引言

      對鈦合金這種特殊材料零件進行（háng）內螺紋加工是比較困難的。鈦合金是高（gāo）強度耐熱合金, 它的切削（xuē）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（shì）非（fēi）常具有挑（tiāo）戰性（xìng）的。如果在一個接近完工的零件上, 由於絲錐破損（sǔn）產生的刮削作用而導致零（líng）件報廢（fèi）, 這會造成很大的浪費。

      鈦合金的工藝特點是被加工出的（de）新生表麵有很高的（de）化學活性, 很容易和氧、碳、氮生成一層很深的冷作硬化層; 它又（yòu）很容易和（hé）絲錐（zhuī）表麵結合成牢固的金屬化合物, 使絲錐產生粘接磨（mó）損。攻絲時, 冷卻、潤滑和排屑（xiè）條（tiáo）件比其它切削加工更差一些。因此（cǐ）, 要求使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, 切（qiē）屑厚度薄, 切削在強度和硬（yìng）度都高的冷作硬化層內（nèi）進行, 有時（shí）絲錐隻攻4～5 個螺孔, 切削刃後麵就被磨鈍或產生崩刃和折（shé）斷。而且切屑和孔壁、絲錐之間（jiān）發（fā）生強烈的摩（mó）擦, 有尖銳的吱叫聲, 加工粗糙度差, 所以鈦合金攻絲是一道（dào）困難的加工工序。

      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進或選用合適材料製成的絲（sī）錐。

      專用絲錐的設計

      專用（yòng）絲（sī）錐通常設計（jì）成錯齒絲錐, 攻絲時, 如圖1所示（shì）。作用（yòng）於內螺紋齒側麵上的法向力N易使工件產生很大（dà）的（de）擠壓變形, 因而摩擦（cā）加大, 會使（shǐ）攻出的（de）工件（jiàn）螺紋表麵（miàn）不光潔且易使（shǐ）絲錐損壞和卡死。為了（le）克服上述的缺點, 如圖1b 所示, 可把（bǎ）刀齒作成交錯排列的錯齒（chǐ）絲錐,將絲錐刃瓣上（shàng）的刀齒每隔一個（gè）去掉一齒, 這樣絲錐（zhuī）與工件之間形成單麵接觸（chù）, 摩擦減少, 轉矩下降, 不但可提（tí）高內螺紋的加工質量, 而且可防止絲錐損壞和卡死。

      錯齒（chǐ）絲錐(圖1b) 的主要優（yōu）點, 就是將一（yī）般絲錐的奇數切削（xuē）齒去掉（diào）, 餘下的偶數切削齒在攻絲時切削厚度就會比未去掉（diào）切削齒的絲錐（zhuī）增加一倍, 並將大於冷作硬化層深度, 絲錐每（měi）個（gè）齒（chǐ）的（de）切削力雖因切削厚（hòu）度增加一倍而（ér）增加, 但（dàn）切削齒減少一半（bàn）, 且切削條件有所改善（shàn）, 排屑相對比較容易, 所以總切削力和切削扭矩將會下降。

      設計錯齒絲錐時（shí）應注意以下幾點: (1) 錯齒絲（sī）錐在各個刃瓣上刀齒所切（qiē）除的切削層厚度均不相同, 因而它們的磨損也不（bú）同。若絲錐的刃瓣數為Z, 從切去刀齒的第一個刃瓣開始, 沿其螺紋上升算起, 其刀齒切下的切削層厚度是其他各個刃瓣刀齒上切下切削層厚度的 (Z- i)倍, 式中i為刃瓣序號, 這將對絲錐使用性能產生不（bú）利影響。為（wéi）了提高絲錐的切削性能, 如圖2所示, 可將絲錐切削（xuē）錐部分（fèn）刀齒上的外徑降低一個數值ei, 其值為:

