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鉬合金零件螺紋車（chē）削的兩（liǎng）種工藝方法（fǎ）

2017-1-10 來源：江南工業集團有限公司作者：王海（hǎi）雲李文平彭（péng）紅姚春臣常海段良

摘要：為解決TZM鉬合金件螺紋車削加工中刀（dāo）具磨損（sǔn）、零件崩裂、掉扣（kòu）等問題，本文分（fèn）別采用不同機床和不同加工工藝進行了TZM鉬合金件螺紋切削加工對比試驗，以及在刀具材料、刀具角度、切削用量等方麵的改（gǎi）進試驗。通過試驗，優選出兩種分別適用於普（pǔ）通車床和數控車床較佳的工藝方法。試驗結果和生產應用的情（qíng）況表明（míng），鉬合金件螺紋的這兩種車削加工工藝方法，都可以使切屑成形好，便於排屑，減少（shǎo）刀具磨損，防止螺紋崩裂、擠傷，從而獲得較理想的螺紋加工質量和加（jiā）工效率。

關鍵詞：鉬合金；TZM；螺（luó）紋車削；低速車削；高速車削；工藝方法

隨著科學技術的發展和產品的更新換代，鉬及其鉬合金在軍工（gōng）和民用產品中（zhōng）的應（yīng）用越來越廣。但是，這些材料在（zài）切削加工（gōng）中經常發生刀具磨損、零件（jiàn）崩裂等問題，導致產品質量差（chà）、生產效率低，特別是鉬合金零件的螺（luó）紋，過（guò）去采用磨削的方法加工，其（qí）加工效率太低，難以滿足生產需求，

圖1 某筒體零件結（jié）構外形圖

而改用車削加工，則很容易出現崩裂、擠傷等問（wèn）題，導致報廢。因此，鉬（mù）合金螺紋的（de）加工問題成為當時本單位機械加（jiā）工中（zhōng）的（de）技術瓶頸。為了解決這一問題，確保產品質量、提高工作效率，降（jiàng）低生產成本（běn），本單位以TZM 鉬合金為主，對鉬合金零件的螺紋車削工（gōng）藝及其刀具進行了一些改進試（shì）驗。

鉬的密度為（wéi）10.22g/cm3，熔點為（wéi）2625℃，屬於稀（xī）有高熔點金屬[1]。TZM 合金是鉬基高溫合（hé）金中的一種，含有0.40 ～ 0.60%Ti，0.06 ～ 0.12%Zr，0.01 ～ 0.04%C，屬於鉬鈦鋯合金[2]。TZM 合金（jīn）具有熔點高、強度高、彈性模量高、導電導熱（rè）性好、抗腐蝕能（néng）力強和高溫性能好等優點。

1.零（líng）件介紹及加工難點（diǎn）

某（mǒu）筒體零件結構外形如圖1 所示，材料為TZM棒料，零件長160mm，壁厚2mm，右端外螺紋M36×1.5-6g, 由（yóu）於材料本身的特點, 該零件在加（jiā）工過程中主要存在（zài）以下幾（jǐ）個問題。

1）加工過程中切削刀具磨損嚴重, 刀具損耗（hào）大，成本高；

2）零件容易產生崩裂、掉屑、擠傷、甚至會斷裂；

3）零件表麵質量差, 螺紋掉扣嚴重；

4）在以往加工過程中，由於沒找到好的刀具材料和最（zuì）佳切削參數，故一天隻能加工少（shǎo）量產品，生產效率低。

2.鉬合金螺紋切削試驗

為了解決鉬合金零（líng）件螺紋車削（xuē）加工難的問題，本文（wén）針對TZM 鉬合金零件的M36×1.5-6g 外螺紋（wén），分別在普通（tōng）車床和數控車床（chuáng）上，采用高速和低速切削螺紋兩種不同的方法（fǎ）進行了多次（cì）切削加工試驗。其不同切削加工（gōng）方法及效果的（de）對（duì）比見表1。從表1 可見，在普通車床上車製這種鉬合（hé）金螺紋時，要低速切削，速度低，切削衝擊力小， Vc 控（kòng）製在20r/min ～ 30r/min，刀具牙型角要小於標準的60 o，選58.5 o ～ 59 o，前角γ 取5 o ～ 10 o，後角α 取10 o ～ 15 o，刀具必須鋒利，進給量ap 控製在0.02 ～ 0.04mm。在數控車床上車製這種鉬合（hé）金螺紋時，要高速切削，采用斜進法（按G72 指令（lìng）編程），Vc 控（kòng）製在1500 ～ 1800r/min 之間, 刀具采用肯納的NT2RKK5010 刀片，進給（gěi）量（liàng）控製在0.015 ～ 0.02mm 之間。通過上述多次試驗以（yǐ）及後來生產中的實際（jì）應（yīng）用，使本單位掌握了分別（bié）適用於（yú）普通車床和數（shù）控車床的兩種不同（tóng）的TZM 鉬合金切削加工工藝。

