引言

      對鈦合（hé）金（jīn）這種特殊材料零件進行內（nèi）螺紋加工（gōng）是比較困難的。鈦合金是高強度（dù）耐熱合金, 它的切（qiē）削加工性（xìng）很差, 而螺孔攻絲就更（gèng）為困難。因此在一個鈦合金零件上進行鑽孔攻絲是（shì）非常具有挑戰性的（de）。如果在（zài）一（yī）個接近完工的零件上, 由於絲錐破損產（chǎn）生的刮削作用而導致零件報廢, 這會造成很大（dà）的浪費。

      鈦合金的工藝特點是被加工出的新生表麵有很高的化學活性, 很容易和氧、碳、氮生成一層很深的冷作硬化（huà）層; 它又很容易和絲錐表麵結（jié）合成牢固的金（jīn）屬化（huà）合物, 使絲錐產生粘接磨（mó）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（hǎo）的刀具和（hé）攻絲技術及工藝。

      如果（guǒ）用一般碳鋼絲錐加工, 切屑厚度薄, 切削在（zài）強度和硬度都（dōu）高的冷作硬化層內進行, 有時絲錐隻攻4～5 個螺孔, 切削刃後麵就被磨鈍或產生崩刃和折斷。而且切屑和孔壁、絲（sī）錐之間發（fā）生強烈的摩（mó）擦, 有（yǒu）尖（jiān）銳的吱叫聲, 加工（gōng）粗糙度差, 所以（yǐ）鈦合（hé）金攻（gōng）絲是一道困難的加（jiā）工工序。

      1 刀具

      鈦合金攻絲可以采（cǎi）用設計專用（yòng）絲錐、也可對通用絲錐進行（háng）修（xiū）磨改進或選（xuǎn）用合適材料製成的絲錐。

      專用絲錐的設計

      專用絲錐通常設計成錯齒絲錐, 攻絲（sī）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（yā）變形（xíng）, 因而摩擦加大, 會使攻出的工件螺紋表麵不光潔（jié）且易使絲錐損壞和卡死。為了克（kè）服上述的（de）缺點, 如圖1b 所示, 可把（bǎ）刀齒作成交錯排列的錯齒絲錐,將絲錐刃瓣上的刀齒每隔一個去掉一齒（chǐ）, 這樣絲（sī）錐與工件之間形成單麵接觸, 摩擦減少, 轉矩下降, 不（bú）但可提高內螺紋（wén）的加（jiā）工質量, 而且可防止絲錐損壞和卡死。

      錯（cuò）齒絲錐（zhuī）(圖1b) 的主要優點, 就是將一（yī）般（bān）絲錐的奇數（shù）切削齒去掉, 餘下的偶數切削齒在攻絲時切削厚度就會比未去掉切削齒的絲錐增加一倍, 並將大於冷作（zuò）硬化層深（shēn）度（dù）, 絲錐每個齒（chǐ）的切削力雖（suī）因切削厚度增加一（yī）倍而增加, 但切削齒減少一半, 且切削（xuē）條件有所改善, 排屑相對比較容易, 所以總切削力和切削扭（niǔ）矩將會下降。

      設計（jì）錯齒絲錐（zhuī）時應注意（yì）以下幾點: (1) 錯齒絲錐在各個刃（rèn）瓣上刀齒所切除的切削層厚度（dù）均不相同, 因而它們的磨損也不同。若絲錐的刃（rèn）瓣數為Z, 從切（qiē）去刀齒的第一個刃瓣開（kāi）始, 沿其螺紋上升算起, 其刀齒（chǐ）切下的切削層（céng）厚度是其他各個刃瓣刀齒上切下切削層厚度的 (Z- i)倍, 式中i為刃瓣序號（hào）, 這將對絲（sī）錐（zhuī）使用性能產生（shēng）不利影響。為了提高絲錐的切削性（xìng）能, 如圖2所示, 可將絲錐切削錐部分刀齒上的外徑降低一個數值ei, 其值為:

      式中: i———沿螺紋線從切去刀齒的第一（yī）個刃瓣開（kāi）始的絲錐（zhuī）刃瓣序號; Z———絲錐刃瓣數; P———螺距; Kr———絲錐切削錐部分的（de）偏角; aZ———絲錐（zhuī）頂刃刀齒切除（chú）的切削層厚度。

      若絲錐的刃瓣數Z=4, 根據上麵公式計算可知: 第（dì）三個刃瓣刀齒上（shàng）減小量為e3=aZ, 第二個刃瓣上刀齒的減小量e2=2aZ, 而在第一個刃瓣上（shàng）刀齒的（de）減小量則為e1=3aZ。這樣, 就能（néng）使各個刃瓣上刀齒所切（qiē）除的切削層厚度都修正為2aZ (見圖（tú）3), 從而減少了（le）各個刃瓣上切（qiē）削力的差值, 故可提高（gāo）被切螺紋的精度和絲錐的耐用度（dù）。

