弯柄螺母丝锥的设计改进 - 文章

弯柄螺母丝锥的设计改进

作者：一汽集团工艺装备有限公司翟洪滨倪晓林

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[摘要] 本文从实际工艺加工问题入手，分析产生加工问题的具体原因，确定螺母丝锥的优化设计结构，从根本上解决了存在的问题。
关键词：弯柄螺母丝锥切削层厚度切削锥角

1 问题的提出

一汽集团公司吉林标准件厂生产的标准螺母采用如图1 所示的弯柄螺母丝锥进行内螺纹的加工，对于小直径细牙的螺母加工一直存在着在加工过程中攻丝扭矩大、丝锥弯柄发生扭断的现象，为此曾改进过焊接技术，确保了焊接质量，但丝锥仍只加工200 多件便磨损或粘屑，造成螺母“串糖葫芦”，使得瞬时扭矩过大，丝锥弯柄形成扭曲或折断。最近由于原材料冷墩钢硬度略有降低，这种现象更加严重，影响了生产的正常进行。

图1 弯柄螺母丝锥的外形尺寸

2 问题分析

丝锥工作时，其主要抗力为扭矩。攻丝扭矩由三部分组成，即切削扭矩、丝锥与已加工表面之间的摩擦扭矩和切屑阻塞在容屑槽中产生的扭矩。在正常切削条件下，主要的是切削扭矩，而丝锥的切削负荷与丝锥每一刀齿切下的切削厚度Ac 以及同时工作刀齿数有关。

图2 切削层厚度分析

如图2 所示，切削厚度Ac 与丝锥结构参数的关系如下：

Ac=PtgKr/Z

式中 Ac─—每齿的切削厚度；
P─—丝锥的螺距；
Z─—丝锥槽数；
Kr─—丝锥切削锥角。

从上式看出，丝锥的每齿负荷不取决于机床进给机构，而是由其本身结构参数所决定。对于一种规格的丝锥来说，螺距P 是常数，槽数Z 受丝锥结构限制（一般Z=3～4），这时，切削厚度Ac 主要取决于丝锥的切削锥角Kr。对于螺母丝锥Kr 值小时，切屑薄，同时切削的总面积减小，可使扭矩下降。

但切削锥角Kr 不是越小越好，当Kr 较小且为细牙（螺距P 较小）时，使得切削厚度Ac<0.02mm，即接近或小于刃口钝圆半径（一般新刀在0.015mm 左右），这样，如图3 所示，由于刀刃钝圆半径的存在，刀具不能产生切削作用，而是对工件加工表面造成严重的挤压现象，切削热量急剧上升，加剧了刀具磨损，同时会使螺孔表面加工质量下降，而且挤压形成的冷硬层使后续刀齿的切削条件恶化，当挤压积累到一定限度时，局部硬度很高的硬化层反弹，使得某个刀齿切削厚度瞬时增加，切削扭矩急剧增加，超过了刀具材料的屈服强度，就产生了塑性变形的扭曲或扭断。

图3 薄层切削的微观示意

原来设计的小直径（M8、M10）、细牙（螺距P=1 左右）的弯柄螺母丝锥切削锥角设计的较小，大多在3°左右，通过计算得切削厚度Ac=0.017，而丝锥刀尖圆角实测为0.02，所以产生了非切削的挤压刮削，扭矩大，切削温度高，加工后的制件烫手，刀具磨损严重，当刀尖磨损刀尖圆角半径增大时，形成更严重的挤压，使得丝锥扭断，实际加工的现象证实了我们的分析。

3 丝锥结构设计

通过分析确定较适合的单齿切削层厚度应控制在0.03～0.06mm，由此确定的丝锥切削角度Kr=5°～10°，但由于小直径丝锥为了保证强度，容屑槽相对较浅，若采用大的切削锥角，切削层厚度较大，容屑槽容屑就不够，容易产生挤屑。为此，在M8、M10 丝锥的设计上优化采用6°30'（切削锥部扣数为6）。

切削锥角Kr 的增大，使得切削锥部长度减少了，为提高加工过程中丝锥的导向性，我们采用了如图4所示的带前导向结构。

图4 丝锥前导向示意

根据以往试验确定，在加工珠光体冷墩钢（软钢）时，前角取2°～4°排屑较好，螺纹尺寸稳定。

为避免产生“串糖葫芦”现象，在保证尺寸精度的情况下，采用较短的校准锥部长度，取为8 倍螺距，并在刃口圆周1/3 处进行铲背，以减少螺母与丝锥间的摩擦，保证攻丝后的螺母顺利后移并脱离；另外，为增加容屑空间，将容屑槽长度增加。

4 改进结果

改进后的丝锥经过实际应用后，切削扭矩小，刀具正常磨损，刀具耐用度较原来提高了8 倍多，加工出的螺母尺寸正确稳定，表面质量明显提高，对于硬度控制较好的工件，加工效果更好。

参考文献
1 肖诗纲，董仁扬，高则烈.《螺纹刀具》.机械工业出版社，1986
2 袁哲俊.《金属切削刀具》.上海科学技术出版社，1984(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2005)


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