高精度深孔螺紋加工工藝

廣東省云浮市技工學校 （527300） 許齊鵬

螺紋加工是機械加工中最常見的加工之一，隨著機械工業的發展，新材料的出現，對螺紋加工的精度要求也越來越高，其中盲孔攻螺紋最大的困難是切屑堵塞，絲錐擠壓切屑，造成牙松、垂直度超差、表面粗糙度值大、底孔燒結、螺紋粘結、螺紋劃傷、振動及絲錐經常崩牙等一系列問題。針對生產過程中所遇到的問題，我們對一些高精度螺紋孔的加工工藝進行了改進，取得了良好的效果。

1.工件螺紋結構特點

圖1所示為某礦山機械的聯接塊，零件材料為合金結構鋼42CrMoA，調質處理，要在聯接塊加工四個M30×2-6H螺紋。其中螺紋剖視圖如圖2所示，光滑圓柱孔深20mm；螺紋底孔深97mm，底孔直徑28mm；螺紋深度85mm，有效長度65mm，螺距2mm；螺紋精度等級為6H；螺紋孔實際軸線必須垂直于基準平面；各螺紋孔垂直度要求0.02mm；螺紋孔底端有效容屑空間長度為12mm。

2.加工工藝分析

對于深孔螺紋加工，而且精度要求高的螺紋，加工時需解決如下問題：深螺紋底孔的加工，高精度螺紋的加工，切削液的選用，機床的使用。

圖1 零件立體圖

圖2 螺紋剖視圖

（1）深螺紋底孔的加工 該螺紋底孔長徑比（L/D）為3，屬于深孔加工，而且具有高的垂直度和位置度要求。對于加工較高強度材料和高精度要求的螺紋孔，要達到相對應的技術要求，螺紋底孔的加工精度和表面粗糙度必須得到保證，這是前提條件。深孔加工比較困難，因為孔較深，刀桿細長，鉆頭容易鉆偏，切屑不容易排出，切削液不容易進到鉆頭的主切削區，形成刀具冷卻困難，加速了刀具的磨損，使刀具壽命下降，并且限制了切削效率的提高。深孔加工時，常會因排屑困難，造成切屑與已加工表面(孔壁)產生強烈摩擦，使孔的表面粗糙度值高和精度下降，甚至鉆頭被卡住、折斷，造成工件報廢。能有效解決這些問題的加工方法主要有兩種：鉆、擴、鏜工藝；深孔鉆削工藝。前者生產效率低，后者生產效率高。對于螺紋孔垂直度的保證，工藝是關鍵，經過試驗與長期的加工經驗，我們總結出了合適的工藝，如精銑面→鉆→擴→鏜→精鏜→加導套攻螺紋，必要時將精銑面放到最后。結合以往的經驗最終采用了具備良好定心、導向、排屑暢快、鉆孔質量高、穩定性高、并且高效能的直徑為27.9mm的高邁特KUB內冷卻深孔鉆，直接完成螺紋底孔的深孔鉆削。

（2）螺紋加工 該螺紋可采用的加工方法主要有兩種：銑削和攻螺紋。由于螺紋較深，螺紋有效長度較長，而銑削的刀桿較為細長，刀桿容易產生振動，直接影響螺紋的加工精度，加上需要用到數控插補的原理進行銑削，目前所用加工中心設備的圓弧插補銑削的圓度并不是很高，也影響了螺紋加工精度；而攻螺紋的生產效率更高，加工精度也更容易得到保證，因此我們采用了絲錐加工螺紋。

絲錐攻螺紋屬于比較難的加工工序，往往也是工件的最后一道工序，尤其是在大型工件上攻螺紋，如果絲錐折斷或產生其他質量事故，可能導致整個工件報廢，造成很大的經濟損失，所以又要求安全可靠。因此要選用合適的絲錐結構參數和切削液，確保攻螺紋過程能正常進行。

