鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋工藝

西安北方光電科技防務(wù)有限公司 （陜西 710043） 王文仲 張 勇 喬奇光

鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋工藝

西安北方光電科技防務(wù)有限公司 （陜西 710043） 王文仲 張 勇 喬奇光

鈦合金屬于難加工材料，對(duì)于鈦合金球面上盲孔小直徑攻螺紋更是實(shí)際生產(chǎn)中棘手的問題，也是工藝方面的瓶頸。本文通過典型殼體球面上盲孔小直徑攻螺紋總結(jié)一套有效加工方法，通過實(shí)際證明該方法有效地解決了此類結(jié)構(gòu)零件的攻螺紋問題。

1.工藝分析

如圖1所示殼體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中有6個(gè)螺紋孔尺寸為M3-6H，螺紋深度為5mm，螺紋孔與殼體回轉(zhuǎn)中心交點(diǎn)夾角為58°，殼體回轉(zhuǎn)中心到左端面尺寸為32mm，左端孔直徑為54mm。螺紋底孔深度為6.5mm。6個(gè)螺紋孔沿零件回轉(zhuǎn)中心在360°的球面上分布，位置度0.1mm。此零件螺紋孔螺紋難度問題有兩點(diǎn)：一是如何解決鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋時(shí)螺紋與底孔軸線重合一致的問題；二是如何解決鈦合金材料螺紋時(shí)螺紋孔合格率低的問題。

圖1 殼體結(jié)構(gòu)

2.難點(diǎn)分析

鈦合金材料具有較好的力學(xué)、化學(xué)、物理綜合性能，質(zhì)輕、密度約為4.54g/cm3，是鋼的70%左右，但其比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)金屬材料中最高的。鈦合金材料中加入合金強(qiáng)化元素后，熱穩(wěn)定性很高，300～350℃條件下其強(qiáng)度約比鋁合金高8倍。因而鈦合金材料在各行業(yè)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣。

鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋的技術(shù)難點(diǎn)有：

（1）鈦合金球面上盲孔小直徑螺紋時(shí)螺紋底孔軸線難控制，容易與絲錐旋轉(zhuǎn)軸線成夾角。

（2）鈦合金材料的性能決定了螺紋時(shí)轉(zhuǎn)矩大、散熱及冷卻效果差，導(dǎo)致絲錐磨損快、易折斷，壽命低。

（3）鈦合金材料彈性模量小，屈強(qiáng)比高，加工變形回彈量大，通常螺紋過程控制后螺紋中徑偏小，導(dǎo)致螺紋不合格。

3.解決工藝方案

（1）控制螺紋底孔直徑大小：鈦合金材料彈性模量小、加工回彈量大，攻螺紋時(shí)底孔直徑尺寸的確定尤為關(guān)鍵。使用通用鉆頭改制成專用鉆頭加工螺紋底孔，測(cè)量確定既滿足螺紋公差帶位置和精度等級(jí)要求又滿足內(nèi)螺紋小公差等級(jí)和螺紋聯(lián)接強(qiáng)度要求，有利于減小螺紋切削余量，降低螺紋轉(zhuǎn)矩，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)鉆頭直徑取2.53mm，螺紋底孔不大于φ2.56mm時(shí)最佳。

（2）優(yōu)化絲錐結(jié)構(gòu)：①絲錐前角由7°～10°減小至3°～5°，絲錐后角由5°～7°增大至11°～13°，減小螺紋磨損轉(zhuǎn)矩，絲錐鋒利。②切削錐角由5°～7°調(diào)整到9°～11°，切削厚度增加，可避開加工硬化層，降低螺紋磨損轉(zhuǎn)矩。③縮窄刃瓣寬度，標(biāo)準(zhǔn)M3的螺紋一般用3槽絲錐，錐心取0.45d≈1.3mm，刃瓣寬度取1.3mm。為大幅降低螺紋轉(zhuǎn)矩，對(duì)絲錐刃瓣寬度9等分，按圖2給絲錐刃瓣上修磨輔后角，進(jìn)行螺紋試驗(yàn)，絲錐刃瓣寬度取0.45mm、0.27mm、0.15mm時(shí)未發(fā)生絲錐折斷現(xiàn)象，但考慮到絲錐壽命、絲錐強(qiáng)度，絲錐刃瓣寬度的理想取值0.39mm左右。圖中，b2為刃瓣寬度，γ為絲錐前角，b1為改制后絲錐刃瓣寬度，α為增加輔后角。

圖2 絲錐槽形結(jié)構(gòu)示意圖

（3）調(diào)整絲錐中徑大小以及螺紋過程控制。①第一遍使用改磨標(biāo)準(zhǔn)絲錐M3的I型中徑尺寸縮小0.04～0.05mm的專用絲錐螺紋，螺紋后使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑。②第二遍使用改磨標(biāo)準(zhǔn)絲錐M3的I型中徑尺寸縮小0.01～0.03mm的專用絲錐螺紋，攻螺紋后使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑。③第三遍使用改磨標(biāo)準(zhǔn)絲錐M3的II型中經(jīng)尺寸縮小0.02～0.04mm的專用絲錐螺紋，攻螺紋后首先使用噴槍吹凈孔內(nèi)切屑，再使用棉花球蘸上酒精，擦洗干凈內(nèi)孔，去除細(xì)微切屑。④第四遍使用標(biāo)準(zhǔn)絲錐M3的II型螺紋，螺紋完成后首先使用噴槍吹干凈孔內(nèi)切屑，再使用棉花球蘸上酒精，擦洗干凈內(nèi)孔，去除細(xì)微切屑。⑤穩(wěn)定處理后第五遍螺紋使用帶涂層合金絲錐M3的II型對(duì)螺紋進(jìn)行修校，完成全部螺紋過程。

4.結(jié)語(yǔ)

通過長(zhǎng)期跟蹤分析，反復(fù)試驗(yàn)獲得有效實(shí)用絲錐結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，螺紋質(zhì)量一直穩(wěn)定可靠，用標(biāo)準(zhǔn)絲錐改磨成專用絲錐解決鈦合金材料球面上盲孔小直徑螺紋的難題，形成獨(dú)具特色螺紋工藝方法，對(duì)類似鈦合金材料螺紋問題有一定借鑒作用。

20130115）