隨著航空航天技術的不斷發展,對飛行器性能的要求越來越高。伴隨其性能的提高,必然研制并應用物理力學性能優異的新材料。這些新材料,如鈦合金、Ni基高溫合金、高強度鋼超高強度鋼以及復合材料均屬難加工材料和很難加工材料,它們的切削加工性很差,特別是小孔精密攻絲更困難。主要表現為攻絲扭矩大、切削溫度高、刀齒磨損快、易崩齒甚至折斷。絲錐的折斷往往造成零件報廢,大大降低了生產效率、增加了制造成本。攻絲試驗證明,振動攻絲是解決各種難加工材料高效精密攻絲最理想的工藝方法[1-2]。但它需要有專用的振動攻絲裝置,生產現場使用時受到一定限制,或者說振動攻絲時零件上的攻絲部位是有一定要求的,故推廣使用難度較大。最便捷的方法還是采用絲錐來攻絲。解決辦法有兩個:一是進口國外絲錐,二是靠經驗豐富的技術工人修磨現有絲錐。前者要花費大量外匯,因國外這些特殊絲錐價格昂貴;后者根本無法滿足批量生產的需求。因此研制并采用新型絲錐已刻不容緩,成了當務之急。
除此之外,適當加大底孔直徑對難加工材料攻絲也是非常重要的,因為很多難加工材料在切削寬度方向上會產生切削變形,即有“脹牙”現象,用正常的底孔往往會使絲錐底徑參加工作,造成扭矩過大使絲錐刀齒損壞或折斷。但對不同精度和尺寸的螺紋,底孔加大量不同:
進口絲錐剖析
在難加工材料上國外進口絲錐攻絲高效、好用有以下3點原因:
(1)絲錐結構參數實現了專用化,即針對不同工件材料的物理力學性能及切削加工特點作了專用化設計以適應不同材料攻絲的需要;
(2)選用了高性能的高速鋼并進行涂層;
(3)選用了適宜攻絲加工的高性能冷卻潤滑劑。
標準絲錐修磨
國內絲錐多為通用結構,在各種材料上攻絲均用同一參數的絲錐,對普通材料適用,而用于這些難加工材料上的結構參數(前角、后角、切削錐角等)顯得不盡合理。有經驗的技術工人可根據經驗對其進行改進修磨。如:攻鈦合金時,在絲錐校準部刀齒留刃帶ba=0.2~0.3mm后,再加大后角使其af =20°~30°;在保留原校準齒2~3扣后,加大倒錐至0.16~0.3mm/100mm[4]。
新型絲錐
新型絲錐主要有涂層絲錐、跳齒( 牙) 絲錐和修正齒絲錐。
1 涂層絲錐
涂層絲錐即用物理氣相沉積PVD(Physical Vapor Deposition)法在高速鋼絲錐表面上涂2~5μm 的硬質涂層(主要有金黃色的TiN 涂層、紫紅色的TiAlN 涂層、黑灰色的TiCN等;也有采用軟硬復合涂層的,即絲錐溝槽處涂MoS2 或WS2 軟涂層,切削刃部涂硬質層)。它們可減小與工件材料間的摩擦系數,防止粘結,減小攻絲扭矩,提高絲錐的耐磨性。目前使用較多的是TiN 涂層。
2 跳齒絲錐
跳齒絲錐也稱跳牙絲錐,它是通過改變切削層的厚度與寬度的比例關系,即減小切削層寬度、增大切削層厚度,從而利用切削力的尺寸效應減小單位面積切削力,在每齒切削面積不變的情況下使總切削力減小,使得切削扭矩得到了減小,從而提高了絲錐攻絲的可靠性。