梯形螺紋成組絲錐的設計及制造
2018-7-23 來源：河南一工鉆業有限公司 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行設計，介紹了等徑成組絲錐和不等徑成組絲錐的加工特點，以及兩者結合后梯形螺紋成組絲錐的設計及制造，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），要求按此圖樣設計并制造所需的梯形螺紋成組絲錐。該零件為調整螺紋套，其螺紋加工工藝路線為先加工梯形內螺紋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、中等韌性的合金結構鋼，其淬透性比40Cr稍好，熱處理淬火、回火后硬度為285～341HBW，相當于洛氏硬度30～37HRC。
1. 成組絲錐的設計分析
調整螺紋套梯形內螺紋Tr28×8-7H的加工，廠家原先是在臥式車床C630上用梯形內螺紋車刀進行車削加工。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生干涉，因此刀桿尺寸較小、剛性差，這樣在車削時讓刀現象嚴重，造成工件兩端螺紋深淺不一，達不到圖樣要求。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行該產品的加工。
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，因此應采用成組絲錐進行加工。
（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擔，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，這種優點更為突出。等徑絲錐的磨損主要發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張，使后攻螺紋錐與前攻螺紋錐已加工出的螺紋之間產生間隙，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，情況嚴重的還會在螺紋表面產生臺階，甚至造成工件報廢，因此等徑設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刃同時參與，因此切削阻力很大。同時產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量好，但絲錐壽命低。因此，可將兩者的優點結合起來，即采用粗錐等徑、精錐不等徑的成組絲錐設計方案。
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計，即把前4支絲錐的中徑設計成同一尺寸，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計為工件內螺紋中徑公差帶7H所對應的絲錐公差帶H8。同時，合理地分配每支絲錐的切削負荷，有利于提高絲錐壽命和螺紋表面質量，其
切削負荷以切削面積來進行分配（見圖2）。
第Ⅰ粗絲錐承擔總切削面積的30%，第Ⅱ粗絲錐承擔28%，第Ⅲ粗絲錐承擔20%，第Ⅳ粗絲錐承擔15%，精絲錐承擔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行修正。同樣，由于粗絲錐采用等徑成組絲錐設計，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，嚴重時會產生崩刃甚至折斷。
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，其區別主要是螺紋大徑尺寸的依次增加，應注意后攻螺紋錐的切削錐端部螺紋大徑應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 螺 紋 比 一 般 螺紋的切削量及攻螺紋轉矩要大幾倍，如果機床性能不好，會產生較大的負載及變形，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，將車床主軸轉速調整至最低，即14r/min，這樣每支絲錐的攻螺紋時間和退出用時約3min。該成組絲錐經用戶使用證明，在保證螺紋加工精度的前提下，提高了生產效率。
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