淺談不銹鋼攻螺紋技巧

河南平高集團有限公司（平頂山 467000）尹世獻

隨著我國生產(chǎn)制造業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品向著小型化、美觀化等方向發(fā)展。不銹鋼材料由于具有耐腐蝕性并兼有強度和韌性方面的優(yōu)異性能，在高壓電器工業(yè)領(lǐng)域，得到了日益廣泛的應(yīng)用。不銹鋼材料的韌性大、熱強度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、切削時塑性變形大、加工硬化嚴重、切削熱多、散熱困難等特點，造成刀尖處切削溫度高、切屑粘附刃口嚴重，容易產(chǎn)生積屑瘤，既加速了刀具的磨損，又影響加工表面粗糙度。切屑不易彎曲和折斷，容易對已加工面形成損傷，影響工件的整體質(zhì)量。由于其物理機械性能與一般的碳鋼不同，其難加工特性矛盾在不銹鋼的攻螺紋上顯得尤為突出。我廠幾乎所有的內(nèi)螺紋孔系加工都采用攻螺紋加工方法，研究和分析不銹鋼攻螺紋加工機理，合理選擇絲錐，改進加工工藝，是提高內(nèi)螺紋加工質(zhì)量，降低運行成本的關(guān)鍵因素。

一、不銹鋼的切削特性

不銹鋼有馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等多種，前2種屬于鉻不銹鋼，后3種屬于鉻鎳不銹鋼，鉻鎳不銹鋼的抗腐蝕性能及力學性能都比鉻不銹鋼高。不銹鋼屬于難加工材料，奧氏體不銹鋼的相對加工性系數(shù)為0.5～0.7；奧氏體+鐵素體不銹鋼的相對加工性系數(shù)為0.4～0.6；硬度>35HRC的馬氏體不銹鋼的相對加工性系數(shù)為0.5～0.6。

（1）加工硬化傾向大，高溫強度高 由于不銹鋼的塑性變形大，切削時晶格產(chǎn)生嚴重的錯位使其強化，在切削熱和應(yīng)力作用下，使得組織發(fā)生金相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致加工表面的強化、硬化，剪切滑移區(qū)的切應(yīng)力增加，使總的切削力增加，從而使刀具磨損加劇。

（2）導(dǎo)熱率低 切削加工產(chǎn)生的熱量70%～80%由切屑帶走。但是，材料的導(dǎo)熱率低使切屑帶走的熱量少，切削點的溫度升高，刀具壽命變短。

（3）塑性高，切屑不易卷曲與折斷 由于塑性高，韌性大，切削時切屑不易彎曲與折斷，也不易排出，且易粘刀，從而難以得到低粗糙度值的表面，影響已加工的表面品質(zhì)，并且使刀具迅速磨損。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。

（4）線脹系數(shù)大 線脹系數(shù)約為碳素鋼的1.5倍，這就要求在加工特別在精加工時注意熱膨脹與熱變形對零件尺寸形位精度的影響。

二、不銹鋼攻螺紋的加工技巧

由于不銹鋼自身的特性，在不銹鋼上攻螺紋比在普通碳鋼上攻螺紋困難很多。經(jīng)常會出現(xiàn)由于轉(zhuǎn)矩過大，絲錐被“咬死”在螺紋中，或發(fā)生崩齒或折斷，螺紋表面不光，溝紋、尺寸超差，亂扣和絲錐磨損嚴重等現(xiàn)象。因此，不銹鋼攻螺紋要從絲錐類型、切削參數(shù)、潤滑方式等多方面考慮，才能在批量生產(chǎn)中達到最佳效益比。

1.絲錐類型的合理選擇

（1）絲錐工具材料的選擇 目前用于制造絲錐的材料有高速鋼和硬質(zhì)合金等材料，硬質(zhì)合金絲錐雖然具有硬度、耐磨性、耐熱性與抗氧化性等優(yōu)點，但由于攻螺紋加工過程是在相對封閉的惡劣環(huán)境下進行的，進而要求刀具材料要有一定的韌性和耐沖擊性。綜合考慮，選擇含鈷或鋁超硬高速鋼做不銹鋼攻螺紋的絲錐是保證攻螺紋質(zhì)量的前提。

采用高速鋼材料為基體以保證絲錐的韌性，并在絲錐表面進行TiN涂層以增加絲錐的耐磨性。使用TiN涂層絲錐可有效減小切削轉(zhuǎn)矩，并使絲錐表面與不銹鋼材料之間的摩擦力下降；TiN涂層還能有效抑制絲錐與不銹鋼的親和作用，明顯阻止不銹鋼和絲錐的粘接，防止不銹鋼與絲錐之間熔焊，延長絲錐壽命。

在同樣的攻螺紋條件下，通過生產(chǎn)大量的使用效果看TiN涂層絲錐在螺紋質(zhì)量方面有明顯提高，是獲得高精度螺紋表面的一種有效途徑。由于攻螺紋轉(zhuǎn)矩的降低，可在一定程度上提高攻螺紋速度，提高攻螺紋效率。因此，使用TiN涂層絲錐雖然在攻螺紋成本方面有所提高，但是從其使用效果和經(jīng)濟效益的評價上看，比硬質(zhì)合金為材料制作絲錐具有很大的優(yōu)越性。

