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钛合金的攻丝扭矩以及丝锥的研究

文字来源：深圳市恒溢钛业有限公司人气：1160发布时间：2018-07-07【小中大】

　1 概要
　　钛合金是高强度耐热合金，它的切削加工性很差，螺孔攻丝就更为困难。它的工艺特点是被加工出的新生表面有很高的化学活性，很容易和氧、碳、氮生成一层坚硬的化合物，这是一层深度大的冷作硬化层；它又很容易和丝锥表面结合成牢固的金属化合物，使丝锥产生粘接磨损。攻丝时，冷却、润滑和排屑条件比其它切削加工更差一些。如果用一般碳钢丝锥加工，切屑厚度薄，切削在强度和硬度都高的冷作硬化层内进行，有时丝锥只攻4-5个螺孔，切削刃后面就被磨钝或产生崩刃和折断。而且切屑和孔壁、丝锥之间发生强烈的摩擦，有尖锐的吱叫声，加工粗糙度差，所以钛合金攻丝是一道困难的加工工序。
　　2 钛合金的攻丝
　　2.1 钛合金切削特点
　　钛合金是一种难切削材料，切削过程中切削层变形小。由于钛合金的塑性低并且钛的化学活泼性高，在高切削温度下化学亲和性很强，容易与大气中的氧、氮等元素化合，从而使脆性提高，切削变形小。此外，钛合金在切削过程中切削温度高。钛合金导热性很差，导热系数只相当于45号钢的1/5-1/7。切削热不容易散出，主要集中在切削区和切削刃附近的较小范围内。切削过程中产生的塑性变形，在高的切削温度下，使得钛很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮，而产生冷硬现象。
　　丝锥攻丝过程属于半封闭式多刃薄切削过程，与车削螺纹相比较，切削条件恶劣。在工件底孔内切出的螺纹，是由丝锥切削刃瓣上的各切削牙逐层切削而成的。丝锥或工件旋转一周后，每个切削牙都前进一个螺距，并分别从工件上切除一层金属。对于钛合金来说，因切削层巨大的摩擦力和塑性变形给运动中的丝锥受力带来了波动。
　　2.2 钛合金攻丝扭矩
　　进行钛合金攻丝时，作用在丝锥各切削刃上的切削力可分解为轴向力Fa1.、Fa2…，径向力Fr1、Fr2…和切向力Ft1、Ft2…。切向力直接决定攻丝扭矩的大小，其它两个分力则影响攻丝的切削过程。开始攻丝时，丝锥依靠在工件上切出的螺纹侧而被引导前进，但因引导面太小，加之钛合金塑性变形，承受不了丝锥对工件的轴向力而产生接触变形，使丝锥的轴向前进量不足，各刃瓣滞后并在螺纹表面一侧切出台阶而造成“陷切”现象。但随着丝锥与工件相接触的螺纹引导表面的增大，“陷切”量将逐渐减小；攻丝的“陷切”现象直接影响螺纹侧面的正确成形，并使其光洁度下降；严重时会啃住丝锥使之处于抱死状态。
　　攻丝过程中的摆动容易使丝锥单向嵌入工件基体中。在丝锥正常工作的条件下，由于同时工作的丝锥各切削牙切削宽度不等，使前面切削牙的切削面积大于后面切削牙的切削面积。从而作用在丝锥各刃瓣上的径向力不等，也使径向力的合力不等于零。显然，在攻丝时，丝锥将偏向径向力小的一边，丝锥的轴线相对于孔的轴线将发生偏移，导致被加工螺孔扩大的同时也使丝锥紧贴在一边。当丝锥的切削锥长度较短时（导角较大时），各刃瓣上切削牙的切削宽度差别就大，中径扩大的可能性也大，故丝锥的切削锥长度不易太短。
　　3 攻丝扭矩及丝锥改善
　　3.1 攻丝扭矩改善
　　增大丝锥前角使攻丝扭矩减小，例如前角为80°时，假设扭矩为100%，那么当前角变为12°时，则扭矩就减小到70%，前角为25°时扭矩仅达到原来的53%，但是增大前角会使丝锥强度降低，也不利于散热，这一点应注意。在选择丝锥时应尽可能选择少的丝锥刃瓣数即槽数。丝锥槽数的增加，一方面使切削厚度变薄，难以切削，另一方面增加了丝锥与工件摩擦面积，使丝锥扭矩变大，一般是4槽比3槽扭矩增加约8%的扭矩。选择合适的冷却润滑液可以减小摩擦，如浓度较大的硫化油，添加15%-20%的四氯化碳，可提高表面光洁度和减小丝锥咬死的可能性。此外，丝锥前面导向部分的导角既不能过大也不能太小，导角过大，切削层厚度大，受力后容易崩牙咬死，切屑也不易卷曲；但导角过小，切屑过薄，在硬化层上摩擦，加剧丝锥磨损。

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