中，其抗彎強度、耐磨性、熱硬度等性能指標(biāo)可比普通高速鋼提高2 ～ 3 倍。
( 2) 涂層刀具在加工螺紋過程中，會產(chǎn)生較高切削熱并傳遞給刀具，從而使刀具硬度降低。螺紋刀具( 基體為高速鋼) 經(jīng)涂層后其表面硬度明顯增高: TiN 涂層硬度可達(dá)2 300HV 以上，TiCN 涂層硬度可達(dá)3 000HV 以上。
2. 絲錐的選擇
根據(jù)槽型選擇絲錐，絲錐應(yīng)具有較長的刀具壽命和良好的排屑結(jié)構(gòu)、較高的質(zhì)量穩(wěn)定性和切削刃重復(fù)精度。通過調(diào)研，現(xiàn)在的絲錐有直槽絲錐、螺旋槽絲錐、螺尖絲錐、擠壓絲錐等，其性能各有所長。特殊絲錐如跳牙絲錐，它間隔去掉一個牙，與工件之間的壓力及摩擦力較小。跳牙絲錐的特點是:加工薄壁件內(nèi)螺紋時不會造成薄壁件變形。用絲錐在塑性大和韌性高的工件材料中攻螺紋時，作用于螺紋齒側(cè)面上的法向力易使工件產(chǎn)生很大的擠壓變形，因而摩擦加大，會使攻出的工件螺紋表面粗糙度值較大，且易使絲錐損壞和卡死。可采用刀齒作成交錯排列的跳牙絲錐，也即將絲錐刃瓣上的刀齒每隔一個去掉一齒，這樣絲錐與工件之間形成單面接觸，摩擦減少，轉(zhuǎn)矩下降，不但可提高螺孔的加工質(zhì)量，而且可防止絲錐損壞和卡死。跳牙絲錐用在低碳合金鋼、鑄造高溫合金等難加工材料上的螺紋加工，它不僅可使攻螺紋過程進行得更為平穩(wěn)，提高被切螺紋的精度，而且能使絲錐的壽命提高一倍左右。
綜合以上絲錐的特點，針對試驗材料為K465 材料的性能特點，手動攻螺紋選擇含鈷高速鋼材料的直槽絲錐和跳牙絲錐。根據(jù)現(xiàn)場實際，在零件實行大批量生產(chǎn)之后還可以用TiN 涂層絲錐。冷卻措施采用液態(tài)氯化石蠟。
二、螺紋銑削
螺紋銑削是通過主軸高速旋轉(zhuǎn)并做圓弧插補的方式加工螺紋。只要通過改變程序就可以實現(xiàn)不同直徑的螺紋、左右螺紋及內(nèi)外螺紋的加工，其柔性非常理想。螺紋銑削具有線速度高、受力小、排屑好、加工精度高、表面質(zhì)量好等優(yōu)點。
1. 螺紋銑削的優(yōu)勢
通過各個方面的對比，可以發(fā)現(xiàn)螺紋銑削存在很多優(yōu)勢。
螺紋銑削加工與分層銑削柱面工藝基本相似，不受螺紋尺寸、結(jié)構(gòu)及螺紋旋向的限制，同一把刀具可以加工出牙形相同的各種內(nèi)外螺紋。加工過程中，可以簡單地通過修改刀具半徑補償值，很容易解決螺紋中徑過大或過小的質(zhì)量問題; 另外，一把螺紋銑刀可以加工直徑不同、牙形相同的螺紋。可減少刀具數(shù)量，節(jié)省換刀時間，提高效率，方便刀具管理，提高加工精度。切削速度高，加工出來的螺紋表面質(zhì)量好。
采用螺紋銑削，排屑方便，不易打刀。銑螺紋屬于斷屑切削，切屑短小，另外加工刀具直徑比加工螺紋孔小，所以排屑通暢，不易形成粘屑的現(xiàn)象，改善了加工性。刀具即使斷裂也容易處理，因為加工孔徑比刀具大，折斷部分很容易取出，可加工硬度較高的材質(zhì)。
2. 螺紋銑削的劣勢
加工普通螺紋時，單純從單件成本考慮，采用螺紋銑削并不劃算。長徑比不能太大，否則，刀具容易折斷。針對試驗材料的結(jié)構(gòu)，長徑比較大，又要采用螺旋銑削的方式加工就得進行一定的技術(shù)創(chuàng)新，提高加工效率。
3. 改進措施和效果