攻螺紋前盡可能加工致底孔直徑，在加工該螺紋時底孔取了φ27.9mm，并在底孔的入口處進行倒角，以有效防止底孔偏心。盲孔攻螺紋排屑困難往往是導致產生螺紋缺陷的重要因素，而排屑的好壞往往與絲錐的結構有關。目前螺旋槽絲錐、內容屑絲錐、內冷式絲錐都有利于盲孔攻螺紋排屑。螺旋槽絲錐已得到廣泛應用。內容屑絲錐加工大孔徑高精度盲孔有優勢，但只有少數廠家能訂制，價格十分昂貴，因此應用不廣。內冷式絲錐則需要機床冷卻系統的配合。要保證穩定的質量，必須選用適當精度的絲錐，合適的絲錐（包括絲錐的精度、結構、材料等）只是成功攻螺紋的必要條件。如果條件允許，攻螺紋前最好能進行試驗。試驗表明，選用絲錐中徑的下偏差φ27.02～φ27.04mm的絲錐加工該螺孔比較合適。

為了提高效率，攻螺紋時往往采用單支攻，但單支攻為保證合格的有效螺紋長度，往往要用短切削錐，而短切削錐往往易造成頭2～4個牙松，這是不合規格的。M30×2-6H螺孔是盲孔，材料42CrMoA又是合金鋼，切屑長而不斷，為了排屑，最好選擇螺旋槽絲錐或內容屑絲錐，為了排除牙松問題，并保證有合格的有效長度，頭攻選用了加長的5牙切削錐，二攻選用了1.5牙切削錐。在選用直槽絲錐多支攻時，因為排屑問題，如頭攻一次攻，經常崩刀。為方便去屑，頭攻分兩次攻，可解決崩刀問題。而二攻如亦分兩次攻，則可能牙松，二攻只能一次攻，因此經過試驗，頭攻分兩次攻，二攻一次攻可解決排屑問題，而螺紋松緊亦合適。另外在絲錐的角度方面，加長切削錐、減少前角、加大螺紋部圓周刀寬、調整切削錐長的鏟背角都有利于解決螺紋松問題。基于以上分析絲錐選用了攻螺紋特性較好的YAMAWA直槽絲錐(z=4)完成螺紋孔加工；選用不但能滿足功能要求、并且性價比較高的大錐度和外轉內冷卻刀柄、日研攻螺紋刀柄和攻螺紋夾頭(具備過扭矩保護結構)。

（3）切削液 合理使用切削液，對提高刀具壽命和加工表面質量、加工精度起著重要作用。對于這樣的螺紋孔加工，必須保證切削液到達切削刃，以減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度。為改進切削液的流量，可對絲錐進行改進，如在絲錐的刃背上開冷卻槽。

（4）機床精度 機床精度也是影響加工質量的因素之一，包括幾何精度和運動精度。該工件的螺孔雖然不多，但是螺紋孔尺寸精度和軸線垂直度要求較高，因此必須考慮機床重復定位精度對加工質量的影響。在鉆孔及攻螺紋的路線上也應考慮反向間隙的影響。在加工該螺紋的時候由于機床定位精度不是非常好，采用了一步到位的做法。即將機床停留在某一螺紋孔位置上，直到將該螺紋底孔及螺紋孔切削完成后，才移動機床主軸再加工下一個螺紋孔。加工路線也采用在同一方向先加工，再返回的路線。

3.切削用量

由于材料42CrMoA是合金鋼，具有較大的彈性和變形特性，需要采用相對較小的切削速度，合適的圓周切削速度為20～50mm/min。如果采用更小的速度，會導致工件的冷作硬化。另外，也應避免刀具破損而導致切削熱。切削用量：鉆螺紋底孔（AMC鉆）：轉速500r/min，進給速度120mm/min；攻螺紋：轉速20r/min，進給速度40mm/min。

4.結語

實踐證明，對于圖1螺紋孔的加工采用直接鉆出φ27.9mm螺紋底孔→攻螺紋（2支組機攻M30×2-6H螺紋孔）的工藝方式，比以往預鉆（φ23mm螺紋底孔）→擴孔（φ26.8mm螺紋底孔）→鏜（2次到螺紋φ27.6mm底孔）→攻螺紋的工藝相比，無論是加工質量還是生產效率都有了顯著的提高。