引言

      對鈦合金這種特殊材（cái）料零件進行內螺紋加工是比較困難的。鈦合金是高強度耐熱合金（jīn）, 它的切削加工性很差, 而螺孔攻絲就更為困難。因此在一個鈦合金零件上進行鑽孔攻絲是非常具有挑（tiāo）戰性的。如果在一個接（jiē）近完（wán）工的零件上, 由於絲錐破損產生的（de）刮削作用而導致零件報廢, 這會造（zào）成很大的浪費。

      鈦合金的工藝特點是（shì）被加工出的新生表麵有很高的化學活性, 很（hěn）容易和氧、碳、氮生（shēng）成一層很深的冷作硬化層; 它又很容易和絲錐表麵結合（hé）成（chéng）牢固的金屬化合物, 使絲錐（zhuī）產生粘接磨損。攻絲時, 冷卻、潤滑和排屑條件比其它切削加工更差一些。因此, 要求使用很好的刀具和攻絲技術及工（gōng）藝。

      如果（guǒ）用一般碳鋼絲錐（zhuī）加工, 切屑厚度薄, 切削在強度和（hé）硬度都高的冷作硬化層內進行（háng）, 有時絲錐隻攻4～5 個螺孔, 切削（xuē）刃後（hòu）麵就被磨鈍或產生崩刃和折斷。而且切屑和（hé）孔壁、絲錐（zhuī）之間（jiān）發生強烈的摩擦, 有尖銳（ruì）的吱叫聲, 加工粗糙度差, 所以鈦（tài）合金攻絲是（shì）一道困難的加工工序。

      1 刀（dāo）具

      鈦合金（jīn）攻絲可以采用設計（jì）專（zhuān）用絲錐、也可對通用絲錐進行修磨改進或選用合適材料製（zhì）成的絲錐。

      專用（yòng）絲錐的設計

      專用絲錐通常（cháng）設計成錯齒絲錐, 攻絲時, 如圖1所示。作用於內螺紋齒側麵上的法向力N易使工件產生很大的擠壓變形, 因而（ér）摩擦加大, 會使攻出的工件螺紋表麵不光潔且易使絲錐損壞（huài）和卡（kǎ）死。為了克服（fú）上述的缺點, 如圖1b 所示, 可把刀齒作成（chéng）交錯排列的（de）錯齒絲錐,將絲錐（zhuī）刃瓣（bàn）上的刀齒每隔一個去（qù）掉一齒, 這樣絲錐與工件之間形成單麵接觸, 摩擦減少, 轉矩下降, 不但可（kě）提高內螺紋的（de）加工質量, 而（ér）且（qiě）可（kě）防（fáng）止絲錐損壞和卡死。

      錯齒絲（sī）錐(圖1b) 的主要優點（diǎn）, 就是將一般（bān）絲錐的奇數切削齒去掉, 餘下的（de）偶數切削齒在攻絲時切削厚（hòu）度就會比未去掉切削齒（chǐ）的絲錐增加一倍（bèi）, 並將大於冷作硬化層深度, 絲錐每（měi）個齒（chǐ）的切削力（lì）雖（suī）因切削厚度增加一倍而增加, 但切削齒減少一半, 且切削條（tiáo）件有所改善, 排屑相對比較容易, 所以總切削力和（hé）切（qiē）削扭矩將會下降。

      設（shè）計錯齒絲錐時應注意以下幾點: (1) 錯齒絲錐在各個刃瓣上刀齒所（suǒ）切除的切削（xuē）層厚度均不（bú）相同, 因而它們的磨損也不同。若絲錐的刃瓣數（shù）為Z, 從切去刀齒的第一個刃瓣開（kāi）始, 沿其螺紋上升算起, 其刀齒切下的切（qiē）削層厚度是（shì）其他各個（gè）刃瓣刀齒上切下切削層（céng）厚度（dù）的 (Z- i)倍, 式中i為刃瓣序（xù）號, 這將對絲錐使（shǐ）用性能產生不利影響（xiǎng）。為了提（tí）高絲錐的切削性能, 如圖2所示, 可將絲錐切削錐部分刀（dāo）齒上的外徑降低一個數值（zhí）ei, 其值為:

