小直徑深孔內(nèi)螺紋的精加工技巧

申強(qiáng)　崔亞洲　梁朝山

摘 要：某產(chǎn)品零件孔徑小，內(nèi)孔深，螺距大，用現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備和機(jī)夾刀具無(wú)法完成此零件的退刀槽和螺紋的加工，本文通過(guò)多年普通車床機(jī)加經(jīng)驗(yàn)的積累，自行研究設(shè)計(jì)了專用刀具，通過(guò)低速切削完成了此零件的加工，摸索出一套行之有效的小直徑深孔內(nèi)螺紋的精加工方法及參數(shù)。

關(guān)鍵詞：小直徑;深孔;大螺距

一、引言

深孔螺紋工件在航天、汽車、工礦以及各種工農(nóng)機(jī)械設(shè)備中都有其特殊應(yīng)用。多數(shù)機(jī)體上對(duì)螺紋深孔工件精度要求較高，而且加工難度大，加工深孔螺紋需工件與刀具之間的長(zhǎng)期接觸，其冷卻劑的投入和排出都比較困難，同時(shí)，絲錐冷卻條件差，高溫導(dǎo)致絲錐耐用度降低，易產(chǎn)生切屑阻塞，導(dǎo)致絲錐斷裂。因此，對(duì)深孔螺紋加工方法進(jìn)行研究，有著重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

二、設(shè)計(jì)要求及難點(diǎn)

材質(zhì)40Cr，硬度HRC28～32，內(nèi)螺紋M42-7H加工深度為193mm和退刀槽φ42.5的加工深度為217mm。

三、零件內(nèi)螺紋的加工工藝性分析

（1）螺紋加工深度193mm、螺距是4.5mm，現(xiàn)有數(shù)控螺紋刀桿￠25的數(shù)控刀桿，刀桿長(zhǎng)度短且細(xì)，無(wú)法滿足零件深孔螺紋長(zhǎng)度;標(biāo)準(zhǔn)的螺紋刀片牙形，加工切削面大，易出現(xiàn)較低的表面光潔度和扎刀現(xiàn)象;刀柄太細(xì)，切削力作用會(huì)引起振顫和變形，容易產(chǎn)生讓刀、震紋、扳刀、甚至是刀桿斷裂現(xiàn)象;且也為冷卻和排屑造成了難題，切屑堆積容易影響加工精度;因此，螺紋加工難度大。

（2）零件調(diào)質(zhì)硬度為HRC28～32，由于退刀槽加工深度為217mm，一般的挖孔刀達(dá)不到要求的孔深，很難保證尺寸要求，退刀槽的加工和測(cè)量難度大。

四、加工工藝過(guò)程

加工工藝過(guò)程：

刀具設(shè)計(jì)及磨制→打預(yù)鉆孔→鏜孔→加工退刀槽→螺紋加工

五、刀具設(shè)計(jì)及安裝

（一）刀具設(shè)計(jì)

（1）、鏜孔刀

鏜內(nèi)孔時(shí)，選用制作直徑為φ30mm強(qiáng)度較高30GrMnSiA材料的刀桿材質(zhì)，在刀桿前端的中心軸線上，在前端偏心距7mm處精鏜直徑為φ12 eq 0深度為100mm的孔，刀桿徑向位置加工兩個(gè)M5的頂絲孔，便于緊固裝制φ12的機(jī)夾精鏜孔刀。

（2）、螺紋刀和退刀槽加工刀具

制螺紋、內(nèi)槽時(shí)，選用制作直徑為φ30mm強(qiáng)度較高30GrMnSiA材料的刀桿材質(zhì)，在刀桿前端銑方孔12×12mm，刀桿前段軸向中心制M10的頂絲孔，便于緊固換刀頭即可完成螺紋、退刀槽的加工。

（3）、螺紋刀

螺紋刀要根據(jù)螺旋升角選擇后角，有利于散熱、提高刀具壽命、提升切削的螺紋質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響。后角取決于螺紋的螺旋升角，如果螺紋刀的刃傾角與螺紋角不一樣，則螺紋刀的后角亦會(huì)不同;當(dāng)螺紋的螺紋角≤刀具后角時(shí)，刀片側(cè)面會(huì)產(chǎn)生干涉。

