淺談不銹鋼攻螺紋技巧

河南平高集團有限公司（平頂山 467000）尹世獻

隨著我國生產制造業的迅速發展，產品向著小型化、美觀化等方向發展。不銹鋼材料由于具有耐腐蝕性并兼有強度和韌性方面的優異性能，在高壓電器工業領域，得到了日益廣泛的應用。不銹鋼材料的韌性大、熱強度高、導熱系數低、切削時塑性變形大、加工硬化嚴重、切削熱多、散熱困難等特點，造成刀尖處切削溫度高、切屑粘附刃口嚴重，容易產生積屑瘤，既加速了刀具的磨損，又影響加工表面粗糙度。切屑不易彎曲和折斷，容易對已加工面形成損傷，影響工件的整體質量。由于其物理機械性能與一般的碳鋼不同，其難加工特性矛盾在不銹鋼的攻螺紋上顯得尤為突出。我廠幾乎所有的內螺紋孔系加工都采用攻螺紋加工方法，研究和分析不銹鋼攻螺紋加工機理，合理選擇絲錐，改進加工工藝，是提高內螺紋加工質量，降低運行成本的關鍵因素。

一、不銹鋼的切削特性

不銹鋼有馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等多種，前2種屬于鉻不銹鋼，后3種屬于鉻鎳不銹鋼，鉻鎳不銹鋼的抗腐蝕性能及力學性能都比鉻不銹鋼高。不銹鋼屬于難加工材料，奧氏體不銹鋼的相對加工性系數為0.5～0.7；奧氏體+鐵素體不銹鋼的相對加工性系數為0.4～0.6；硬度>35HRC的馬氏體不銹鋼的相對加工性系數為0.5～0.6。

（1）加工硬化傾向大，高溫強度高 由于不銹鋼的塑性變形大，切削時晶格產生嚴重的錯位使其強化，在切削熱和應力作用下，使得組織發生金相轉變，導致加工表面的強化、硬化，剪切滑移區的切應力增加，使總的切削力增加，從而使刀具磨損加劇。

（2）導熱率低 切削加工產生的熱量70%～80%由切屑帶走。但是，材料的導熱率低使切屑帶走的熱量少，切削點的溫度升高，刀具壽命變短。

（3）塑性高，切屑不易卷曲與折斷 由于塑性高，韌性大，切削時切屑不易彎曲與折斷，也不易排出，且易粘刀，從而難以得到低粗糙度值的表面，影響已加工的表面品質，并且使刀具迅速磨損。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。

（4）線脹系數大 線脹系數約為碳素鋼的1.5倍，這就要求在加工特別在精加工時注意熱膨脹與熱變形對零件尺寸形位精度的影響。

二、不銹鋼攻螺紋的加工技巧

由于不銹鋼自身的特性，在不銹鋼上攻螺紋比在普通碳鋼上攻螺紋困難很多。經常會出現由于轉矩過大，絲錐被“咬死”在螺紋中，或發生崩齒或折斷，螺紋表面不光，溝紋、尺寸超差，亂扣和絲錐磨損嚴重等現象。因此，不銹鋼攻螺紋要從絲錐類型、切削參數、潤滑方式等多方面考慮，才能在批量生產中達到最佳效益比。

1.絲錐類型的合理選擇

（1）絲錐工具材料的選擇 目前用于制造絲錐的材料有高速鋼和硬質合金等材料，硬質合金絲錐雖然具有硬度、耐磨性、耐熱性與抗氧化性等優點，但由于攻螺紋加工過程是在相對封閉的惡劣環境下進行的，進而要求刀具材料要有一定的韌性和耐沖擊性。綜合考慮，選擇含鈷或鋁超硬高速鋼做不銹鋼攻螺紋的絲錐是保證攻螺紋質量的前提。

采用高速鋼材料為基體以保證絲錐的韌性，并在絲錐表面進行TiN涂層以增加絲錐的耐磨性。使用TiN涂層絲錐可有效減小切削轉矩，并使絲錐表面與不銹鋼材料之間的摩擦力下降；TiN涂層還能有效抑制絲錐與不銹鋼的親和作用，明顯阻止不銹鋼和絲錐的粘接，防止不銹鋼與絲錐之間熔焊，延長絲錐壽命。

在同樣的攻螺紋條件下，通過生產大量的使用效果看TiN涂層絲錐在螺紋質量方面有明顯提高，是獲得高精度螺紋表面的一種有效途徑。由于攻螺紋轉矩的降低，可在一定程度上提高攻螺紋速度，提高攻螺紋效率。因此，使用TiN涂層絲錐雖然在攻螺紋成本方面有所提高，但是從其使用效果和經濟效益的評價上看，比硬質合金為材料制作絲錐具有很大的優越性。