      式中: i———沿螺紋線從切（qiē）去刀齒的第一個刃瓣開始的絲錐刃瓣序號; Z———絲錐刃瓣數（shù）; P———螺距; Kr———絲錐切削（xuē）錐（zhuī）部分的偏角; aZ———絲（sī）錐頂刃刀齒切除的（de）切削層厚度。

      若絲錐的（de）刃瓣（bàn）數Z=4, 根據上麵公式計算可知: 第三個刃瓣刀齒上減小量為e3=aZ, 第二個刃瓣上刀齒（chǐ）的減小量（liàng）e2=2aZ, 而在第一個刃瓣（bàn）上刀齒的減小量則為e1=3aZ。這樣, 就能使各個刃瓣上刀齒所（suǒ）切除的切削層厚度都修正為（wéi）2aZ (見圖3), 從而減少了各個（gè）刃瓣上切削力的差值, 故可提高被切螺紋的精度和絲錐的耐用（yòng）度。

      (2) 錯齒絲錐的齒槽數應為奇數, 如為（wéi）偶數, 則會發生去掉的齒刃將在同（tóng）一側出現的（de）情況。如按其它排列方式去齒刃, 又（yòu）會出（chū）現切削齒切削厚度增加一倍以上的情況, 使齒刃受力過大。(3) 攻盲孔用的絲錐, 切削部分（fèn）應較短, 這（zhè）時每齒的切削（xuē）厚度已足（zú）夠大, 隻需在校準部分製成錯齒（chǐ）, 這樣既可減少加（jiā）工麵上因塑性（xìng）變形回彈麵產生的摩擦力（lì）, 又可校正螺（luó）紋型麵。錯齒絲錐適用於鈦合金等材料上攻絲, 它不僅可（kě）使攻絲過程進行得更為平穩, 提高被切螺紋的精度, 而且能使絲錐的耐用度提高一倍左右（yòu）。此外, 螺旋槽絲錐對切削力、切削扭矩的均勻分布有較大改善, 但因（yīn）設計和製造（zào）較複雜,一般不采用。

      絲錐應有較大的（de）齒形鏟背量和倒錐度以防卡死絲（sī）錐螺紋中徑應（yīng）大於一（yī）般設計時選用的中徑, 要接近公差上限, 以增加使用壽命。對於螺距大於1.5mm 以（yǐ）上的絲錐, 其校準部分的螺紋中徑和內徑要有倒錐度（dù）, 一般為100 ∶0.1, 以減少摩擦力和扭矩。絲錐切削刃後麵的型麵須經過鏟（chǎn）背。齒（chǐ）槽應經過拋光。絲錐的前錐端長度為直徑的1.5 倍。盲孔螺紋的絲（sī）錐應（yīng）為（wéi）二錐或三錐一套的絲錐二錐一套的負荷分配: 頭錐75%; 二錐25%。三錐一（yī）套（tào）的負荷分配（pèi）: 頭錐50%; 二錐35%; 三錐15%。攻通孔螺（luó）紋的絲錐可設計成串聯式(圖4), 粗錐中徑較小,起粗加工作用, 精錐起精（jīng）加工（gōng）作用並校準螺紋紋型麵。 (1) 絲錐材料選用（yòng）高鉬係高速鋼材料, 如W2Mo9Cr4V2鋼。(2) 為防止切削（xuē）時產生的（de）高化學活性的新生表麵和絲錐粘合, 使絲錐表（biǎo）麵形成一層堅固的耐磨膜（mó）, 應對絲錐表麵（miàn）進行氰化(或氮化)處理。

