引言

      對鈦合金這種特殊材（cái）料零件進行內螺紋加工是比較困難（nán）的。鈦合金是高強度耐熱合金, 它的切削加工性很差, 而螺孔攻（gōng）絲就更為困難。因此在一個鈦合金零件上進行鑽孔攻絲是非常具（jù）有挑戰性的。如果在一個接近完工的零件上, 由於絲錐破損產生的刮削作用而導致零（líng）件報廢, 這會造（zào）成很大的浪費。

      鈦合金的工藝特點是被加工出的新生表麵有（yǒu）很高的化學（xué）活性, 很容易和氧、碳、氮生（shēng）成一層很深的冷（lěng）作硬化層; 它又很容易和絲錐表（biǎo）麵結合（hé）成牢固的（de）金屬化合物, 使絲錐產生粘接（jiē）磨損。攻絲時, 冷卻、潤滑和排屑條件（jiàn）比其它切削加工（gōng）更差一些。因此, 要求使（shǐ）用很好的刀具和攻絲技術及工藝。

      如果用一般碳鋼絲錐加工（gōng）, 切屑厚度薄, 切削在強（qiáng）度和硬度都高的冷作硬化層內進行, 有時絲錐隻攻（gōng）4～5 個螺孔, 切削刃後麵就被磨鈍或產生崩刃和折斷。而且切屑和孔壁、絲錐之間發生強烈的摩擦, 有尖銳的吱叫聲, 加工粗糙度差, 所以鈦合（hé）金攻絲是一道困難的加工工序（xù）。

      1 刀具

      鈦合金攻絲可以采用設計專用絲錐、也可對通用絲錐進行修磨改（gǎi）進或選用合適材料製成的絲錐。

      專用絲錐的（de）設計

      專用絲錐通常設計成錯齒絲錐, 攻絲時, 如圖1所示。作用於內螺紋齒側（cè）麵上的法（fǎ）向力N易使工件產生（shēng）很大的擠壓變形, 因而摩擦加大, 會使（shǐ）攻出的工件螺紋表麵不光潔且易使絲（sī）錐損壞和卡死。為了克服上述的缺點, 如圖1b 所（suǒ）示, 可把刀齒作成交錯排列的錯齒絲錐,將絲錐刃瓣上的刀（dāo）齒每隔一（yī）個（gè）去（qù）掉一齒, 這樣絲錐（zhuī）與工件之間（jiān）形成單麵接觸, 摩擦減少, 轉矩下降, 不但（dàn）可（kě）提高內（nèi）螺紋的加工質量, 而且可防止絲錐損壞和卡死。

      錯齒絲錐(圖1b) 的（de）主（zhǔ）要優（yōu）點（diǎn）, 就（jiù）是（shì）將一（yī）般絲錐的奇數切削齒去掉（diào）, 餘下的（de）偶數切（qiē）削齒在攻絲時切削厚度就會（huì）比（bǐ）未去掉切（qiē）削齒的絲錐增（zēng）加一倍（bèi）, 並將大於冷作硬（yìng）化層（céng）深度（dù）, 絲錐每（měi）個齒的切削力雖因切削厚度增（zēng）加（jiā）一（yī）倍而增加, 但切（qiē）削齒減少一半, 且切削條件有所改（gǎi）善, 排屑相對比較容易, 所以總（zǒng）切削力和切削扭矩將會下（xià）降。

      設計（jì）錯齒絲錐時應（yīng）注意以下幾點: (1) 錯（cuò）齒絲錐在各個刃瓣上（shàng）刀齒所切除的切削層（céng）厚度均不相同（tóng）, 因而（ér）它們的（de）磨損也不同。若絲錐的（de）刃瓣數為Z, 從切去刀齒的第一個刃瓣開始, 沿其螺紋上（shàng）升算（suàn）起, 其刀（dāo）齒切下的切削層厚度是其他（tā）各個刃瓣刀齒上切下切削層厚度的 (Z- i)倍, 式中i為刃瓣序（xù）號（hào）, 這將對絲錐使用性能產（chǎn）生不利（lì）影響。為了（le）提高（gāo）絲錐的切削性能, 如圖2所示, 可將絲錐切削錐部分刀齒（chǐ）上的外徑降低一個數（shù）值ei, 其值為:

