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小孔螺紋銑削在超高強(qiáng)度鋼加工中的應(yīng)用

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  • 添加日期:2023年04月25日

螺紋銑削是當(dāng)今發(fā)達(dá)國家制造業(yè)中比較流行的一種螺紋加工方法。它是采用數(shù)控機(jī)床的螺旋插補(bǔ)功能進(jìn)行螺紋加工的一種新方法。與傳統(tǒng)的采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣比較主要有以下優(yōu)點(diǎn):①同一把螺紋銑刀可以加工螺距相同直徑不同的左旋螺紋或右旋螺紋;

②同一把螺紋銑刀可以通過修改刀具半徑補(bǔ)償值,將螺紋加工到任意公差帶;

③由于螺紋銑刀沒有導(dǎo)向部分,因此無需退刀槽或過渡扣即可靠近螺紋底部加工出精確深度的螺紋;

④刀具折斷或破損不會(huì)影響零件質(zhì)量——刀具破損的部分可以很容易地從工件中取出。


隨著數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)的廣泛普及,這種螺紋加工方法在國內(nèi)也逐步被采納和應(yīng)用。但也僅限于大直徑螺紋的加工,小直徑螺紋特別是內(nèi)螺紋的加工,少有采用螺紋銑削的。小孔螺紋加工一般采用絲錐攻制,但在某些超高強(qiáng)度鋼上進(jìn)行小孔螺紋加工時(shí),采用絲錐幾乎無法完成加工。因?yàn)榻z錐攻制螺紋時(shí),必須有足夠的扭力,在某些超高強(qiáng)度鋼上攻制螺紋時(shí),絲錐是無法承受要完成螺紋加工所施加的扭力的。尤其是在材料硬度也極高的情況下,絲錐也極易磨損。一旦絲錐稍有磨損,攻制時(shí)的扭力也急劇增大,這也更加快了絲錐的磨損,如此惡性循環(huán),最終將導(dǎo)致絲錐的折斷。

利用螺紋銑削的諸多優(yōu)點(diǎn),在加工某超高強(qiáng)度鋼壓力容器法蘭連接處的螺紋孔時(shí),采用了螺紋銑削方法,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。下面就這一過程及工藝方法作簡要介紹。


零件的特點(diǎn)及加工難點(diǎn)

零件為一大型壓力容器,要在其法蘭連接處端面一周加工60-M16×1.5-6H(均布)的盲孔螺紋。材料抗拉強(qiáng)度1,800MPa、硬度52HRC,屬極難加工材料。此類材料不僅強(qiáng)度高,而且硬度也極高。開始采用絲錐攻制,僅采用進(jìn)口的整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層的絲錐,才能勉強(qiáng)進(jìn)行加工。但此種絲錐價(jià)格極其昂貴(2,500/),而且壽命也不高(僅為20/),更主要的是加工過程中絲錐經(jīng)常折斷,取出困難,而且取出時(shí),易損傷螺紋,影響產(chǎn)品質(zhì)量。


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刀具選擇

刀具選擇應(yīng)以滿足加工要求、提高刀具壽命和加工效率為原則。①刀具幾何尺寸:總長70mm ,直徑D2=?14mm。刀具長度在考慮夾持部分和切削部分后,刀具懸伸應(yīng)盡量短,刀具直徑應(yīng)盡量大,比螺紋底孔略小即可,以增加刀具的剛性,減小加工過程中的振動(dòng);②刀具材質(zhì):整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層。這種刀具不僅有優(yōu)良的耐磨性,而且有較高的強(qiáng)度,適合于加工強(qiáng)度、硬度均極高的材料;③刀具齒數(shù):Z=6齒。齒數(shù)越多,進(jìn)給量越大,提高加工效率。


加工方法及參數(shù)選擇


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1.  走刀方式:如圖1所示,采用了螺旋進(jìn)刀,即刀具在X、Y平面順(逆)時(shí)針旋轉(zhuǎn)半個(gè)圓弧,Z方向上升或下降0.5個(gè)螺距。這樣以減小進(jìn)刀時(shí)的振動(dòng),提高刀具壽命和螺紋表面質(zhì)量,并使加工出的螺紋有半扣平滑過渡的螺紋收尾。

2.  進(jìn)給方式:徑向進(jìn)給分3個(gè)切深完成,并借鑒螺紋車削中的側(cè)向進(jìn)刀方式,如圖2所示。以充分減小加工中的徑向力,避免振動(dòng),提高刀具壽命。要注意的是,第1 、2兩次切深的加工中,其相對(duì)于第3次切深位置的軸向偏移量t1、t2要通過計(jì)算確定,確保其不要位于螺紋輪廓之外,而造成螺紋過切。這里取t1=0.10,t2=0.05。

3.  冷卻方式:內(nèi)冷。由于是盲孔,采用內(nèi)冷可充分冷卻的同時(shí),帶走鐵屑。

4.  切削參數(shù)選擇:切削速度Vc=81m/min,則轉(zhuǎn)速N=1000 Vc/(D2×p)=1000×81/(14×3.14)=1842r/min;進(jìn)給速度fz=0.075mm/Z ,則銑刀切削刃處進(jìn)給速度為F1=fz×N×Z=0.075×6×1842=828mm/min,編程時(shí)應(yīng)給定銑刀中心進(jìn)給速度F2=F1(D0-D2)/D0=828×(16-14)/16=103mm/min。另外為避免切進(jìn)時(shí)的振動(dòng),每次以半圓弧切進(jìn)時(shí),其進(jìn)給取F2=50 mm/min。


程序編制

根據(jù)所確定的加工方法及參數(shù),可編制程序如下,數(shù)控系統(tǒng)為西門子840D。該程序僅作為加工一個(gè)螺紋孔的子程序。
G90 G17
S1842 M3
G0 X0.000 Y0.000 Z2.000
G91
G0 Z-18.750 


(第1切深加工)
 Z-0.10 (軸向偏移t1) 
G41 G1 X0.000 Y7.000 F828
 G3 X0.000 Y-14.815 Z0.750 I0.000 J-7.408 F50
 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J7.815 F103
 G3 X0.000 Y14.685 Z0.750 I0.000 J7.408
G40 G1 X0.000 Y-7.000


(第2切深加工)
 Z0.15 (軸向偏移t2)
G42 G1 X0.000 Y7.000 F828
 G2 X0.000 Y-14.9 Z-0.750 I0.000 J-7.45 F50
 G2 X0.000 Y0.000 Z-1.500 I0.000 J7.9 F10
 G2 X0.000 Y14.865 Z-0.750 I0.000 J7.45
G40 G1 X0.000 Y-7.000


(第3切深加工)
 Z-0.05 (取消偏移)
G41 G1 X0.000 Y7.000 F828
 G3 X0.000 Y-15.000 Z0.750 I0.000 J-7.500 F50
 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J8.000 F103
 G3 X0.000 Y15.000 Z0.750 I0000 J7.500
G40 G1 X0.000 Y-7.000 
G0 Z15.750
G90


結(jié)語

采用螺紋銑削加工該零件后,不僅刀具成本大大降低(每支銑刀可加工180孔,每支銑刀價(jià)格為4,500元),而且加工效率也有提高,加工耗時(shí)由絲錐加工時(shí)的605s/孔降低至30s/孔,更為關(guān)鍵的是避免了因絲錐折斷而引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題。