游新彥，張亦衡

（1.福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建福州 350001；2.常熟長(zhǎng)城軸承有限公司技術(shù)質(zhì)量部，江蘇常熟 215500）

鋁合金材質(zhì)大直徑內(nèi)螺紋銑削加工研究

游新彥1，張亦衡2

（1.福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建福州 350001；2.常熟長(zhǎng)城軸承有限公司技術(shù)質(zhì)量部，江蘇常熟 215500）

針對(duì)傳統(tǒng)加工工藝加工大直徑螺紋難度較高的現(xiàn)狀，結(jié)合某大直徑螺紋工件的特征和工藝特性，研制了專(zhuān)用螺紋銑刀，根據(jù)螺紋銑削工藝編制了螺紋數(shù)控銑削程序，獲得了良好的加工效果.

螺紋銑削；非標(biāo)刀具；刀具設(shè)計(jì)

螺紋的傳統(tǒng)加工工藝有車(chē)/鏜、攻絲/扳牙、擠絲等，數(shù)控加工中心能實(shí)現(xiàn)程序化的螺紋自動(dòng)攻絲.高精度和高效的螺紋銑削是近年來(lái)推廣使用的螺紋加工新工藝.螺紋銑削切屑控制流暢，加工表面質(zhì)量高且無(wú)鱗刺或切屑?xì)埩簦ば蚝筇幚砗?jiǎn)便.螺紋銑刀損壞時(shí)便于取出，更換同型號(hào)刀具后仍可完成加工，避免工件報(bào)廢.單刃尖螺紋銑刀還可加工不同螺距和不同旋向的內(nèi)外螺紋，軸向無(wú)導(dǎo)向段的螺紋銑刀能在無(wú)退刀槽或螺紋接近孔底的情況下加工出符合要求的螺紋.數(shù)控螺紋銑削的一致性好，螺紋起始角度一致，能適應(yīng)某些箱體類(lèi)零件的特殊裝配要求.

螺紋銑削尤其適于加工大直徑孔螺紋，大直徑絲錐的切削力和功率需求大，切屑處理困難，加工中易出現(xiàn)絲錐折斷和工件報(bào)廢.重型設(shè)備及大型零部件的連接常采用大尺寸螺紋連接緊固，銑削螺紋的表面質(zhì)量好、螺紋硬度高、尺寸精度優(yōu)良.能較好的保證螺紋裝配要求.

1 大直徑螺紋孔的工藝特征

某大型結(jié)構(gòu)件，毛坯由ZL103鑄造而成，端面上設(shè)有連接螺紋孔，均為M100×2-6H連接用細(xì)牙螺紋，通孔螺紋深度約60 mm.螺紋結(jié)構(gòu)如圖1所示.

該螺紋連接精度直接關(guān)系設(shè)備整體裝配精度，螺紋精度要求較高，須在最后工序環(huán)節(jié)進(jìn)行精加工，M100×2螺紋難以采用攻絲、車(chē)、鏜等常規(guī)加工手段完成，經(jīng)工藝設(shè)計(jì)和刀具研發(fā)，研制專(zhuān)用非標(biāo)螺紋銑削刀具，實(shí)現(xiàn)加工效益最大化.

2 專(zhuān)用非標(biāo)螺紋銑刀的設(shè)計(jì)

2.1 刀具形式選擇

常見(jiàn)的螺紋銑刀有整體式、單刃刀片機(jī)夾式和梳狀刀片機(jī)夾式等類(lèi)型，其中整體式螺紋銑刀采用整體硬質(zhì)合金棒料磨制而成，造價(jià)昂貴，多用于小直徑孔螺紋的加工[1].單刃刀片機(jī)夾式螺紋銑刀的切削進(jìn)給速度小、加工效率低且加工質(zhì)量不夠理想.梳狀刀片機(jī)夾式銑刀可實(shí)現(xiàn)多牙同時(shí)切削，切削效率高，但不適用該工件采用的鋁合金材質(zhì).

綜合各型刀具的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合該工件工藝特點(diǎn)，采用大直徑、單刃尖、多刀槽、各刃錯(cuò)齒的設(shè)計(jì)方案，

003刀具結(jié)構(gòu)如圖2所示.

2.2 刀具參數(shù)設(shè)定

1）刀桿直徑及材質(zhì)選擇：選用BT-40面銑刀柄以保證刀具和刀柄3之間的定位精度、剛性和夾緊強(qiáng)度，螺紋銑刀采用面銑刀接口設(shè)計(jì)，刀具直徑φ80 mm、懸伸約100 mm，選用50CrV鋼調(diào)質(zhì)至HRC40左右以保證剛性需求.刀體應(yīng)盡可能輕量化以減小大直徑刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[2].

圖1 螺紋結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 刀具結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 錯(cuò)刃銑削示意圖

2）刀片選擇：選用ISO標(biāo)準(zhǔn)的IR16刀片，可轉(zhuǎn)位3刃角刀片，利用率較高且供貨渠道順暢，根據(jù)被加工材質(zhì)特性選用SANDVIK COROMANT公司的H13A牌號(hào)刀片，刀片材質(zhì)為N20-N30類(lèi)非涂層硬質(zhì)合金，具有良好的耐粘結(jié)性、耐磨損性和韌性，表面拋光處理適于加工鋁合金等有色金屬.若H13A刀片供貨不能滿(mǎn)足時(shí)也可選用被覆TiN涂層的P20-P30類(lèi)硬質(zhì)合金刀片，但不宜采用TiAlN涂層的刀片，因?yàn)門(mén)iAlN涂層中的Al元素可與鋁合金材質(zhì)發(fā)生親和作用，加劇刀片磨損[3].