      1.4 通用絲錐的（de）修磨（mó）

      采用以下方法, 既可在加工中（zhōng）便於排屑又可（kě）減少刀具的摩擦發熱。(1) 將（jiāng）絲（sī）錐（zhuī）尾部（bù）磨掉一些(圖5)。(2) 在絲錐（zhuī）刃齒上磨出軸向的槽溝(圖（tú）6)。(3) 如攻通孔螺（luó）紋,則可（kě）將絲錐前端（duān）切削部分磨出α角, 使切屑向待加工麵方向排出(圖7)。(4) 將絲錐前端麵處加工出切削刃,像端（duān）銑刀齒底一樣, 這（zhè）樣可防（fáng）止切屑在孔的底端頂住絲（sī）錐(圖8)。(5) 齒槽為偶數的絲錐, 製造和檢查（chá）都比較方便。這時可將切削（xuē）齒的（de）側刃一左一（yī）右的磨去0.02～0.05 mm(圖9), 側麵有了間隙, 就可減少絲錐承受的擠壓力和（hé）降低表麵粗（cū）糙度。

      2 選用合適材料製作絲錐

      在鈦合金（jīn）這種難加工材料上攻絲, 是一件既費工又費錢的事。在難加工材料上攻絲的主要困難, 是由於切削時（shí）產（chǎn）生的熱量和工件材料的收縮包住了刀具。鈦合金在這方麵表現得最為明顯。

      因（yīn）此在這種材料上攻絲時, 絲錐基體（tǐ）的強度（dù）很重要。由於工（gōng）件的硬度和強度高, 常使絲錐牙頂很快磨鈍。這種（zhǒng）情況下, 推薦采用高性能高速鋼絲錐, 它們具有較高的（de）韌性、紅硬性以（yǐ）及抗變形和抗磨損性能。

      采用高速鋼絲錐（zhuī）攻絲和硬質合金絲錐對螺孔進行手工（gōng）校正, 在國外使用較多。首先用硬質合金刀具（jù）鑽孔, 由於工件材料太硬, 而硬質合金絲錐對加工條件（jiàn）的寬容度較小, 所以不宜（yí）采用硬質合金絲錐對鈦合金進行直接攻絲。在使用高速鋼絲錐攻絲之後, 用硬質合（hé）金絲錐對螺孔進（jìn）行手（shǒu）工（gōng）校正。隨（suí）著新型刀具材料的不（bú）斷產生, 采用合適材料的絲錐（zhuī）加工鈦合金內螺紋會取得良好的效果。需要考慮的是成本問題, 一般新（xīn）型材料的刀具成本較高。

      3 工藝

      鈦合金的切削加工特點: 切屑變形小、切屑溫度（dù）高、切削力不大、加工（gōng）硬化嚴重、刀具易磨損。在切削時（shí）若溫度過高, 鈦吸收大氣中（zhōng）的氧、氮而（ér）形成硬（yìng）而脆的外皮, 產生嚴重（chóng）加工硬化現（xiàn）象。因此切削鈦時應選用較低的切削速度（dù）、較（jiào）大的切削（xuē）深度和進給量, 並應進行良好的冷卻。絲錐中（zhōng）有限切（qiē）屑溝和鈦合金的嚴重粘著作用會導致螺紋加工情況惡化, 同時易導致絲錐斷裂。因而在設計絲孔時應避免盲孔和過長的通孔, 同時應放鬆配合等公差級。