      式中: i———沿螺（luó）紋線從切去刀齒的第一（yī）個刃瓣開始的絲錐刃瓣序號; Z———絲錐刃瓣數; P———螺距; Kr———絲錐切削錐部分的偏角; aZ———絲錐頂刃刀齒切除的切削層（céng）厚度。

      若絲錐的刃瓣（bàn）數Z=4, 根據上麵公式（shì）計算可知: 第（dì）三個刃瓣刀齒上減小量為e3=aZ, 第二個刃（rèn）瓣上刀齒的減小量e2=2aZ, 而在第一個（gè）刃瓣上刀齒的減小量則為（wéi）e1=3aZ。這樣, 就（jiù）能使（shǐ）各個刃瓣（bàn）上刀（dāo）齒所切除的切削層厚度都修（xiū）正為2aZ (見圖3), 從而減少了各個刃瓣上切削力的差值, 故可提高被切螺（luó）紋的精度和絲（sī）錐的耐用度。

      (2) 錯（cuò）齒絲錐的齒槽數應為奇數, 如為偶數, 則會發生去掉的齒刃將在同一側出現的情（qíng）況。如按其它排列方式去齒刃, 又會出現切削齒切削厚度增加一倍以（yǐ）上（shàng）的情況, 使齒刃（rèn）受力過大。(3) 攻盲孔用的絲錐, 切削部（bù）分應較短, 這時每齒的切（qiē）削（xuē）厚度已足夠大, 隻（zhī）需在校準部分製成錯（cuò）齒, 這樣既可減少加工麵上因塑性變形回彈麵產生的摩（mó）擦力, 又可校正螺紋型麵（miàn）。錯齒絲錐適用於鈦合金等材料上攻絲, 它不僅可使（shǐ）攻絲過（guò）程進行得（dé）更為平穩（wěn）, 提高被切螺紋的精（jīng）度, 而且能使絲錐的耐用度（dù）提高一倍左右。此外, 螺旋槽絲錐對切削力、切削扭矩的均勻分布有較大改善, 但因設計和製造較複雜（zá）,一般不采用。

      絲（sī）錐應有較大的齒形鏟背量和倒錐度以（yǐ）防卡死絲錐螺紋中徑應大於一般設計時（shí）選用的中徑, 要接近公差上限, 以增加使（shǐ）用壽命（mìng）。對於螺距大於1.5mm 以上的絲錐, 其校準部分的螺紋中徑和內徑要有倒錐度, 一般為（wéi）100 ∶0.1, 以減少摩擦力和（hé）扭矩。絲錐切削刃後麵的型麵須經過（guò）鏟背。齒槽應經過拋光。絲錐的前（qián）錐端長度為直徑的1.5 倍。盲孔螺紋的絲錐應為二錐或三錐一套的絲錐二錐一套的負荷分配: 頭錐75%; 二錐25%。三錐一套的負荷分配: 頭錐50%; 二錐35%; 三錐15%。攻通孔螺紋的絲錐可設計成串聯式（shì）(圖4), 粗（cū）錐中徑（jìng）較小,起（qǐ）粗加工作用, 精錐起精加工作用並校（xiào）準螺紋紋型麵。 (1) 絲錐材料選用高鉬係高速鋼材料, 如W2Mo9Cr4V2鋼。(2) 為防（fáng）止切削時產（chǎn）生的高化（huà）學（xué）活（huó）性的新生表麵和絲（sī）錐粘合, 使絲錐表麵形成一層堅固的耐磨膜, 應對絲錐表麵進行氰化(或氮化)處理。

      1.4 通（tōng）用絲錐的修磨

      采用以下方法, 既可在加工中便於排屑又可（kě）減少刀具的摩擦發熱（rè）。(1) 將絲錐尾部磨掉（diào）一些(圖5)。(2) 在絲錐刃齒上磨出（chū）軸向的槽溝(圖6)。(3) 如攻通孔螺紋,則可將絲錐前端切削部分（fèn）磨出α角, 使切屑向待加工麵方向排出(圖7)。(4) 將絲錐前端麵處加工出切削（xuē）刃（rèn）,像端銑刀（dāo）齒（chǐ）底一樣, 這樣可防止切屑在孔的底端頂住絲錐(圖8)。(5) 齒槽為偶數的絲錐, 製造和檢查都比較方便。這時可將切削齒的側（cè）刃一左一右的磨（mó）去（qù）0.02～0.05 mm(圖9), 側麵有了間隙, 就可減少絲錐承受的擠壓（yā）力和降低表麵粗糙度。

