鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋工藝

西安北方光電科技防務(wù)有限公司 （陜西 710043） 王文仲 張 勇 喬奇光

鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋工藝

西安北方光電科技防務(wù)有限公司 （陜西 710043） 王文仲 張 勇 喬奇光

鈦合金屬于難加工材料，對于鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋更是實際生產(chǎn)中棘手的問題，也是工藝方面的瓶頸。本文通過典型殼體球面上盲孔小直徑攻螺紋總結(jié)一套有效加工方法，通過實際證明該方法有效地解決了此類結(jié)構(gòu)零件的攻螺紋問題。

1.工藝分析

如圖1所示殼體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中有6個螺紋孔尺寸為M3-6H，螺紋深度為5mm，螺紋孔與殼體回轉(zhuǎn)中心交點夾角為58°，殼體回轉(zhuǎn)中心到左端面尺寸為32mm，左端孔直徑為54mm。螺紋底孔深度為6.5mm。6個螺紋孔沿零件回轉(zhuǎn)中心在360°的球面上分布，位置度0.1mm。此零件螺紋孔螺紋難度問題有兩點：一是如何解決鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋時螺紋與底孔軸線重合一致的問題；二是如何解決鈦合金材料螺紋時螺紋孔合格率低的問題。

圖1 殼體結(jié)構(gòu)

2.難點分析

鈦合金材料具有較好的力學、化學、物理綜合性能，質(zhì)輕、密度約為4.54g/cm3，是鋼的70%左右，但其比強度（強度/密度）是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)金屬材料中最高的。鈦合金材料中加入合金強化元素后，熱穩(wěn)定性很高，300～350℃條件下其強度約比鋁合金高8倍。因而鈦合金材料在各行業(yè)的應(yīng)用愈來愈廣。

鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋的技術(shù)難點有：

（1）鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋時螺紋底孔軸線難控制，容易與絲錐旋轉(zhuǎn)軸線成夾角。

（2）鈦合金材料的性能決定了螺紋時轉(zhuǎn)矩大、散熱及冷卻效果差，導(dǎo)致絲錐磨損快、易折斷，壽命低。

（3）鈦合金材料彈性模量小，屈強比高，加工變形回彈量大，通常螺紋過程控制后螺紋中徑偏小，導(dǎo)致螺紋不合格。

3.解決工藝方案

（1）控制螺紋底孔直徑大?。衡伜辖鸩牧蠌椥阅Ａ啃?、加工回彈量大，攻螺紋時底孔直徑尺寸的確定尤為關(guān)鍵。使用通用鉆頭改制成專用鉆頭加工螺紋底孔，測量確定既滿足螺紋公差帶位置和精度等級要求又滿足內(nèi)螺紋小公差等級和螺紋聯(lián)接強度要求，有利于減小螺紋切削余量，降低螺紋轉(zhuǎn)矩，經(jīng)反復(fù)試驗鉆頭直徑取2.53mm，螺紋底孔不大于φ2.56mm時最佳。

（2）優(yōu)化絲錐結(jié)構(gòu)：①絲錐前角由7°～10°減小至3°～5°，絲錐后角由5°～7°增大至11°～13°，減小螺紋磨損轉(zhuǎn)矩，絲錐鋒利。②切削錐角由5°～7°調(diào)整到9°～11°，切削厚度增加，可避開加工硬化層，降低螺紋磨損轉(zhuǎn)矩。③縮窄刃瓣寬度，標準M3的螺紋一般用3槽絲錐，錐心取0.45d≈1.3mm，刃瓣寬度取1.3mm。為大幅降低螺紋轉(zhuǎn)矩，對絲錐刃瓣寬度9等分，按圖2給絲錐刃瓣上修磨輔后角，進行螺紋試驗，絲錐刃瓣寬度取0.45mm、0.27mm、0.15mm時未發(fā)生絲錐折斷現(xiàn)象，但考慮到絲錐壽命、絲錐強度，絲錐刃瓣寬度的理想取值0.39mm左右。圖中，b2為刃瓣寬度，γ為絲錐前角，b1為改制后絲錐刃瓣寬度，α為增加輔后角。

圖2 絲錐槽形結(jié)構(gòu)示意圖

（3）調(diào)整絲錐中徑大小以及螺紋過程控制。①第一遍使用改磨標準絲錐M3的I型中徑尺寸縮小0.04～0.05mm的專用絲錐螺紋，螺紋后使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑。②第二遍使用改磨標準絲錐M3的I型中徑尺寸縮小0.01～0.03mm的專用絲錐螺紋，攻螺紋后使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑。③第三遍使用改磨標準絲錐M3的II型中經(jīng)尺寸縮小0.02～0.04mm的專用絲錐螺紋，攻螺紋后首先使用噴槍吹凈孔內(nèi)切屑，再使用棉花球蘸上酒精，擦洗干凈內(nèi)孔，去除細微切屑。④第四遍使用標準絲錐M3的II型螺紋，螺紋完成后首先使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑，再使用棉花球蘸上酒精，擦洗干凈內(nèi)孔，去除細微切屑。⑤穩(wěn)定處理后第五遍螺紋使用帶涂層合金絲錐M3的II型對螺紋進行修校，完成全部螺紋過程。

4.結(jié)語

通過長期跟蹤分析，反復(fù)試驗獲得有效實用絲錐結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過近幾年的生產(chǎn)實踐驗證，螺紋質(zhì)量一直穩(wěn)定可靠，用標準絲錐改磨成專用絲錐解決鈦合金材料球面上盲孔小直徑螺紋的難題，形成獨具特色螺紋工藝方法，對類似鈦合金材料螺紋問題有一定借鑒作用。

20130115）