      (2) 錯齒絲錐的齒槽數應為奇數, 如（rú）為偶數, 則會發生去掉的齒刃將在同一側出（chū）現的情況。如按其它排列方式去齒刃, 又會出現切削（xuē）齒切削厚度增加一倍以上的（de）情況, 使齒刃受力過大。(3) 攻盲孔用的絲錐, 切削部分應較短（duǎn）, 這時每齒的（de）切（qiē）削厚度已足夠大, 隻需在校準（zhǔn）部分製成錯齒, 這樣既（jì）可（kě）減少加工麵（miàn）上因塑性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（tài）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。此外, 螺旋槽絲錐對切削力、切削扭矩的均勻分布有較（jiào）大改善, 但因設計和製造較複雜,一般不采用。

      絲（sī）錐應有較大的齒形鏟背量和倒錐度以防卡死（sǐ）絲錐螺紋（wén）中徑應大於一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 以上的絲錐, 其校準部（bù）分的螺紋中徑（jìng）和內（nèi）徑要有倒錐度, 一（yī）般為100 ∶0.1, 以減（jiǎn）少（shǎo）摩擦力和扭矩。絲錐切削刃後麵的（de）型（xíng）麵（miàn）須經過鏟背（bèi）。齒槽應經過拋（pāo）光。絲（sī）錐的前錐（zhuī）端長度為直徑的（de）1.5 倍。盲孔螺紋的絲錐應為二錐或三錐一套的絲錐二錐一套的負荷分配: 頭錐75%; 二錐（zhuī）25%。三錐一套的負（fù）荷分配: 頭錐50%; 二錐35%; 三錐15%。攻通孔螺紋的絲錐可（kě）設計成串聯式(圖4), 粗錐中徑較小,起粗加工作用, 精錐起精加工作用並校準螺紋紋型麵。 (1) 絲（sī）錐材料選用高鉬係高速鋼材料, 如W2Mo9Cr4V2鋼。(2) 為防止切（qiē）削時（shí）產生的高化學活（huó）性的新生表麵和（hé）絲錐粘合, 使絲錐表（biǎo）麵形（xíng）成一（yī）層堅固的耐磨膜（mó）, 應對絲錐表麵（miàn）進（jìn）行氰化(或氮化)處（chù）理。

      1.4 通用（yòng）絲錐的修磨

      采用以下方法, 既可在（zài）加工中（zhōng）便於（yú）排屑又可減少刀具的摩擦發熱。(1) 將絲錐尾（wěi）部磨掉一（yī）些(圖5)。(2) 在絲錐刃齒上磨出軸（zhóu）向的（de）槽溝(圖6)。(3) 如（rú）攻通孔螺紋,則可將絲錐前（qián）端切削部分磨出α角, 使切屑（xiè）向待加工麵方向排出(圖7)。(4) 將絲錐前端麵（miàn）處（chù）加工出（chū）切削刃,像端銑刀齒底一樣, 這樣可防止切屑在（zài）孔（kǒng）的底端頂住絲錐(圖8)。(5) 齒槽為偶數的絲錐, 製造和檢查都比較方便。這時可將切削齒的（de）側刃一左（zuǒ）一（yī）右的磨去（qù）0.02～0.05 mm(圖9), 側麵有了間隙, 就可減少絲錐承（chéng）受的擠壓力和降低表麵粗（cū）糙度。

      2 選用合（hé）適材料製作絲錐

      在鈦（tài）合金這種難加工材料上攻絲, 是一件既費工又費錢的（de）事。在（zài）難加工材料上攻絲的主要困難, 是由於切削時產生（shēng）的熱量和工件材料的收縮包住了刀具。鈦合金在（zài）這方麵表現得（dé）最為明顯。

      因此（cǐ）在這種材料上攻絲時（shí）, 絲錐基體的強度很重要。由於工件的硬度和強度高, 常（cháng）使絲（sī）錐牙（yá）頂很快磨鈍。這種情況下, 推薦采用（yòng）高（gāo）性能（néng）高速鋼絲（sī）錐, 它們具有較高的韌性、紅硬性以及抗變形和抗磨（mó）損性能。

      采用高速鋼絲錐攻絲（sī）和硬質合金絲錐對螺孔進行手工校正, 在國外使（shǐ）用較多。首先用硬質合金刀具鑽孔, 由於工件材料太硬（yìng）, 而硬質合金絲（sī）錐對加工條件的寬容度較小（xiǎo）, 所以不宜采用硬質合金絲錐（zhuī）對鈦合金進行直接攻絲。在使用高速鋼絲錐攻絲之後, 用硬質合金絲錐對螺孔進行手工校正。隨著新型（xíng）刀具材料的不斷產生, 采用合適材料的（de）絲錐加工鈦合金內螺（luó）紋會取得良好（hǎo）的效果（guǒ）。需要考慮的是成本問題, 一般新型材料的刀具成本較高。

