擠壓絲錐在深孔螺紋加工中的應用

襄陽福達東康曲軸有限公司 湖北襄陽 441000

1 序言

在深孔螺紋加工過程中，切削絲錐（見圖1）如果遇到冷卻不好或排屑不暢，會造成早期磨損、崩刃、斷裂等問題。擠壓絲錐（見圖2）作為近些年發展起來的一種絲錐類型，相對切削絲錐，其壽命、效率、成本及加工質量等方面都有優勢。

圖1 切削絲錐

圖2 擠壓絲錐

2 優勢

2.1 壽命優勢

公司某產品上有6個深度70mm的盲孔，需要加工內螺紋。以往一直使用加長的切削絲錐，加工過程中絲錐壽命短、更換頻繁，絲錐異常失效的情況也時有發生。通過各種改進方法，切削絲錐的壽命得到了提升，但還是不能達到預期的目標。為此，嘗試用擠壓絲錐替代切削絲錐。

擠壓絲錐選用國內外知名品牌，分批進行了試驗。通過試驗發現，擠壓絲錐在壽命上明顯優于切削絲錐，提升的效果呈幾何倍數，有幾款擠壓絲錐的壽命相對切削絲錐提升了40倍以上。

擠壓絲錐在前端參與擠壓的刃部磨損后，相鄰的校正齒參與擠壓。這時，擠壓絲錐參與擠壓的刃增加1個，加工的螺紋依舊是完整的螺紋，只是有效螺紋深度略有減少，其失效形式以螺紋變小為主。擠壓絲錐刃部出現小的缺損，不影響后續的使用，如圖3所示，可以繼續使用至出現螺紋變小。擠壓絲錐螺紋變小之前，往往伴隨著機床的轉矩劇烈變大，加工出現異響等現象，可以及時發現。

圖3 擠壓絲錐刃部缺損

2.2 效率優勢

擠壓絲錐在使用過程中，由于壽命提升，換刀頻次急劇下降。以往切削絲錐需要每天更換數次，而擠壓絲錐數天才更換1次，效率明顯提升。另一方面，擠壓絲錐的加工轉速相對切削絲錐的轉速高，生產效率明顯提高。經過實踐，鉆孔、鉸孔、倒角及攻螺紋一體的加工中心上，機加工時間縮短了14%，這意味著該工序的產能提升了14%。

2.3 成本優勢

同規格的擠壓絲錐的單價一般明顯高于切削絲錐。由于部分擠壓絲錐的壽命顯著高于切削絲錐，核算單件成本后，擠壓絲錐的單件成本相對切削絲錐下降≥50%。當然，應用場合不同，成本優勢也不一樣。

在易加工的工況上，切削絲錐可以將成本下降到很低的級數，擠壓絲錐在這種情況下無法做到。但是，在難加工工況下，比如深孔螺紋、盲孔螺紋或者高黏性材料的加工，擠壓絲錐的成本優勢比較明顯。

2.4 加工質量優勢

擠壓螺紋的強度高，據相關刀具廠家提供的數據，相對切削螺紋強度≥20%。強度提升是由于材料擠壓后產生塑性變形而形成螺紋，螺紋的材質更加致密，螺紋表面在擠壓過程中出現冷作硬化，表面強度提升。目前各大主機廠也漸漸認識到擠壓螺紋的強度優勢，在新產品要求上也推薦選擇擠壓螺紋。

擠壓螺紋為無屑加工，杜絕了切削深孔、盲孔螺紋后，殘留切屑，導致裝配過程中螺栓與螺紋咬合，對螺紋造成破壞的問題。另外，加工過程中，擠壓絲錐出現崩牙后，不會造成工件爛牙。

3 局限性

3.1 設備精度要求高，轉矩要求大

擠壓絲錐只能使用剛性夾持刀柄，如果設備精度差，絲錐與底孔不同心，會造成一側螺紋牙頂高過大，一側牙頂高不足，導致螺栓與牙頂高不足的一側干涉，無法裝配。

從目前觀察設備轉矩監控數據來看，M12×1.25mm擠壓絲錐的轉矩相對切削絲錐要＞50%，但要明顯小于鉆孔的轉矩，一般設備即可滿足該擠壓絲錐的轉矩要求。但是，對螺距較大的擠壓絲錐，如M16×1.5mm的擠壓絲錐，就出現過主軸電動機過載報警的問題。所以，在嘗試擠壓絲錐之前，首先要對設備的轉矩是否符合要求進行驗證。

3.2 無法返工

擠壓絲錐未完全加工的螺紋，如深度不夠，中途斷絲錐，后續無法通過人工手動返工。通過設備返工，存在機床重復裝夾定位，螺紋軌跡不重合造成絲錐擠壓量過大，絲錐斷裂、螺紋孔爛牙等一系列的問題。一旦出現螺紋深度不夠，工件只能報廢。所以，擠壓絲錐加工完成的首件必須要仔細測量，防止出現批量報廢。

3.3 不能加工脆性材料

擠壓絲錐的原理是利用材料的塑性變形形成螺紋，脆性材料無法加工。

3.4 只適合加工螺距＜3mm的螺紋

材料的變形量有限，如果加工螺距＞3mm的螺紋，首先可能造成材料內部撕裂，其次擠壓大螺距的螺紋，需要的轉矩一般設備難以提供。

3.5 對底孔鉆頭的選擇比較嚴格

目前很多刀具廠家推薦用擠壓絲錐加工鋼件時，底孔鉆頭直徑見公式（1）：

式中，d0為螺紋公稱直徑（m m）；P為螺距（mm）。

根據試驗驗證，這個公式并不完全適用，公司在48MnV鍛鋼材料上，計算的底孔直徑見公式（2），在擠壓螺紋形成后，最接近切削絲錐加工后的幾何尺寸。因此，底孔直徑的選擇要根據工件的材料來適當的進行調整。

式中，d0為螺紋公稱直徑（m m）；P為螺距（mm）。

在加工過程中，發現加工的底孔直徑公差范圍不能超過±0.05mm，否則會造成牙高不符合要求。底孔過大會導致牙頂高不夠，底孔過小會導致牙頂高過高，牙頂的月牙形態形成反包趨勢如圖4所示，甚至完全封閉。相對而言，底孔過大的危害要較小，對加工質量的影響僅僅是牙頂高不夠；底孔過小的危害較大，會造成絲錐與工件的摩擦力劇增，甚至干涉，最終造成絲錐斷裂，且牙頂高過高，會造成工件在檢測時，螺紋塞規無法通過。

圖4 牙頂出現反包趨勢

4 結束語

擠壓絲錐作為新發展起來的一種絲錐類型，在深孔、盲孔及高黏性材料的小螺距螺紋加工中具有明顯的成本、質量優勢。通過對擠壓絲錐應用的分析和試驗，總結出擠壓絲錐的優勢和局限性，給制造業選用擠壓絲錐提供了參考，也為擠壓絲錐的廣泛應用提供了依據。