隨著新工藝的推廣，出現材料表面注入Co離子的新型絲錐，它不僅有TiN涂層的上述特點，還有一些更優異的特征。由于表面注入Co元素的高速鋼表面晶格發生嚴重的畸變和強化，表面組織和Co離子發生化合反應，形成金屬化合物和彌散金屬硬質相，使表面硬度可達1600～2000HV；而且該硬質層是混合體，沒有TiN涂層的明顯界面，所以硬質層與高速鋼有極強的結合強度，從而提高了絲錐表面的耐磨性、抗沖擊性和耐腐蝕性。采用表面注入Co離子的高速鋼絲錐，能提高絲錐壽命1.5～2.0倍，且刀齒的磨損比較均勻。

（2）絲錐結構的選用 不銹鋼攻螺紋過程對絲錐的磨損嚴重，普通絲錐使用壽命短，在生產過程中為保證螺紋質量，需要頻繁更換新絲錐，生產成本與效益不能得到很好控制。筆者通過對更換下來的磨損絲錐進行觀察，發現絲錐磨損位置都位于絲錐切削部分前幾個牙型處。對此現象進行分析，總結為絲錐在切削時真正處于工作狀態的只有切削部分前端牙型，絲錐切削部分其他的螺牙沒有起到應有的作用。因而為提高絲錐整體的利用率，盡量減少絲錐切削部分單齒切削厚度是解決問題的關鍵。

針對問題關鍵點，進行不銹鋼攻螺紋時應選取成組絲錐，這樣就可將切削量分解到單個絲錐上。并可對原來的絲錐切削部分進行修磨，采用大切削長度，延長切削部分的長度，減少校準部分的長度，校準部分一般只用保留4～5扣螺紋長度即可，大切削長度可使更多的切削液流到絲錐切削部分周圍，有利于保護切削刃，減少擦傷，延長絲錐的使用壽命。

絲錐槽數對攻螺紋效果有很大的影響，絲錐槽數主要影響絲錐容屑斷屑、切屑刃數量和長度、絲錐強度等。通過對二、三、四槽絲錐的對比使用效果看，攻不銹鋼材料最好選用三槽絲錐，與原來的四槽絲錐相比，槽數的減少使絲錐的橫截面的尺寸增大，絲錐的強度得到提高；三槽絲錐比四槽絲錐單位面積的切削力減少了10%以上，有效地減少絲錐在攻螺紋轉矩的作用下折斷的可能性。絲錐容屑槽采用螺旋結構相對于直槽更有利于切屑的排出，更好控制切屑流動方向。

不銹鋼攻螺紋過程，絲錐的前角、后角與倒錐也應進行修磨。一般絲錐的前角γp=10°～15°之間，由于攻不銹鋼絲時切削力大，為減少絲錐的磨損速度，絲錐前角在工具磨上進行刃磨，刃磨前角取γp=15°～20°之間。為降低后刀面與已加工面的摩擦力，應該增大后角，但如果后角過大，絲錐切削刃強度就會不足，容易在攻螺紋過程出現斷齒現象，因此，攻不銹鋼絲錐的后角應適度比校準絲錐的αp=6°～8°大些，一般取αp=8°～12°。為進一步減少攻不銹鋼時的摩擦力，還可對將絲錐的校準部分磨成倒錐，倒錐量為0.01～0.03mm，即絲錐大徑與中徑向絲錐尾端逐漸縮小。

2.攻螺紋過程控制

（1）螺紋底孔直徑的選取 由于不銹鋼的彈性和塑性變形都比普通碳素鋼大，不銹鋼攻螺紋的螺紋底孔比標準底孔直徑相比應該稍微加大。這樣既可以改善絲錐切削狀況，又可以延長絲錐使用壽命。當螺紋的螺距小于1mm時，螺紋底孔直徑=螺紋的公稱直徑－螺距；當螺紋的螺距大于1mm時，螺紋底孔直徑=螺紋的公稱直徑－1.1螺距。

（2）不銹鋼攻螺紋的速度 不銹鋼攻螺紋時的速度不宜過高，攻螺紋過程要注意勤退刀反轉，根據經驗機用絲錐攻不銹鋼時的切削速度為2～7 m/min。當螺距大于2mm時，切削速度應取較小值。

（3）切削液的選取 不銹鋼攻螺紋用的切削液既要有冷卻的效果，又要保證對切削處進行潤滑，抑制不銹鋼對絲錐的粘結作用。攻不銹鋼螺紋時，通常采用硫化油再添加CC1415%～20%，或白鉛油和機械油及煤油稀釋氯化石蠟等。若是少量的機修件時，在不具備上述潤滑液的條件下，可以采用菜籽油進行不銹鋼攻螺紋。

為了方便進行攻螺紋時絲錐的入孔，螺紋底孔的倒角要采用深且小角度的結構；為避免絲錐在啟動過程折斷，就要保證攻螺紋的主軸要與螺紋底孔保持垂直。這些不銹鋼攻螺紋的細節性技巧都是在生產中不斷的摸索總結出來的。

三、結語

以上是筆者在實際生產中對不銹鋼攻螺紋的經驗總結，概括起來不銹鋼攻螺紋的解決方案應從攻螺紋工具和攻螺紋工藝這兩個方向入手。針對不銹鋼的切削特性，對工具和工藝這兩個因素不斷進行探索與調整，才能找到最合適的平衡點，提高不銹鋼攻螺紋的生產效率和產品質量。