      3 工藝

      鈦合（hé）金的切削加工特點: 切屑變形小、切屑溫度高、切削力不大、加工硬（yìng）化（huà）嚴重、刀具易（yì）磨損。在切削時若溫度過高, 鈦吸收大氣中的氧、氮而形成硬而脆的外皮, 產生嚴重加工硬（yìng）化現象。因此切削鈦時應選用（yòng）較低的切削速度、較大的切削深度和進給量, 並應進行良好的（de）冷卻。絲錐（zhuī）中有限切屑溝和鈦合金的嚴重粘著（zhe）作（zuò）用會導致螺紋加工情（qíng）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（hé）過長的通孔, 同時應放鬆（sōng）配合等公差級。

      3.1 增大攻絲前（qián）孔的直徑

      合適的螺（luó）紋底孔對於螺（luó）紋加工是十分重要的。一個尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生（shēng）的切削熱和切削力。但（dàn）它也會減小螺紋的接觸率。(1)由於鈦合（hé）金（jīn）材料強（qiáng）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（zhí）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（yú）螺紋內（nèi）徑的上限。螺紋底孔（kǒng）的直徑增量主要取決於所要求的螺紋接觸率和每英寸的螺紋頭（tóu）數。根據上述兩值, 利用經驗公式可計算出正確的螺紋底孔直徑。(2)從工藝加工角度, 要（yào）求（qiú）零件設計圖中的螺（luó）紋內徑能夠適當（dāng）加大, 使（shǐ）螺紋工作牙高減（jiǎn）小（xiǎo）到理論牙高的60%～70%。這樣, 一般並不影響螺紋連接強度和使用, 但卻可減少加工時切削扭矩的1/4以上。加工深孔螺紋時, 底孔要更大。國家標準規定: 在深孔中, 允許在孔壁上（shàng）隻攻出螺紋全高的50%, 這對特殊（shū）材料和難加工材料的小（xiǎo）孔（kǒng）攻絲時尤其重要。雖然孔壁上螺紋高度的（de）減少（shǎo）導致螺紋接觸率下降, 但由於螺紋（wén）長度的增（zēng）加, 仍（réng）可（kě）保持螺紋可靠的連接。(3)采用機攻時（shí）的（de）工藝措施以防止過載（zǎi）絲錐折斷:加工重要零件上的螺孔時, 應設計專用防過載的攻絲夾頭防止絲（sī）錐折斷, 否則很難從鈦合金（jīn）工（gōng）件中取出。

      3.2 控製（zhì）切削速度（dù）

      由於鈦合金具有較大的彈性和變形（xíng）率（lǜ）, 因此（cǐ）需（xū）要采取（qǔ）相對較小的（de）切（qiē）削速度（dù）。在加工鈦合金零件的小（xiǎo）孔時（shí）, 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, 也需注意刀具破（pò）損而導（dǎo）致切削過熱（rè）。

      3.3 使用專用夾（jiá）頭

      機攻絲錐須有專（zhuān）用夾頭, 對盲孔螺紋的機攻需先攻至距孔底2～3 扣處再（zài）用手攻。設計（jì）鈦（tài）合金零件上的內螺紋時, 螺紋尾（wěi）扣長度不應（yīng）少於4扣, 要比一般標準尾扣長些。如有可能, 則最好將尾扣設計成退刀槽形式, 使絲錐攻到底時切屑容易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（qiē）削（xuē）刃強度, 從（cóng）而增加刀具壽命; 而（ér）大前角有利於切削長切屑（xiè）的金屬。因此在對鈦合（hé）金加工時, 需綜（zōng）合考慮這兩個方麵的因素, 選用合適（shì）的（de）前角。大後角可以減小（xiǎo）刀具和切屑之間的（de）摩（mó）擦。因此有時要求絲錐後角為（wéi）40°。在加工鈦合金金屬時, 在絲錐上磨出大後角, 有利於排屑。另（lìng）外, 全磨製絲錐和刃（rèn）背鏟磨的絲錐也有利於攻絲。(2)容屑槽。在深孔攻絲時, 需減少絲錐槽數, 使每個槽的容（róng）屑空間增大。這樣, 當（dāng）絲（sī）錐退刀（dāo）時, 可（kě）以帶走（zǒu）更多的鐵屑, 減小由於鐵屑堵塞而造（zào）成刀具破損的機會。但（dàn）另一方麵, 絲錐容屑槽的加大使得芯部直（zhí）徑減小, 絲錐強（qiáng）度受到（dào）影響, 也影響切削速度。螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。

      3.5 冷卻液的（de）選擇和使用

      冷卻液（yè）應選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（yè）豆油（yóu）和煤油的混合液, 用15%油酸、60%硫化油和25%煤油的混合液, 用加氯的硫（liú）化冷卻液或F43切（qiē）削油, 都（dōu）取得了較好的效果。

      加工鈦合金時, 必須保證切削液到達切削刃。為改進冷卻液的流量, 推薦在絲錐的（de）刃背（bèi）上開冷卻槽。如果直（zhí）徑足夠大的話（huà）, 可考慮采用內冷卻絲錐, 也可在絲錐上開多個油槽。為了幫助（zhù）冷卻液輸送, 國（guó）外還經常采用特殊的潤滑（huá）塗層。