      式中: i———沿螺紋線從（cóng）切去刀齒的第一個刃瓣開始的絲錐刃瓣序號; Z———絲（sī）錐刃瓣數; P———螺距; Kr———絲錐切削錐部分的偏角; aZ———絲（sī）錐頂刃刀齒切除（chú）的切削（xuē）層厚度。

      若絲錐的刃瓣（bàn）數Z=4, 根據上麵公式計算可知: 第三個刃瓣刀齒上減小量為e3=aZ, 第二個刃瓣上刀齒的減小量e2=2aZ, 而（ér）在第一個刃瓣上刀（dāo）齒（chǐ）的減（jiǎn）小量則為e1=3aZ。這樣, 就能使（shǐ）各個刃瓣（bàn）上刀齒所（suǒ）切除（chú）的切削層厚度都修正為2aZ (見圖3), 從而減少了各個刃瓣上切削力的差值, 故可提（tí）高被切（qiē）螺紋的精度和絲錐的耐用度。

      (2) 錯齒絲錐的齒（chǐ）槽數應（yīng）為奇數, 如為偶數, 則會發生去掉的齒刃將在同一（yī）側出現（xiàn）的情況。如按其它排列方式去齒刃, 又會出現切削齒切（qiē）削厚度增加一（yī）倍以上的情況, 使齒刃（rèn）受力過大。(3) 攻盲孔用（yòng）的絲錐（zhuī）, 切削部分應較（jiào）短, 這時每齒的切（qiē）削厚度已（yǐ）足夠大, 隻需在校準部分製成錯齒, 這樣既可減少加工麵上（shàng）因塑性變形回彈麵產生的摩擦力, 又可校正（zhèng）螺紋型麵。錯（cuò）齒絲錐適用於鈦合金等材料上攻絲, 它不僅可使攻絲過（guò）程（chéng）進行得更為（wéi）平穩, 提高被切螺紋的精度, 而且能使絲錐的耐用度提（tí）高一（yī）倍左右。此外, 螺旋槽絲錐（zhuī）對切削力、切削扭矩的均勻分布有較大（dà）改善, 但因設計和製（zhì）造較複雜,一般不采用。

      絲錐應有較大的齒形鏟（chǎn）背量和倒錐（zhuī）度以（yǐ）防卡死絲錐螺紋中徑應大於一般設（shè）計時選用的中徑（jìng）, 要接近公差上限, 以增加使用壽命。對（duì）於（yú）螺距大於1.5mm 以上（shàng）的絲錐, 其校準部分的螺紋中徑和內徑要（yào）有倒錐度, 一般為100 ∶0.1, 以減少（shǎo）摩擦力和扭（niǔ）矩。絲錐切削刃後麵的（de）型麵須經過鏟背。齒槽應經過拋光。絲錐（zhuī）的前（qián）錐端長度為直徑的1.5 倍。盲孔（kǒng）螺紋的絲錐（zhuī）應為二錐或三錐一套的絲錐二錐一套（tào）的（de）負荷分配: 頭錐75%; 二錐25%。三錐一套的負荷分配: 頭錐（zhuī）50%; 二錐35%; 三錐15%。攻通孔螺紋（wén）的絲錐可設計成串（chuàn）聯（lián）式(圖4), 粗錐中徑較（jiào）小,起（qǐ）粗加工作用, 精錐起精加工作用並校準螺紋紋型麵。 (1) 絲錐材料選用高鉬係高速鋼材料, 如W2Mo9Cr4V2鋼。(2) 為防止切削時產生的高化學活性的新（xīn）生（shēng）表麵和絲錐粘合, 使絲錐（zhuī）表麵形成一層堅固的耐磨膜（mó）, 應對絲錐表麵進行（háng）氰化(或氮化)處理（lǐ）。