采用螺紋銑削的方法是可行的，但是在現(xiàn)場實踐中，在數(shù)控銑床上對刀比較困難，我們可采用找正對刀的方法解決。最終，根據(jù)現(xiàn)場加工效果來看，與手動攻螺紋相比，采用螺紋銑削可使加工效率提高5 倍以上，加工質(zhì)量很好，而且只用一把刀具，真正實現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量、低成本加工。
三、振動攻螺紋方法
由于振動攻螺紋特殊的切削機理，它可以將有限的能量集中為脈沖形式釋放出來，從而改善材料的切削性能; 絲錐的往復(fù)運動可以對已加工表面進行重復(fù)切削; 同時，由于刀齒從切削區(qū)周期分離從而改善了潤滑狀況。因此，該項技術(shù)具有很多獨有的優(yōu)點，如降低了攻螺紋轉(zhuǎn)矩，提高了內(nèi)螺紋質(zhì)量，延長了絲錐的壽命等。因此，該項技術(shù)必將在難加工材料上的螺紋孔、深螺紋孔、小直徑螺紋孔的加工方面發(fā)揮不可替代的作用。
1. 加工工藝的改進
在鉆削中，那些孔深大于3 倍孔徑的孔稱為深孔。加工一個深孔螺紋，意味著刀具與工件之間需長時間接觸。同時，在加工過程中會產(chǎn)生更多的切削熱和更大的切削力。為解決這個問題，可以采用兩種方案:
( 1) 增大螺紋底孔的直徑合適的螺紋底孔對于螺紋加工是十分重要的。一個尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻螺紋過程中產(chǎn)生的切削熱和切削力。
( 2) 孔鉆得深一些盡管圖樣上不一定要求螺絲清根，但實際的工況是要清根的。在盲孔攻螺紋中，為滿足圖樣規(guī)定的要求，必須準(zhǔn)備好空間讓絲錐攻到足夠的深度，這就要把孔鉆得深一些，避免中心逐漸偏移的現(xiàn)象。
( 3) 切削速度鑄造高溫合金K465 具有大的彈性和變形率，因此需要采用相對較小的切削速度。圓周切削速度為0. 25 ～ 0. 35m/min。切削速度太小的話會導(dǎo)致工件的冷作硬化。
2. 絲錐幾何參數(shù)的改進
前角和后角: 小前角可提高切削刃強度，從而增加刀具壽命; 而大前角有利于切削長切屑的金屬。因此加工時，需綜合考慮這兩個方面的因素，選用合適的前角。大后角可以減小刀具和切屑之間的摩擦。針對K465 材料的性能，絲錐后角增大以減小摩擦和便于切削液到達(dá)切削刃，但過大的后角又會減小絲錐切入工件時的自定心能力。
較大的倒錐: 對于強韌的加工材料，對于有彈性記憶的材料要選用螺紋長度較短的螺旋槽絲錐，以減小切削時的轉(zhuǎn)矩。要求刀具帶有較大的倒錐，從絲錐前部到柄部，逐步減小由于材料“反彈”造成的摩擦。因為絲錐與工件孔壁接觸面積非常大，所以冷卻至關(guān)重要。如果高速鋼絲錐過熱，則絲錐會折斷、燒損。改進后的絲錐結(jié)構(gòu)如圖3 所示。絲錐材料選Y330 和6Wo5Cr4V22Al ( M2Al) 切削部分鏟背后角6° ～ 8°。
3. 切削效果
采用振動攻絲機優(yōu)化切削參數(shù)后，效果很好，絲錐不易斷裂，能夠很好地完成加工任務(wù)，螺紋表面質(zhì)量好，加工效率大幅提高。
四、結(jié)語
鑄造高溫合金小直徑螺紋孔的加工是一項難題，運用螺紋銑削、振動攻螺紋等先進的加工方法，可以有效地解決生產(chǎn)瓶頸問題，實現(xiàn)難加工材料小直徑螺紋孔的高質(zhì)量、高可靠性、高效率和低成本加工。
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