梯形螺紋成組絲錐的設計及製造
2018-7-23 來源：河南一工鑽業有限公司 作者（zhě）：葛建華 霍義丹
摘要：本文通過對大螺距（jù）梯形（xíng）螺紋（wén）成組絲錐（zhuī）進行設計，介紹了等徑成組絲（sī）錐和不等徑成組絲錐的加工特點，以及兩者結合後梯形螺紋成組絲錐的設計及製造，在保（bǎo）證螺紋（wén）加工精度的前提下，提（tí）高了絲（sī）錐的使用壽命（mìng）。
客戶提供一零件（見（jiàn）圖1），要求按此圖樣設計（jì）並製造所需的梯形螺（luó）紋成組絲錐。該零件為調整螺紋套，其螺紋加工工藝路線為（wéi）先加工梯形內螺紋Tr28×8-7H，然後用心軸將螺（luó）紋套定位（wèi），再加工外螺紋M39×2-6h。工件材料為38Cr Si，是一種高強度、中等（děng）韌性（xìng）的合金結構鋼，其（qí）淬透性比40Cr稍好，熱處理淬火、回火後硬度為285～341HBW，相當於洛（luò）氏硬度30～37HRC。
1. 成組絲錐的設計分（fèn）析
調整螺紋（wén）套梯形內螺紋Tr28×8-7H的加工，廠家原先是在臥式車床C630上（shàng）用梯形內螺紋車刀進行車削加工。但由於該梯（tī）形螺紋的公稱直（zhí）徑小、螺（luó）距大、螺紋長度長，為避免在車削時車刀與工件（jiàn）產生幹涉（shè），因此刀杆尺寸較小、剛性差，這樣在車削時讓刀現象嚴（yán）重，造（zào）成工件兩端螺紋深淺不一，達不到圖樣要求。同時，工（gōng）人的勞動強度大，對工人的操作水（shuǐ）平要求較高，因此（cǐ）廠家希望能（néng）夠采用（yòng）絲錐進行該產品的加工。
通（tōng）過分（fèn）析可知，工件硬度較（jiào）高，梯形螺紋的螺距及牙型截麵（miàn）較（jiào）大，因此應采用成（chéng）組絲錐進行加工（gōng）。
（1）考慮等徑梯形螺（luó）紋成組絲錐：等徑成（chéng）組（zǔ）絲錐是在一組（zǔ）絲（sī）錐中，每支絲錐的大徑、中徑和小徑尺寸均相同，區（qū）別僅在於切削錐長度（dù）不一樣。等徑成組絲錐的切削主要由主切削刃負擔，攻螺（luó）紋時切削阻力（lì）小、排屑順利，切削（xuē）刃不易（yì）磨損（sǔn），因此絲錐壽命長，特別（bié）是對於大螺距螺紋的加工，這種優點更為突出。等徑絲錐的磨損主要發生在螺紋大徑處的主切削刃上，所以修磨比（bǐ）較（jiào）容易。但是由於等徑成組絲錐的中徑均相等（děng），所（suǒ）以加工出來的螺紋表麵粗糙度值較大。同時絲錐在攻螺紋時還（hái）會造成螺紋擴張，使（shǐ）後攻螺紋錐與前攻（gōng）螺紋錐已（yǐ）加工（gōng）出的螺紋（wén）之間產生間隙，這樣（yàng）切屑就會夾在副切削刃和已加工螺紋之間，造成螺紋表麵刮（guā）傷，情況嚴重的還會在螺紋表麵產生台階，甚至造成工件報廢，因此等徑設計的成組絲錐隻適用於（yú）切削精度要求不高的梯形螺紋。
（2）考慮不等徑梯形螺紋成組絲錐：不等徑成（chéng）組絲錐是在一組絲錐中，每支絲錐（zhuī）的（de）大徑、中徑和小徑尺寸均不相同。不等徑成組絲錐的切削由（yóu）頂刃和側刃同時（shí）參與，因（yīn）此（cǐ）切削阻力很大。同時產生的切屑在絲錐前刃（rèn）麵（miàn）上容易堵塞，對切削刃的摩（mó）擦力很大，因此切削（xuē）刃容易磨損，嚴（yán）重（chóng）的還會造成絲錐崩刃或折（shé）斷。但不等（děng）徑絲錐用於精絲錐時，由於兩個側刃上有一定的切削量，所以加工出的螺（luó）紋表麵粗糙度值較小，螺紋質量（liàng）較好。不等徑成組（zǔ）絲錐常用於加工小螺距的普通螺紋，這是因為螺紋牙型截麵較小、加工量小，因此加工效果比較理想。但對於梯形（xíng）螺紋，由於螺距及螺紋牙型截麵較大，相應的切削麵積也大，因此會造（zào）成（chéng）絲錐壽命很低，且（qiě）由於每個切削刃（rèn）均被磨損，修磨起（qǐ）來也很困難。