      1.4 通用絲錐的（de）修磨

      采用以下方法, 既可在加工中便於（yú）排屑（xiè）又（yòu）可減少刀具的摩擦發熱（rè）。(1) 將絲錐尾部磨掉一些(圖5)。(2) 在絲錐刃齒上磨出軸向的槽溝(圖6)。(3) 如攻通孔螺紋,則可將絲錐前（qián）端切削部分磨出α角, 使切屑向待加工麵（miàn）方向排出(圖7)。(4) 將絲錐前端麵處加（jiā）工出（chū）切削刃,像端銑刀（dāo）齒底（dǐ）一樣, 這（zhè）樣可防（fáng）止（zhǐ）切屑在孔（kǒng）的底端頂住絲錐(圖8)。(5) 齒槽為偶（ǒu）數（shù）的絲錐, 製造和檢查都比較方便（biàn）。這時可將切削齒的（de）側刃一左一右（yòu）的磨去0.02～0.05 mm(圖9), 側麵有了間隙, 就可減少絲錐承受的擠壓力和降低表麵粗糙度。

      2 選用合適材（cái）料製作絲錐

      在（zài）鈦合金這種難加工（gōng）材料上攻絲, 是一件既費工又費錢的事。在難加工材料上攻絲的主（zhǔ）要困難, 是由於（yú）切削（xuē）時產（chǎn）生的熱量和工（gōng）件材料的收縮包住了刀具。鈦合金在這方（fāng）麵表現得最為明顯。

      因此在這種材料上攻絲時, 絲錐基體的強度很重要。由於工件（jiàn）的硬度和強度高（gāo）, 常使絲錐牙頂（dǐng）很快磨鈍。這種（zhǒng）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（yìng）性以及抗變形和抗磨損性（xìng）能。

      采（cǎi）用高速鋼絲錐攻絲和硬質合金絲錐對螺孔進行手工校正, 在國外使用較多。首先用（yòng）硬質合金刀具鑽孔, 由於工件材料太硬, 而硬質合金絲錐對加工條件的寬容度較小, 所以不（bú）宜采用硬質合金絲錐對鈦（tài）合金進行直（zhí）接（jiē）攻絲。在（zài）使用高（gāo）速鋼絲錐攻絲之後, 用硬質合金絲錐對螺孔進行手工校正。隨著新型刀具材料的不斷產生, 采用合適材料（liào）的絲錐加工鈦合金內螺（luó）紋（wén）會取得良好的效果。需要考慮的是（shì）成本（běn）問題, 一般新型材料的刀具成本較高。

      3 工藝

      鈦合金的切削（xuē）加工特點: 切屑變形小、切屑（xiè）溫度高、切削力不大、加工硬化嚴重、刀具易磨損。在切削時若溫度過高, 鈦吸收大氣中的氧、氮而（ér）形成硬而脆（cuì）的外皮, 產生嚴重加工硬化現象。因此切削（xuē）鈦時應選用較低的切削速度（dù）、較大的切削深度（dù）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（de）嚴重粘著作用會導致螺紋（wén）加工情（qíng）況惡化, 同時易導致絲錐斷裂（liè）。因而在設計絲孔時應避免盲孔和過長的（de）通孔, 同時應（yīng）放鬆配（pèi）合等公差級。

