不锈钢攻丝用的新型丝锥
不锈钢作为一种优良的耐腐蚀材料，并具备有强度和韧性等方面的优异使用性能，使之在机器零件及制药、化工设备等各个领域得到广泛的应用。但是，随着不锈钢用量的不断增加，不锈钢作为难切削材料的加工问题就日益突出。正是因为不锈钢具有良好的塑性和一定的韧性及强度，所以导致加工硬化现象严重，易对刀具切削刃口造成损伤。由于它高温下强度高、热传导率低，因此切削温度高，对刀具磨损影响很大，正因它具有相当大的韧性和强度，延伸率大，故极易形成积屑瘤。这些情况对于不锈钢加工，尤其是攻丝将会带来很大困难。
目前我们常用的丝锥只有一端有螺纹，而另一端则为刀柄。这种结构使得刀杆尾部须被设计成方身或锥面，以能传递扭矩。而丝锥的螺纹的有效部分只占丝锥长度的40%左右，丝锥材料大部分用于刀柄部分，比较浪费材料。 现设计的双头丝锥在它的两头都有相同的外形，能使丝锥固定在夹具上，使得扭矩可以从任意一端传递到另一端。这种结构相当于把两个单头丝锥的刀柄部分合并成一体，从而减少了柄部长度，节省了材料。在双头丝锥的中间部分，即刀柄部分，可以铣出较浅的圆弧槽，利用双头丝锥两头的顶针孔定位，圆弧槽经磨削后可保证定位夹紧面具有较高的定位精度。
试验表明，丝锥槽数对攻丝效果有较大的影响。我们选用的是三槽丝锥，它与四槽丝锥相比，横截面的尺寸增大了，丝锥的强度得到提高，可有效防止丝锥在攻丝扭矩的作用下折断，也为增大前角和后角创造了有利的条件。并且，三槽丝锥的攻丝扭矩可比四槽丝锥减小10% ，因而单位面积切削力也随之减小。 由于攻丝切削力大，为减小丝锥的磨损速度，一般认为丝锥前角应取小值，但是根据不锈钢材料的特性，其抗拉强度不是太高，而高温强度、延伸率和断面收缩率却较大，攻丝时切屑不易分离、卷曲和折断，切削变形大，攻丝扭矩大，切削温度高。因此为了减小切削变形，使切削轻快，应该适当增大前角，而且这样可使容屑槽面积增大，使不易卷曲和折断的切屑能够暂存容屑槽中，不至于因为切屑堵塞而使丝锥折断或刀齿崩刃。因此我们选择了βp=20°较大的前角。 标准丝锥切削锥部的齿顶后角一般为αp=6°～8°，但由于不锈钢韧性较大，所以我们选用了较大的后角αp=10°～12°，并在制造时对螺纹廓形进行铲磨，即铲磨螺纹截形后角，这样可防止攻丝过程中由于弹性恢复，被加工表面在切削后缩小，使摩察力大大增加，也可避免丝锥在反转退出时被切屑卡塞。 容屑槽槽形选用两圆弧一直线构成的槽形，槽形的方向最好采用螺旋槽，但是其制造相当困难，刀具制造成本较高，因此我们选用在直线槽的切削锥部有刃倾角的形式，以提高其切削性能。 3 丝锥材料的合理选择 传统的丝锥材料均为普通高速钢。有资料显示，加工不锈钢可以在高速钢表面进行TiN涂层，以减小切削扭矩，延长丝锥寿命，提高螺纹质量。实验证明，TiN 涂层可使丝锥表面与不锈钢材料之间的摩擦力下降，使切削扭矩下降1/3～1/2，TiN涂层还能有效抑制丝锥与不锈钢的亲和作用，明显阻止不锈钢和丝锥之间的粘结，从而使螺纹表面质量提高。 我们选用的材料为表面注入Co离子，因为它不仅有TiN涂层的上述特点，还有一些更优异的特征。由于表面注入Co元素的高速钢表面晶格发生严重的畸变和强化，表面组织和Co离子发生化合反应，形成金属化合物和弥散金属硬质相，使表面硬度可达1,600～2,000HV，而且该硬质层是混合体，没有TiN涂层的明显界面，所以硬质层与高速钢有极强的结合强度，从而提高了丝锥表面的耐磨性，抗冲击性和耐腐蚀性。我们对丝锥进行Co离子注入并与未经注入处理的丝锥作了切削性能对比试验，注入Co离子丝锥的材料为W6Mo5Cr4V2，尺寸为M10×1(带刃倾角)，试件为1Cr18Ni9Ti不锈钢，硬度HB190 ，抗拉强度642MPa，选用切削速度3.6m/min，浇注乳化切削液，流量5L/min。当总攻丝长度为4m 时，注入Co离子的丝锥切削齿后刀面上的磨经损量为0.15mm，未注入Co离子的磨损量为0.4mm。(图3)
4 双头丝锥的专用夹具 由于双头丝锥是一种新型结构，一般的夹具无法装夹，所以我们设计了双头丝锥的专用夹具，图2为夹具外形，图4为双头丝锥装夹在专用夹头中的结构示意图。双头丝锥由钢球在斜面的作用下压紧在双头丝锥中间的圆弧槽内，只要推动松紧压套即能方便的把丝锥拆装及掉头。丝锥由中心孔与夹具中的定位销起到定心作用，丝锥夹具在整个壳体内可略有浮动，以便对准工件孔。且在轴向也有少许允动，以便于丝锥进退时，允许在螺距上稍有些偏差。
1) 结构新颖的双头丝锥，改变了传统的丝锥柄部制造工艺，节省了刀具材料，降低了刀具制造成本，若两头被分别做成头锥和二锥，可快速掉头使用。 2) 设计的专用夹具可使丝锥定位准确，传递扭矩较大，装拆快速，节省辅助时间，提高生产效率。 3) 合理选择丝锥的结构参数，可提高加工质量，改善丝锥的切削性能。 4) 采用表面注入Co离子的高速钢丝锥，能提高丝锥耐用度1.5～2.0倍，且刀齿的磨损比较均匀。 上一页：总结丝锥加工的几个问题 下一页：丝锥公差带代号的意义 |