隨著新工藝的推廣，出現(xiàn)材料表面注入Co離子的新型絲錐，它不僅有TiN涂層的上述特點，還有一些更優(yōu)異的特征。由于表面注入Co元素的高速鋼表面晶格發(fā)生嚴重的畸變和強化，表面組織和Co離子發(fā)生化合反應(yīng)，形成金屬化合物和彌散金屬硬質(zhì)相，使表面硬度可達1600～2000HV；而且該硬質(zhì)層是混合體，沒有TiN涂層的明顯界面，所以硬質(zhì)層與高速鋼有極強的結(jié)合強度，從而提高了絲錐表面的耐磨性、抗沖擊性和耐腐蝕性。采用表面注入Co離子的高速鋼絲錐，能提高絲錐壽命1.5～2.0倍，且刀齒的磨損比較均勻。

（2）絲錐結(jié)構(gòu)的選用 不銹鋼攻螺紋過程對絲錐的磨損嚴重，普通絲錐使用壽命短，在生產(chǎn)過程中為保證螺紋質(zhì)量，需要頻繁更換新絲錐，生產(chǎn)成本與效益不能得到很好控制。筆者通過對更換下來的磨損絲錐進行觀察，發(fā)現(xiàn)絲錐磨損位置都位于絲錐切削部分前幾個牙型處。對此現(xiàn)象進行分析，總結(jié)為絲錐在切削時真正處于工作狀態(tài)的只有切削部分前端牙型，絲錐切削部分其他的螺牙沒有起到應(yīng)有的作用。因而為提高絲錐整體的利用率，盡量減少絲錐切削部分單齒切削厚度是解決問題的關(guān)鍵。

針對問題關(guān)鍵點，進行不銹鋼攻螺紋時應(yīng)選取成組絲錐，這樣就可將切削量分解到單個絲錐上。并可對原來的絲錐切削部分進行修磨，采用大切削長度，延長切削部分的長度，減少校準部分的長度，校準部分一般只用保留4～5扣螺紋長度即可，大切削長度可使更多的切削液流到絲錐切削部分周圍，有利于保護切削刃，減少擦傷，延長絲錐的使用壽命。

絲錐槽數(shù)對攻螺紋效果有很大的影響，絲錐槽數(shù)主要影響絲錐容屑斷屑、切屑刃數(shù)量和長度、絲錐強度等。通過對二、三、四槽絲錐的對比使用效果看，攻不銹鋼材料最好選用三槽絲錐，與原來的四槽絲錐相比，槽數(shù)的減少使絲錐的橫截面的尺寸增大，絲錐的強度得到提高；三槽絲錐比四槽絲錐單位面積的切削力減少了10%以上，有效地減少絲錐在攻螺紋轉(zhuǎn)矩的作用下折斷的可能性。絲錐容屑槽采用螺旋結(jié)構(gòu)相對于直槽更有利于切屑的排出，更好控制切屑流動方向。

不銹鋼攻螺紋過程，絲錐的前角、后角與倒錐也應(yīng)進行修磨。一般絲錐的前角γp=10°～15°之間，由于攻不銹鋼絲時切削力大，為減少絲錐的磨損速度，絲錐前角在工具磨上進行刃磨，刃磨前角取γp=15°～20°之間。為降低后刀面與已加工面的摩擦力，應(yīng)該增大后角，但如果后角過大，絲錐切削刃強度就會不足，容易在攻螺紋過程出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，因此，攻不銹鋼絲錐的后角應(yīng)適度比校準絲錐的αp=6°～8°大些，一般取αp=8°～12°。為進一步減少攻不銹鋼時的摩擦力，還可對將絲錐的校準部分磨成倒錐，倒錐量為0.01～0.03mm，即絲錐大徑與中徑向絲錐尾端逐漸縮小。

2.攻螺紋過程控制

（1）螺紋底孔直徑的選取 由于不銹鋼的彈性和塑性變形都比普通碳素鋼大，不銹鋼攻螺紋的螺紋底孔比標準底孔直徑相比應(yīng)該稍微加大。這樣既可以改善絲錐切削狀況，又可以延長絲錐使用壽命。當螺紋的螺距小于1mm時，螺紋底孔直徑=螺紋的公稱直徑－螺距；當螺紋的螺距大于1mm時，螺紋底孔直徑=螺紋的公稱直徑－1.1螺距。

（2）不銹鋼攻螺紋的速度 不銹鋼攻螺紋時的速度不宜過高，攻螺紋過程要注意勤退刀反轉(zhuǎn)，根據(jù)經(jīng)驗機用絲錐攻不銹鋼時的切削速度為2～7 m/min。當螺距大于2mm時，切削速度應(yīng)取較小值。

（3）切削液的選取 不銹鋼攻螺紋用的切削液既要有冷卻的效果，又要保證對切削處進行潤滑，抑制不銹鋼對絲錐的粘結(jié)作用。攻不銹鋼螺紋時，通常采用硫化油再添加CC1415%～20%，或白鉛油和機械油及煤油稀釋氯化石蠟等。若是少量的機修件時，在不具備上述潤滑液的條件下，可以采用菜籽油進行不銹鋼攻螺紋。

為了方便進行攻螺紋時絲錐的入孔，螺紋底孔的倒角要采用深且小角度的結(jié)構(gòu)；為避免絲錐在啟動過程折斷，就要保證攻螺紋的主軸要與螺紋底孔保持垂直。這些不銹鋼攻螺紋的細節(jié)性技巧都是在生產(chǎn)中不斷的摸索總結(jié)出來的。

三、結(jié)語

以上是筆者在實際生產(chǎn)中對不銹鋼攻螺紋的經(jīng)驗總結(jié)，概括起來不銹鋼攻螺紋的解決方案應(yīng)從攻螺紋工具和攻螺紋工藝這兩個方向入手。針對不銹鋼的切削特性，對工具和工藝這兩個因素不斷進行探索與調(diào)整，才能找到最合適的平衡點，提高不銹鋼攻螺紋的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。