      2 選用合適材料製作（zuò）絲錐

      在鈦合金這種難加（jiā）工材料上攻絲, 是一件（jiàn）既費工又費錢的事。在難加工（gōng）材料上攻絲的主要困難, 是由於切削時產生的熱量和工件材料的收縮包住了（le）刀具（jù）。鈦合金在這（zhè）方麵表現得最為明顯。

      因此在這種材料上攻（gōng）絲時, 絲錐基體的（de）強度很重要。由於工（gōng）件的硬度和強度（dù）高, 常使絲（sī）錐牙（yá）頂很快磨鈍（dùn）。這種情況下, 推薦采用高性能高速鋼絲錐, 它們具有較高的韌性、紅硬性（xìng）以及抗（kàng）變形和抗磨損（sǔn）性能。

      采（cǎi）用（yòng）高速鋼絲（sī）錐攻絲和（hé）硬質合金絲（sī）錐對螺孔進行手工校正, 在國外使用較多。首（shǒu）先用硬質合金刀具（jù）鑽孔, 由於工件材料太硬, 而硬質（zhì）合金絲錐對加工條（tiáo）件的寬容度較小, 所以不宜采用硬質（zhì）合金絲錐對鈦（tài）合金進行直接攻絲。在使用高速鋼（gāng）絲錐攻絲之後（hòu）, 用硬質（zhì）合金絲錐對螺孔進行手工校正。隨著（zhe）新型刀具材料的不斷產生, 采用合適材料的絲錐加工鈦合金內螺紋會取得良好的效果。需（xū）要考（kǎo）慮的是成本問題, 一般新型材料的（de）刀具（jù）成本（běn）較高。

      3 工藝

      鈦合金的切削加工特點（diǎn）: 切屑變形小、切屑溫度高、切削力不大、加工（gōng）硬化（huà）嚴重、刀具易磨損。在切削時若溫度（dù）過高, 鈦（tài）吸（xī）收大氣中的氧、氮（dàn）而形成硬而脆的外皮, 產生嚴重加工硬化現象。因此切削鈦時應選用較低的切削速度（dù）、較大的切（qiē）削深（shēn）度和進給量, 並應進行良好的冷卻。絲錐（zhuī）中有限切屑溝和鈦合金的嚴重粘著作用會導致（zhì）螺紋加工情況惡化（huà）, 同時易導致絲（sī）錐斷裂。因而在設計絲孔時應避免盲孔和過長的通孔, 同時應放鬆配合等公差級。

      3.1 增（zēng）大攻絲前孔的直徑

      合適的螺紋底孔對於螺紋加（jiā）工是十分重要的。一個尺寸稍（shāo）大的螺紋底孔能（néng）有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力（lì）。但它也會減小螺紋的接觸率。(1)由於鈦合金材料強度高, 用鑽頭鑽（zuàn）底孔時（shí）, 其孔徑和鑽頭直（zhí）徑幾乎相等。因此, 鑽（zuàn）頭直徑（jìng）要選用（yòng）比一般（bān）鑽孔時大0.05～0.1 mm, 使底孔（kǒng）的直徑接近於螺紋內（nèi）徑的上限。螺紋底孔的直徑增量主要取決於所（suǒ）要求的螺紋接觸率和每英寸（cùn）的螺紋頭數。根據上述兩（liǎng）值, 利用經驗公式可計算出正確的（de）螺紋底孔直徑。(2)從工藝加工角度, 要求（qiú）零件設計圖中的螺紋內徑能夠適當加大, 使螺紋（wén）工作牙高減小到理論牙高的60%～70%。這樣, 一般並不影（yǐng）響螺紋連接（jiē）強度和使用（yòng）, 但卻可減少加工時切（qiē）削扭矩的1/4以上。加工深孔螺紋時, 底孔要更（gèng）大。國家標準（zhǔn）規定: 在深孔中, 允許在孔壁（bì）上（shàng）隻攻出螺紋全高的（de）50%, 這對（duì）特殊材料和難加工材料的小孔（kǒng）攻絲時尤其重要。雖然孔壁上螺紋高（gāo）度的減少導致螺紋接觸率下（xià）降, 但由於螺紋長度的增加, 仍可保持螺紋可（kě）靠的（de）連（lián）接（jiē）。(3)采（cǎi）用機攻時的（de）工藝措施以防（fáng）止過載絲錐折（shé）斷:加工重要零（líng）件（jiàn）上的螺孔時, 應設計（jì）專用防過載的攻絲夾頭防（fáng）止絲錐折斷, 否則（zé）很（hěn）難從（cóng）鈦合金工件中取出。