2. 梯（tī）形螺紋成組絲錐的設計及製造
通過對等徑成組絲錐和不等徑成組絲錐特點的分析可知：等徑成組絲錐加工（gōng）螺紋表麵質量較差，但絲錐壽命高；不等徑成（chéng）組絲（sī）錐（zhuī）則是加工螺紋表麵質量好，但絲錐壽命低。因此，可將兩者的優點結合起來，即采用粗錐等徑、精錐不等徑的成組絲錐設計方案。
考（kǎo）慮到梯形螺紋Tr28×8-7H的螺紋牙型截麵較大（dà），因此采用5支一（yī）組的（de）成組絲錐設計，即把前4支（zhī）絲錐（zhuī）的中徑設計成同一尺寸，比精絲（sī）錐的中徑尺寸略小，Ⅰ~Ⅳ粗絲錐的螺紋大徑（jìng）依次增大；而將精絲錐的中徑尺寸設計（jì）為工件內螺紋中徑公差帶7H所對應的絲錐公差帶（dài）H8。同（tóng）時，合（hé）理地分配每支絲錐的切削（xuē）負荷，有利於提（tí）高絲錐壽命和螺紋表麵（miàn）質量，其
切削負荷以切（qiē）削麵積來（lái）進行（háng）分配（見圖2）。
第（dì）Ⅰ粗絲錐承擔總切削麵積的30%，第Ⅱ粗絲錐（zhuī）承擔（dān）28%，第Ⅲ粗絲錐承擔（dān）20%，第Ⅳ粗絲錐承擔15%，精絲錐承擔7%。從圖2中（zhōng）可以看出，精絲錐與粗絲錐的中徑、大（dà）徑不等，精絲錐（zhuī）的頂刃與側刃均有0.1mm的切削量，這樣就（jiù）可避免等徑成組絲錐的缺點，同時還可對粗（cū）絲錐加工後的螺紋進行修正。同樣，由於粗絲錐采用等徑成組絲錐設計，使絲錐（zhuī）的壽命大大提高。圖3所示為第Ⅰ粗絲錐，在切削錐中徑上有20′的正錐度（dù），這是因為第Ⅰ粗絲錐是在螺紋底孔上進行攻螺紋，如沒有正（zhèng）錐度，則在攻螺（luó）紋（wén）時絲錐所承受（shòu）的切削力較大，易造成絲錐磨損（sǔn）較快（kuài），嚴重時會（huì）產生崩刃甚至折斷。
圖4、圖5和（hé）圖6分別為第Ⅱ粗絲錐、第Ⅲ粗（cū）絲錐和（hé）第Ⅳ粗絲錐（zhuī），其（qí）區別主要是螺紋大徑尺寸（cùn）的依次增加，應注意後攻螺紋錐的切（qiē）削錐端部螺紋（wén）大徑應小於前攻（gōng）螺紋錐螺紋大徑約0.2mm，以保證後攻螺紋錐（zhuī）能可靠地旋入螺紋孔中，進行攻螺紋。
圖7所示為精（jīng）絲錐，與第Ⅰ粗絲錐（zhuī）相同，在切削錐中徑（jìng）上有20′的（de）正錐度，這是因為精絲錐中徑比（bǐ）粗絲錐中徑大，若不做正錐度，則因精絲錐的牙型比粗絲錐攻出（chū）的牙型槽寬，會造成絲錐旋入困難，使絲錐過早磨損或崩刃。
3. 絲錐的使用效果
由 於 梯（tī） 形 內 螺 紋 比 一 般 螺（luó）紋的切削量及攻螺紋轉矩要大幾倍，如果（guǒ）機床性能不（bú）好，會（huì）產生較大的負載及變（biàn）形，以至加工出的螺（luó）紋不（bú）合格。因此，建議廠家在C630臥式車床上（shàng）進行螺紋套的攻螺紋加工，切削速度（dù）vc＝2～3m/m i n。為安全起見，將車床主軸轉速調整至最低，即14r/min，這樣每支絲錐的攻螺紋時間和退出用時約3min。該成組絲錐經用戶使用證明，在保證螺紋加工精度的前提（tí）下，提高了生產效率。
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