3.普通車床低速（sù）車（chē）削（xuē）螺紋工藝

這種工藝適用於在普（pǔ）通車床上車削TZM 鉬合金

表1 TZM 鉬合金螺紋的不同切削加工方法及效果的對比

3.1 刀具材料和形狀

車鉬合金材料上的螺紋用 YG 類硬質合金，一般選用（yòng）YG8、YG6X 焊（hàn）接螺紋車刀。車刀的（de）形狀被直（zhí）接複製到工件上（shàng），因（yīn）此刀具的形狀製（zhì）作是否準確很重（chóng）要，若采用粗車和精車分別加工,可得到較理想的表（biǎo）麵粗糙度和（hé）精度（dù）。粗車刀的牙型角常取58.5 ～ 59° , 比精車刀的牙（yá）型角（jiǎo）要小1 ～ 1.5° ,用粗車刀（dāo）車至牙深, 然後用精車刀（dāo）車光螺紋2 個側（cè）麵,既（jì）保護刀尖又省時。刃磨粗車螺紋刀時（shí）, 不（bú）需刻（kè）意磨（mó）小刀尖角, 隻需在開始車刀前角時適當加大前角, 這樣既能達到排屑順利的目的, 又（yòu）可減小牙型角。但前角加大, 楔角減小後, 車刀的強度就會（huì）降低, 所以後角要適當減小, 這樣可彌補車刀強度的不足。粗車刀前（qián）角可以取（qǔ）大些 ( 5 ～ 10 ° )，其刀刃（rèn）鋒利，便於排屑和減少切削阻力，切削輕快。精車刀，則必須保證前（qián）刀麵（miàn）和水平麵平行，即徑向前角為 0°，以保證牙形角正確。

3.2 切削（xuē）用量（liàng）

螺紋加工要求主軸轉速和刀具（jù）進給速度之間保持嚴格的速比關係。即（jí）主軸每轉一轉，刀具應均勻地移動一個（gè）導（dǎo）程的距（jù）離。刀具（jù）切削部（bù）分在螺紋加（jiā）工時的工（gōng）作條件非常惡劣，不僅切削（xuē）力大（dà），而且摩擦（cā）劇烈，發熱嚴重，刀具材料（liào）本身對切削線速度也有一（yī）定的限製（zhì）。螺紋加工主軸轉速 Vc 控製在 20 ～ 40r/min 即可，進刀量控製在0.02-0.04mm，可（kě）以分粗車、精車多次（cì）切削完成同一（yī）螺紋的加工。

4.數控車（chē）床（chuáng）高速車削螺紋工藝

這種工藝適用於在數控車（chē）床上車削（xuē）TZM 鉬合金螺紋。

4.1 螺紋數控車削加工分析（xī）

由於數控機床本身有速度控（kòng）製、位置控製和精度控製等方麵的（de）特（tè）點（diǎn），故數控機床螺紋加工方（fāng）式與傳統螺紋加工方式相比，在加工（gōng）精（jīng）度、加（jiā）工效率等方麵都具有明顯的優勢。

1）直進法：螺紋車刀X 向間歇進給至牙深處。采用此種方法加工（gōng）鉬合金螺紋時，螺紋車刀的三麵都參（cān）與切削，導致加工排屑（xiè）困難，切削力和切削熱增加，刀尖磨損嚴重，當進刀量過大時，還（hái）可能產生紮刀和爆刀現象。這種方（fāng）法在數控（kòng）車床上采（cǎi）用指令G92 來實現。很顯然，這（zhè）種方法不可取。

2）斜進法：螺紋（wén）車刀沿牙型角方（fāng）向斜向間歇進給（gěi）至牙深處。

采用此種方（fāng）法加工螺紋（wén）時，螺紋車刀始終隻（zhī）有一

圖2 斜進法的螺紋循環加工吃刀深度分布情（qíng）況

個側刃參加切削，從而使排屑比較順利，刀尖的受（shòu）力和受熱情況有所改善，在車削時不易引起紮刀（dāo）現象。這種方法在數控車床上（shàng）采用指令G76 來實現進刀方式。G76 通過多次螺紋粗車、精車完成規定牙高（總切深）的螺紋加工，如果定義的螺紋（wén）角度不（bú）為零，螺紋粗（cū）車的切入點由螺紋牙頂（dǐng），逐步移至螺紋牙底，使得相鄰兩牙螺紋夾角為（wéi）規定的螺紋角度，可實現單側刀刃螺紋切削，吃（chī）刀量逐漸減小，有利於保護刀具（jù），提高螺紋精度。