      3.2 控製切削速度

      由於鈦合金具有較大的彈性和（hé）變形率, 因此需要采取相對較小的切削速度。在加工鈦合金零（líng）件的小孔時, 推薦采用的圓周切（qiē）削速度為200~300 mm /min。我們（men）不推（tuī）薦（jiàn）采用更小的（de）速度, 因（yīn）為（wéi）那樣會（huì）導致工件的冷作硬化。另外, 也需注意刀具破損而導致切削過熱（rè）。

      3.3 使用專用夾頭

      機攻絲錐須有專用夾頭（tóu）, 對盲孔螺紋的機攻需先攻至距孔底2～3 扣處再用（yòng）手攻。設計鈦合金零件上的內螺（luó）紋時, 螺紋尾扣長度（dù）不應少於4扣, 要比一般標準尾扣長些。如有可能, 則最（zuì）好將尾扣設計成退刀槽（cáo）形式, 使絲（sī）錐攻到底時切屑容（róng）易排出又不會造成崩刃。

      3.4 考慮刀具的幾何尺寸

       (1)前角和後角。小（xiǎo）前角可（kě）提高切削刃強度, 從而增加刀具壽命; 而大前角有（yǒu）利於切削長切屑的金屬（shǔ）。因此在對鈦合金加工時, 需綜合考慮這兩（liǎng）個方麵的因素, 選用合適的前角。大後角可以減小刀具（jù）和切屑之間的摩擦。因此有時要求絲錐後角（jiǎo）為40°。在加工鈦合金金屬時, 在絲錐上磨出大後角, 有利於（yú）排（pái）屑。另外, 全（quán）磨製絲錐和刃（rèn）背鏟磨的絲錐也有利於攻（gōng）絲。(2)容屑（xiè）槽。在深孔攻絲時, 需減少絲錐槽數, 使每個槽的容屑空間增大。這樣, 當絲錐退刀時, 可以帶走更多的鐵屑, 減小由於鐵屑堵塞而造成刀具破損的機會。但另一方麵, 絲錐容屑槽（cáo）的加大使得（dé）芯部直徑減小, 絲錐強度受到影響, 也影響切削速（sù）度。螺旋槽絲錐（zhuī）比直槽絲錐（zhuī）更易排屑。

      3.5 冷（lěng）卻液（yè）的選擇和使（shǐ）用（yòng）

      冷（lěng）卻液應選（xuǎn）用高活性的以潤滑為主的混（hún）合液（yè）, 冷卻（què）絲錐, 防止（zhǐ）絲錐和切屑的粘接。因（yīn）此我們選用了工業豆（dòu）油和煤油的（de）混（hún）合液（yè）, 用15%油（yóu）酸、60%硫化油和25%煤油的（de）混合液, 用加氯的（de）硫化冷卻液或（huò）F43切削油, 都取得了較好的效果。

      加工鈦（tài）合金時, 必須保證切削液到達切削刃。為改進冷卻液（yè）的流（liú）量, 推薦在絲錐的刃背上開冷卻槽。如果直徑足夠大的（de）話, 可考慮（lǜ）采用內（nèi）冷卻絲錐, 也可在絲（sī）錐上開多個油槽。為了幫助冷卻液輸送, 國外（wài）還經常采用特殊的潤滑塗層。