      3.1 增大攻絲前（qián）孔的直徑

      合適的螺紋底孔對於螺紋加工（gōng）是十分重要的（de）。一個尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力。但它也（yě）會減（jiǎn）小螺紋的接觸率（lǜ）。(1)由於鈦合金材料強度高, 用鑽頭鑽底孔時, 其孔徑和鑽頭直徑幾乎相等。因此, 鑽頭直徑要選用比一般鑽孔時大0.05～0.1 mm, 使底孔的直徑接近於螺紋內徑（jìng）的上限。螺（luó）紋底孔的直徑增量主要取決於所要求的螺紋接觸率和每英寸的（de）螺紋（wén）頭數。根據上述兩值, 利（lì）用經驗公式（shì）可計算出正確的螺紋底孔直徑。(2)從工藝加工角度, 要求零件設計圖中的螺紋（wén）內徑能夠適當加大, 使螺紋工作牙高（gāo）減小到理論（lùn）牙高的60%～70%。這樣, 一般並不影響螺紋連（lián）接強（qiáng）度和使用（yòng）, 但卻可減少加工時切削扭矩的1/4以（yǐ）上（shàng）。加工深（shēn）孔螺紋時, 底孔要更大。國家標準規定: 在深孔中, 允許在孔壁上隻攻出螺紋全高的50%, 這對特（tè）殊（shū）材料（liào）和難加工材料（liào）的小孔攻絲時尤其重要。雖然孔壁上螺紋高度的減少導致螺紋接觸率下降, 但由於螺紋長度的增加, 仍可保持螺紋可靠的連接。(3)采用機攻時的工藝措施（shī）以防止過載絲錐（zhuī）折斷:加（jiā）工重要零件上的螺孔（kǒng）時, 應設計專用防（fáng）過載的攻絲夾頭防止絲（sī）錐折斷, 否則很難從鈦合金工件中取出。

      3.2 控製切削速度

      由於鈦合金具有較（jiào）大的彈性和變形率, 因此需要采取相對較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時, 推薦采用的圓周切削速度為200~300 mm /min。我們不推薦采用更小的速度, 因為那樣會導致工（gōng）件（jiàn）的冷作硬化。另外, 也需（xū）注意刀具破損而導致切削過熱。

      3.3 使用專用夾頭

      機攻絲錐須有專用夾頭（tóu）, 對盲孔螺紋的機攻需先攻至距孔底2～3 扣處再用（yòng）手攻。設（shè）計鈦合金零件（jiàn）上的內螺紋時, 螺紋尾扣（kòu）長度不應少於4扣, 要比（bǐ）一般標準尾扣長些。如有可能, 則最好將尾扣設計（jì）成（chéng）退刀槽（cáo）形式, 使（shǐ）絲錐攻到底時切屑容易（yì）排出又不會造成崩刃。

      3.4 考慮刀具的幾何尺寸

       (1)前角和後角。小前角可提高切削刃（rèn）強（qiáng）度, 從而（ér）增加刀具壽命; 而大前（qián）角有利（lì）於切削長切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時, 需綜合考慮這兩個方（fāng）麵的因素, 選用（yòng）合（hé）適（shì）的前角。大後角（jiǎo）可以減小刀具和（hé）切屑之間的摩擦。因此有時要求絲錐後角為40°。在加工鈦（tài）合金金屬時, 在絲錐上磨出大後角, 有利於排屑。另外（wài）, 全磨製絲（sī）錐和刃背（bèi）鏟磨（mó）的絲錐也有利（lì）於攻絲（sī）。(2)容屑槽。在深孔攻絲時, 需減少絲錐槽數, 使每個槽（cáo）的容屑空間增大。這樣, 當絲（sī）錐退刀時, 可以帶走更多的鐵屑, 減小由於（yú）鐵屑（xiè）堵塞而造成刀具（jù）破損的機會。但另一方麵, 絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小, 絲錐強度受（shòu）到影響, 也影響切削速（sù）度。螺（luó）旋槽絲錐比直（zhí）槽絲（sī）錐（zhuī）更易排屑。

      3.5 冷卻液的選（xuǎn）擇和使用

      冷（lěng）卻（què）液應選（xuǎn）用高活性的以潤滑為主的混合液, 冷卻絲錐, 防止絲錐和切屑的粘接。因此我們選用了工業豆油和煤油的混合液, 用15%油酸、60%硫化油和（hé）25%煤油的混合液, 用（yòng）加氯的硫化冷（lěng）卻液或F43切削油, 都取得了較好的效果。

      加工鈦合金時, 必須保證（zhèng）切削液到達（dá）切削刃。為改進冷卻液（yè）的（de）流量, 推薦（jiàn）在絲錐的刃背上開冷卻槽。如果（guǒ）直徑足夠大的話, 可考慮采用內冷卻絲錐, 也可（kě）在絲錐上（shàng）開多個油槽。為了幫助（zhù）冷卻液輸送（sòng）, 國外還經常采用特殊的潤滑塗層。