4.2 G76 指（zhǐ）令車削螺紋（wén）編程技巧

在G76 螺紋切削循環中，螺紋刀（dāo）以斜進的方式進行螺紋（wén）切削，總的螺紋深度（牙高）一（yī）般以遞減方式分配。第一次切削時，背（bèi）吃刀量為△ d，約為牙高（gāo）的12%，第二次切削深度△ f，選擇較小的進給量(0.015 ～ 0.025mm)，第n 次的切（qiē）削（xuē）深度為△ d+（n-1）△ f，每（měi）次循環的背吃（chī）刀量為△ f，最後精（jīng）車0.01 mm左右, 分兩次光整。螺紋單刃切削（xuē）如圖2 所示。

G76 指（zhǐ）令編程如下:

T44 ；

M3 ；

GO X50 Z0 ；

G76 P02 0060 Q25 R10 ；

G76 X30.5 Z27 R0 P750 Q100 F1.5 ；

G0 Z30

5.工件（jiàn）和刀（dāo）具裝夾

5.1 工件的裝夾　

TZM 合金（jīn）材質很脆，夾持零（líng）件時，力度要適中，受力均勻，用力過大或稍不注意，則導（dǎo）致（zhì）其加工過程中出現裂紋。車削時，應采用軟爪卡（kǎ）盤， TZM 合金零件可選用扇形爪，可增大與工（gōng）件接觸麵（miàn）積而使工件受力均勻，車削軟（ruǎn）爪的直徑（jìng）最好與被裝夾工件直徑一致（zhì），或大或小，都不能保證裝夾精度，一般卡爪車削直徑比工件直徑大0.1 ～ 0.15mm。

除了工件安裝要牢固（gù）、平（píng）穩，還要考慮工件本身的剛性。剛性不足，則不能承受車削時（shí）的切削力，產生過大的撓度，改變了車刀（dāo）與工件的中（zhōng）心（xīn）高度，工件被抬（tái）高了，形成切削深度突增，會出現紮刀現象（xiàng），此時應把（bǎ）工件裝夾牢固，可使用（yòng）尾座頂尖等，以增加工件剛性。

5.2 刀具（jù）安裝

在安裝螺紋車刀時，要盡量減少伸（shēn）出長（zhǎng）度，防止刀杆剛性不足而產生振動。刀（dāo）杆要垂直於主軸方向，保證（zhèng）牙型準確對稱（chēng）。理論上螺紋車刀安裝（zhuāng）高度要與回轉軸線等高，過高或過低（dī）都會出現（xiàn）紮刀現象，安裝過高，吃刀到一定深度（dù）時，後刀麵會頂住工件，增大摩擦力（lì），甚至把工件（jiàn）頂彎，造成紮刀；安裝過低，則切屑不易排出，車（chē）刀徑向力的方向是工件中心，加上橫進絲杠與螺母間隙的影響，致使吃刀深度不（bú）斷自動（dòng）趨向加深（shēn），從而把工件頂起，出現紮刀現（xiàn）象。加工（gōng）過程中，粗（cū）車、半精車時理想的刀尖位置是比工件中心略高 0.1 ～ 0.3 mm ，精車時則應力（lì）求使刀尖（jiān）和螺紋中心等高。

6.應用效（xiào）果

上述兩（liǎng）種工藝方法，分別解決了在普通車床和在數控（kòng）車床上加工TZM 鉬（mù）合金螺紋的崩裂、掉屑、擠傷、掉扣等質量問題（tí），現都已應用於（yú）產品生產。用普通車床加工TZM 鉬（mù）合金螺紋，生產（chǎn）效率遠比磨（mó）削加工螺（luó）紋高，而數控車床加工的效率則（zé）更高，由於既可以用（yòng）普通車床加工，又可（kě）以用數控車（chē）床加工，更（gèng）便於（yú）生產（chǎn）管理人員安排生產，確保了產品加工任務按期完成。圖2 斜進法的螺紋循環加工吃刀深度分布情況

上述兩種工藝方法，還可以推廣應用於鉬和其它某（mǒu）合金螺紋的加工。

7.結束語

TZM 鉬合金螺紋的不同（tóng）切削加工機床和不（bú）同加（jiā）工工藝對比試驗結果（guǒ）說明，普通車床低速螺紋車削（xuē）工藝方法和數控車床高速斜進式螺紋車削工藝方法，都可以使切屑成形好，便於排屑（xiè），減少刀具磨損，防止螺（luó）紋崩裂、擠傷，從而確保和（hé）提高螺紋加工質（zhì）量。生產應用的情況說明，上述兩種鉬合金車削加（jiā）工方法，解決了TZM 鉬（mù）合（hé）金螺紋車（chē）削加工的技術和質量問題，而且加工效率比磨削高，又便於安排生產，有利於加快生產進度。

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