小孔螺紋銑削在超高強(qiáng)度鋼加工中的應(yīng)用

發(fā)布日期：2012-11-18    蘭生客服中心    瀏覽：2374

 

螺紋銑削是當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)中比較流行的一種螺紋加工方法。它是采用數(shù)控機(jī)床的螺旋插補(bǔ)功能進(jìn)行螺紋加工的一種新方法。與傳統(tǒng)的采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣比較主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①同一把螺紋銑刀可以加工螺距相同直徑不同的左旋螺紋或右旋螺紋；②同一把螺紋銑刀可以通過(guò)修改刀具半徑補(bǔ)償值，將螺紋加工到任意公差帶；③由于螺紋銑刀沒(méi)有導(dǎo)向部分，因此無(wú)需退刀槽或過(guò)渡扣即可靠近螺紋底部加工出精確深度的螺紋；④刀具折斷或破損不會(huì)影響零件質(zhì)量——刀具破損的部分可以很容易地從工件中取出。
隨著數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)的廣泛普及，這種螺紋加工方法在國(guó)內(nèi)也逐步被采納和應(yīng)用。但也僅限于大直徑螺紋的加工，小直徑螺紋特別是內(nèi)螺紋的加工，少有采用螺紋銑削的。小孔螺紋加工一般采用絲錐攻制，但在某些超高強(qiáng)度鋼上進(jìn)行小孔螺紋加工時(shí)，采用絲錐幾乎無(wú)法完成加工。因?yàn)榻z錐攻制螺紋時(shí)，必須有足夠的扭力，在某些超高強(qiáng)度鋼上攻制螺紋時(shí)，絲錐是無(wú)法承受要完成螺紋加工所施加的扭力的。尤其是在材料硬度也極高的情況下，絲錐也極易磨損。一旦絲錐稍有磨損，攻制時(shí)的扭力也急劇增大，這也更加快了絲錐的磨損，如此惡性循環(huán)，最終將導(dǎo)致絲錐的折斷。
利用螺紋銑削的諸多優(yōu)點(diǎn)，在加工某超高強(qiáng)度鋼壓力容器法蘭連接處的螺紋孔時(shí)，采用了螺紋銑削方法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。下面就這一過(guò)程及工藝方法作簡(jiǎn)要介紹。

1 零件的特點(diǎn)及加工難點(diǎn)


零件為一大型壓力容器，要在其法蘭連接處端面一周加工60-M16×1.5-6H(均布)的盲孔螺紋。材料抗拉強(qiáng)度1,800MPa、硬度52HRC，屬極難加工材料。此類材料不僅強(qiáng)度高，而且硬度也極高。開始采用絲錐攻制，僅采用進(jìn)口的整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層的絲錐，才能勉強(qiáng)進(jìn)行加工。但此種絲錐價(jià)格極其昂貴(2,500元/支)，而且壽命也不高(僅為20孔/支)，更主要的是加工過(guò)程中絲錐經(jīng)常折斷，取出困難，而且取出時(shí)，易損傷螺紋，影響產(chǎn)品質(zhì)量。








圖1

2 刀具選擇


刀具選擇應(yīng)以滿足加工要求、提高刀具壽命和加工效率為原則。①刀具幾何尺寸：總長(zhǎng)70mm ，直徑D2=Ø14mm。刀具長(zhǎng)度在考慮夾持部分和切削部分后，刀具懸伸應(yīng)盡量短，刀具直徑應(yīng)盡量大，比螺紋底孔略小即可，以增加刀具的剛性，減小加工過(guò)程中的振動(dòng)；②刀具材質(zhì)：整體硬質(zhì)合金帶TiAlN涂層。這種刀具不僅有優(yōu)良的耐磨性，而且有較高的強(qiáng)度，適合于加工強(qiáng)度、硬度均極高的材料；③刀具齒數(shù)：Z=6齒。齒數(shù)越多，進(jìn)給量越大，提高加工效率。

3 加工方法及參數(shù)選擇



  1. 走刀方式：如圖1所示，采用了螺旋進(jìn)刀，即刀具在X、Y平面順(逆)時(shí)針旋轉(zhuǎn)半個(gè)圓弧，Z方向上升或下降0.5個(gè)螺距。這樣以減小進(jìn)刀時(shí)的振動(dòng)，提高刀具壽命和螺紋表面質(zhì)量，并使加工出的螺紋有半扣平滑過(guò)渡的螺紋收尾。

  2. 進(jìn)給方式：徑向進(jìn)給分3個(gè)切深完成，并借鑒螺紋車削中的側(cè)向進(jìn)刀方式，如圖2所示。以充分減小加工中的徑向力，避免振動(dòng)，提高刀具壽命。要注意的是，第1 、2兩次切深的加工中，其相對(duì)于第3次切深位置的軸向偏移量t1、t2要通過(guò)計(jì)算確定，確保其不要位于螺紋輪廓之外，而造成螺紋過(guò)切。這里取t1=0.10，t2=0.05。







    圖2


  3. 冷卻方式：內(nèi)冷。由于是盲孔，采用內(nèi)冷可充分冷卻的同時(shí)，帶走鐵屑。

  4. 切削參數(shù)選擇：切削速度Vc=81m/min，則轉(zhuǎn)速N=1000 Vc/(D2×p)=1000×81/(14×3.14)=1842r/min；進(jìn)給速度f(wàn)z=0.075mm/Z ，則銑刀切削刃處進(jìn)給速度為F1=fz×N×Z=0.075×6×1842=828mm/min，編程時(shí)應(yīng)給定銑刀中心進(jìn)給速度F2=F1(D0-D2)/D0=828×(16-14)/16=103mm/min。另外為避免切進(jìn)時(shí)的振動(dòng)，每次以半圓弧切進(jìn)時(shí)，其進(jìn)給取F2=50 mm/min。


4 程序編制


根據(jù)所確定的加工方法及參數(shù)，可編制程序如下，數(shù)控系統(tǒng)為西門子840D。該程序僅作為加工一個(gè)螺紋孔的子程序。

G90 G17

S1842 M3

G0 X0.000 Y0.000 Z2.000

G91

G0 Z-18.750

(第1切深加工)

 Z-0.10 (軸向偏移t1)

G41 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G3 X0.000 Y-14.815 Z0.750 I0.000 J-7.408 F50

 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J7.815 F103

 G3 X0.000 Y14.685 Z0.750 I0.000 J7.408

G40 G1 X0.000 Y-7.000

(第2切深加工)

 Z0.15 (軸向偏移t2)

G42 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G2 X0.000 Y-14.9 Z-0.750 I0.000 J-7.45 F50

 G2 X0.000 Y0.000 Z-1.500 I0.000 J7.9 F10

 G2 X0.000 Y14.865 Z-0.750 I0.000 J7.45

G40 G1 X0.000 Y-7.000

(第3切深加工)

 Z-0.05 (取消偏移)

G41 G1 X0.000 Y7.000 F828

 G3 X0.000 Y-15.000 Z0.750 I0.000 J-7.500 F50

 G3 X0.000 Y0.000 Z1.500 I0.000 J8.000 F103

 G3 X0.000 Y15.000 Z0.750 I0000 J7.500

G40 G1 X0.000 Y-7.000

G0 Z15.750

G90

5 結(jié)語(yǔ)


采用螺紋銑削加工該零件后，不僅刀具成本大大降低(每支銑刀可加工180孔，每支銑刀價(jià)格為4,500元)，而且加工效率也有提高，加工耗時(shí)由絲錐加工時(shí)的605s/孔降低至30s/孔，更為關(guān)鍵的是避免了因絲錐折斷而引起的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

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