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航空航天难加工材料精密攻丝用高效新型丝锥


随着航空航天技术的不断发展,对飞行器性能的要求越来越高。伴随其性能的提高,必然研制并应用物理力学性能优异的新材料。这些新材料,如钛合金、Ni基高温合金、高强度钢超高强度钢以及复合材料均属难加工材料和很难加工材料,它们的切削加工性很差,特别是小孔精密攻丝更困难。主要表现为攻丝扭矩大、切削温度高、刀齿磨损快、易崩齿甚至折断。丝锥的折断往往造成零件报废,大大降低了生产效率、增加了制造成本。攻丝试验证明,振动攻丝是解决各种难加工材料高效精密攻丝最理想的工艺方法[1-2]。但它需要有专用的振动攻丝装置,生产现场使用时受到一定限制,或者说振动攻丝时零件上的攻丝部位是有一定要求的,故推广使用难度较大。最便捷的方法还是采用丝锥来攻丝。解决办法有两个:一是进口国外丝锥,二是靠经验丰富的技术工人修磨现有丝锥。前者要花费大量外汇,因国外这些特殊丝锥价格昂贵;后者根本无法满足批量生产的需求。因此研制并采用新型丝锥已刻不容缓,成了当务之急。

除此之外,适当加大底孔直径对难加工材料攻丝也是非常重要的,因为很多难加工材料在切削宽度方向上会产生切削变形,即有“胀牙”现象,用正常的底孔往往会使丝锥底径参加工作,造成扭矩过大使丝锥刀齿损坏或折断。但对不同精度和尺寸的螺纹,底孔加大量不同:

进口丝锥剖析

在难加工材料上国外进口丝锥攻丝高效、好用有以下3点原因:

(1)丝锥结构参数实现了专用化,即针对不同工件材料的物理力学性能及切削加工特点作了专用化设计以适应不同材料攻丝的需要;

(2)选用了高性能的高速钢并进行涂层;

(3)选用了适宜攻丝加工的高性能冷却润滑剂。

标准丝锥修磨

国内丝锥多为通用结构,在各种材料上攻丝均用同一参数的丝锥,对普通材料适用,而用于这些难加工材料上的结构参数(前角、后角、切削锥角等)显得不尽合理。有经验的技术工人可根据经验对其进行改进修磨。如:攻钛合金时,在丝锥校准部刀齿留刃带ba=0.2~0.3mm后,再加大后角使其af =20°~30°;在保留原校准齿2~3扣后,加大倒锥至0.16~0.3mm/100mm[4]。

新型丝锥

新型丝锥主要有涂层丝锥、跳齿( 牙) 丝锥和修正齿丝锥。

1 涂层丝锥

涂层丝锥即用物理气相沉积PVD(Physical Vapor Deposition)法在高速钢丝锥表面上涂2~5μm 的硬质涂层(主要有金黄色的TiN 涂层、紫红色的TiAlN 涂层、黑灰色的TiCN等;也有采用软硬复合涂层的,即丝锥沟槽处涂MoS2 或WS2 软涂层,切削刃部涂硬质层)。它们可减小与工件材料间的摩擦系数,防止粘结,减小攻丝扭矩,提高丝锥的耐磨性。目前使用较多的是TiN 涂层。

2 跳齿丝锥

跳齿丝锥也称跳牙丝锥,它是通过改变切削层的厚度与宽度的比例关系,即减小切削层宽度、增大切削层厚度,从而利用切削力的尺寸效应减小单位面积切削力,在每齿切削面积不变的情况下使总切削力减小,使得切削扭矩得到了减小,从而提高了丝锥攻丝的可靠性。
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