      3.1 增大攻絲前孔的直（zhí）徑

      合適的螺紋底孔對於螺紋加（jiā）工是十分重要的。一個尺寸稍大的（de）螺紋（wén）底孔能有效降（jiàng）低攻絲過程中產生的切削熱和切削力。但它也會減小（xiǎo）螺紋的接觸率。(1)由（yóu）於鈦合（hé）金材料強（qiáng）度高, 用鑽頭（tóu）鑽底孔時, 其孔徑（jìng）和鑽頭直徑幾乎相等。因此, 鑽頭直徑要選用比一般鑽孔時大（dà）0.05～0.1 mm, 使底孔的直徑接近於螺紋內徑的上限。螺紋底孔的直徑（jìng）增量主要取決於所要求的螺紋接（jiē）觸率和每英寸的螺紋頭數。根據上述兩值, 利（lì）用經驗公式可計算出正確的螺紋底孔直徑。(2)從工藝加工角度, 要求零件設計圖（tú）中的螺紋內徑能夠適當加大, 使（shǐ）螺紋工作（zuò）牙高減小（xiǎo）到理論牙（yá）高的60%～70%。這樣, 一般並不（bú）影響螺紋連接強度和使用（yòng）, 但卻可減少（shǎo）加工時切（qiē）削扭矩的1/4以上。加工深孔（kǒng）螺紋時, 底孔要更大。國家標準規定: 在深孔中, 允（yǔn）許在（zài）孔壁上隻攻出螺紋全高的50%, 這對特殊材料和難加工材料的小孔攻絲時尤其重要。雖然孔壁上螺紋高度的減少導致螺（luó）紋接觸率下降, 但由於螺紋長度的增加, 仍（réng）可保持螺紋可（kě）靠的連接。(3)采用機攻（gōng）時的工藝措施以防（fáng）止過載絲錐折斷:加工重要零件上（shàng）的螺孔時, 應設計專用防（fáng）過載的攻絲（sī）夾頭防止絲錐折斷, 否則很難從鈦（tài）合金工件中取（qǔ）出。

      3.2 控製切削速度

      由於（yú）鈦合金具有較大的彈性和變形率, 因此需要采取相對較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時, 推薦采（cǎi）用的圓周切削速度為200~300 mm /min。我們（men）不推薦采用更小的速度, 因為那（nà）樣會導致工件的冷作硬化。另（lìng）外, 也（yě）需注意（yì）刀具破損而導致切削（xuē）過熱（rè）。

      3.3 使（shǐ）用專用夾頭

      機攻絲錐須有（yǒu）專用夾頭, 對盲孔螺紋的機攻需（xū）先攻至距孔底（dǐ）2～3 扣處再用手攻。設計鈦合金零件上的內（nèi）螺紋時, 螺紋尾扣長度不應少（shǎo）於4扣, 要比（bǐ）一般標準尾扣長些。如（rú）有可能, 則最好將尾扣設計成退刀槽形式, 使絲（sī）錐（zhuī）攻到底時切屑容易排出又不會造成崩刃。

      3.4 考慮刀（dāo）具的幾何尺寸

       (1)前角和後角。小前（qián）角可提高切削刃強度, 從而增加刀具壽命; 而（ér）大前角有利於（yú）切削長切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時, 需綜合考慮這兩個方麵的因素, 選用合適的前角。大後角可以減小刀具（jù）和切（qiē）屑之間的（de）摩擦。因此有時要求絲錐後角為40°。在加工鈦合金金屬時, 在絲（sī）錐上磨出大後角, 有利於（yú）排屑。另外, 全磨製（zhì）絲錐和刃背鏟磨的絲錐也（yě）有利於（yú）攻絲。(2)容屑槽。在深孔攻絲時, 需減少絲錐槽數, 使每（měi）個槽的容屑空間增大（dà）。這樣, 當絲錐退刀（dāo）時, 可以帶走（zǒu）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, 絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑（jìng）減小, 絲錐強度受到影響, 也影響切削速度（dù）。螺旋槽（cáo）絲錐比直槽絲錐更易排屑。

      3.5 冷卻（què）液的選擇和使用

      冷卻液應選用（yòng）高活性的以潤滑為主的混合液, 冷卻絲錐, 防止絲錐和切屑的粘接。因此我們選用了工業（yè）豆油和煤油的混合液, 用15%油酸（suān）、60%硫化油和25%煤油的混合液, 用加氯的硫化冷卻液或（huò）F43切削油, 都取得了較好的效果。

      加工鈦合金時, 必須保證切削液到達切削刃。為改進（jìn）冷卻液的流量, 推薦（jiàn）在絲錐的刃背上開冷卻（què）槽。如果直徑足夠大的話, 可（kě）考慮采用內冷卻絲錐, 也（yě）可在絲錐上開多個油槽。為了幫助冷卻液輸送, 國外（wài）還經常采用（yòng）特殊的潤滑塗層。