（二）刀桿和刀頭的安裝

內(nèi)螺紋刀安裝時(shí)，保證螺紋的螺旋升角與刀片的傾斜角一致;保證刀尖等高工件回轉(zhuǎn)中心或略高于工件中心;保證刀柄伸長(zhǎng)大于螺紋加工長(zhǎng)度10-20mm、刀柄伸出長(zhǎng)度大于螺紋加外臺(tái)階孔長(zhǎng)度205mm;保證刀尖角與工件軸線垂直;保證刀柄的退刀余量，以防退刀時(shí)碰壞已加工的螺紋或過(guò)多的磨損而導(dǎo)致刀具壽命縮短。

六、加工方法

（一）內(nèi)孔及螺紋加工方法步驟

直徑較小的大螺距內(nèi)螺紋，首先預(yù)制φ34預(yù)鉆孔，再采用自制刀桿裝夾φ12精鏜刀完成內(nèi)孔粗、精鏜。由于刀桿直徑的選擇最大程度滿足了孔徑要求，所以在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)震刀現(xiàn)象，保證了良好的孔內(nèi)光潔度和精度要求。

（1）直進(jìn)法：利用高速鋼磨制的螺紋刀頭，采用低速切削，轉(zhuǎn)速為40r/min左右，螺紋刀牙形中徑應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)螺紋的牙形，利用中托板作模向進(jìn)給，每次吃刀量為0.2—0.25mm為宜，這樣往復(fù)行程，車至2mm深時(shí)，進(jìn)給量減為每次0.05—0.1mm，當(dāng)螺紋深度加工到4mm時(shí)，改用左右切削法。

（2）左右切削法，首先將刀頭更換為60°標(biāo)準(zhǔn)刀頭，在刀具往復(fù)行程中，除了用中拖板橫向進(jìn)給，同時(shí)使用小拖板，使車刀向左向右作微量進(jìn)給，這樣重復(fù)切削行程，直至螺紋牙形全部車好，橫向、徑向進(jìn)給量為0.05mm即可，同時(shí)在切削過(guò)程中應(yīng)加注切削油（豆油）冷卻了刀具又提高了螺紋的表面粗糙度。

左右切削法的特點(diǎn)是：①切削刃左右側(cè)后刀面磨損平均，交替使用的切削刃有利于提高刀具壽命;②齒間有足夠的空間供切屑排除，出屑狀態(tài)好，能充分的控制切削質(zhì)量，幾乎沒(méi)有纏屑的現(xiàn)象;③左右切削法是單面切削，減少了刀具切削面積，能有效地消除振動(dòng)，切削刃承受的壓力小，狀態(tài)比較穩(wěn)定，消除了加工大螺距的震刀和扎刀現(xiàn)象。

（二）孔徑計(jì)算

在車削內(nèi)螺紋時(shí)，因?yàn)檐嚨肚邢鲿r(shí)的擠壓作用，內(nèi)孔直徑會(huì)縮小，所以車削內(nèi)螺紋前的孔徑（D孔）應(yīng)比內(nèi)螺紋頂徑（D1）要略大一些，又由于內(nèi)螺紋加工后的實(shí)際頂徑等于或略大于內(nèi)螺紋頂徑的基本尺寸，相對(duì)于本零件的材料為40Cr，屬于塑性材料，可用下列近似公式：

（D孔）車削內(nèi)螺紋前的孔徑≈d-P螺紋螺距≈42-4.5≈37.5（mm）

七、參數(shù)設(shè)置匯總

（1）鏜孔切削參數(shù)：轉(zhuǎn)速為250r/min，削速度為100—150m/min，進(jìn)給量為0.2—0.3mm/rev完成精鏜孔程序;

（2）直進(jìn)法粗車螺紋參數(shù)：轉(zhuǎn)速為40r/min左右，吃刀量不能太大，每次0.2—0.25mm為最佳;

（3）左右切削法加工螺紋參數(shù)：精車時(shí)加切削液（豆油），每次進(jìn)給不能過(guò)大，應(yīng)小于0.05mm，轉(zhuǎn)速為40r/min左右。

八、結(jié)論

根據(jù)零件特點(diǎn)，從工藝流程、刀桿改制、刀頭磨制、使用安裝、走刀路線、加工參數(shù)等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理設(shè)計(jì)及磨制刀具、科學(xué)選用加工方法和加工參數(shù)，摸索出一套完整的小直徑深孔內(nèi)螺紋加工的方法及參數(shù)，保質(zhì)保量的完成了該零件的生產(chǎn)任務(wù)，對(duì)類似結(jié)構(gòu)的零件加工具有一定的借鑒及推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1]梁炳文、張京、胡文仲、陳文濤、王志恒等主編.《機(jī)械加工工藝與竅門精選》.機(jī)械工業(yè)出版社.2007年1月