刀片前角15°，后角0°.實(shí)際安裝前、后角需經(jīng)計(jì)算后確定.考慮到較大直徑的螺紋銑刀將增大實(shí)際牙形角，引起螺紋齒形變化，因此刀刃牙形角也需經(jīng)計(jì)算后確定.

3）各刃錯(cuò)齒設(shè)計(jì)：大直徑刀盤(pán)可容納較多槽數(shù)，采用6刃分3層錯(cuò)刃設(shè)計(jì)，加工時(shí)刀具從工件的底部螺旋爬升進(jìn)給，各層逐次切入，錯(cuò)刃銑削，變?cè)械碾p邊受力為單邊受力，減少各刃切削負(fù)荷，避免切屑粘結(jié)降低工件表面粗糙度數(shù)值[4].各刃錯(cuò)齒銳削示意情況如圖3.

2.3 銑刀設(shè)計(jì)

銑削內(nèi)螺紋時(shí)，銑刀切削刃的回轉(zhuǎn)面與螺紋螺旋線(xiàn)成一夾角，銑削中會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象和工件螺紋牙形誤差，導(dǎo)致螺紋齒槽擴(kuò)大.刀具直徑與工件直徑越接近時(shí)，接觸圓弧越大，造成的誤差也越大.減小螺紋銑刀直徑能減小誤差，但小直徑銑刀的切削進(jìn)給路徑距離長(zhǎng)、刀具強(qiáng)度低、磨損速度快.因此在滿(mǎn)足加工精度的情況下盡可能加大銑刀直徑，能提高刀具的剛性、強(qiáng)度和加工效率.

如圖4，t為螺紋刀具和內(nèi)螺紋之間的接觸時(shí)間；Re為螺紋大徑；Ri為螺紋小徑；r為螺紋銑刀直徑；b為螺紋銑刀齒高；p為螺距；Δ為p、b之差；H為兩圓干涉高度；h為銑削深度.

利用三角函數(shù)關(guān)系，可知：

圖4 螺紋銑刀的內(nèi)螺紋切削示意圖

由此可得：

又：Δ=t?tg λ=0.243

其中tg λ=p/2πRe；λ為螺紋升角.

刀片牙形角θ，標(biāo)準(zhǔn)牙形角60°,

刀具切削部直徑不變時(shí)，可修正齒形半角來(lái)減少齒槽擴(kuò)大量.選用牙形角55°刀片，調(diào)整刀片下傾角，修正實(shí)際牙形角.

根據(jù)上述分析計(jì)算，選用牙形角55°刀片，增大實(shí)際后角5°，使該型螺紋銑刀滿(mǎn)足實(shí)際加工要求.螺紋銑刀設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5.

圖5 螺紋銑刀設(shè)計(jì)圖

3 螺紋銑削編程

該螺紋為通孔設(shè)計(jì)，刀具下刀至指定深度后可直接沿徑向直線(xiàn)切入，螺旋爬升，一次走刀即完成加工.

4 刀具使用注意事項(xiàng)

加工完成后可用螺紋塞規(guī)分別檢查通止情況，還應(yīng)經(jīng)常檢查刀片磨損情況，確認(rèn)螺紋合格、刀具正常后方可加工下一螺紋孔.若加工不到位只需調(diào)整螺旋進(jìn)給的圓半徑數(shù)值重新加工即可，程序調(diào)試簡(jiǎn)便，加工可靠性高.

采用半合成鋁用切削液能進(jìn)一步提高螺紋的表面質(zhì)量，冷卻潤(rùn)滑效果良好[5].選擇合理的刀具直徑和刀片參數(shù)，確定適宜的冷卻液牌號(hào)，結(jié)合實(shí)際加工需求，選取合理的切削參數(shù)，采用趕刀法，效果較好[6].螺孔底部退刀槽尺寸較大時(shí)，該型螺紋銑刀也能用于盲孔的加工.

5 結(jié)語(yǔ)

螺紋銑削是一種行之有效的加工大直徑螺紋工藝.使用設(shè)計(jì)合理的復(fù)合刀具能有效整合工序工步，且只需一把刀具即可完成螺紋的全部加工，這對(duì)于減少刀具數(shù)量，節(jié)約換刀和工步準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本亦有重要作用.該螺紋復(fù)合銑刀可用于相近螺紋或者同螺距螺紋的加工，螺紋的軸向和徑向尺寸也可以通過(guò)程序調(diào)試來(lái)保證，體現(xiàn)出一定的工藝柔性.

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A Study on Large Diameter Internal Thread Milling of Aluminum Alloy Material

YOU Xin-yan1,ZHANG Yi-heng2
(1.School of Mechanical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou 350001,China; 2.Technology Quality Department,Changshu Great Wall Bearing Co.,Ltd.,Changshu 215500,China)

This paper develops a special thread cutter in view of the difficulty of processing large diameter thread by means of the traditional technology,and in combination with the feature of a large diameter threaded work?piece and process characteristics.According to the thread milling process,the paper designs a program for CNC milling thread and obtains a good processing effect.

thread milling;non-standard cutting tool;tool design

TG62

A

1008-2794（2013）04-0054-04

2012-03-10

游新彥，福建理工學(xué)校講師，碩士研究生，研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)，E-mail：viking8252@163.com.