聯(lián)系我們

定制熱線:13580 999993

聯(lián)系人:李輝

郵箱:85048765@qq.com

辦公地址:廣東省東莞市南城區(qū)豐碩廣場1902

當(dāng)前位置: 首頁 » 新聞中心 » 公司新聞

用整體硬質(zhì)合金絲錐高速同步攻絲


切削熱是刀具的大敵。但不幸的是,在刀具/工件界面處,刀具往往需要承受足以縮短刀具壽命和限制刀具性能的切削高溫。為了解決這一問題,人們開發(fā)了各種各樣的刀具材料,其中最常用的是高速鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼刀具具有十分出色的強度和韌性,而硬質(zhì)合金刀具則以較高的硬度和紅硬性(在切削高溫下保持硬度的能力)而更勝一籌。一般來說,整體硬質(zhì)合金刀具的切削速度至少可達(dá)到高速鋼刀具的4倍以上,并且刀具壽命更長。但是,與高速鋼刀具相比,硬質(zhì)合金刀具的斷裂韌性較差,限制了其在某些加工領(lǐng)域(尤其是攻絲加工)中的應(yīng)用。 

與大部分車削、銑削和鉆削刀具不同,絲錐的切削刃比較薄弱,其整體強度也較低。即使在加工相對較易切削的工件材料(如鋼)時,硬質(zhì)合金絲錐的切削刃也容易發(fā)生崩刃,導(dǎo)致刀具失效。在對低碳鋼進(jìn)行攻絲時,連續(xù)的長切屑可能會堵塞絲錐的容屑槽,從而限制了硬質(zhì)合金絲錐應(yīng)用于一些甚至比鋼更容易攻絲的工件材料(如鋁和鑄鐵)。鋼和其他鐵族材料是最常見的需要加工裝配用螺孔的材料,因此,刀具制造商正在不遺余力地開發(fā)能防止切削刃崩刃和破損的絲錐。鑒于硬質(zhì)合金與高速鋼相比具有先天性能優(yōu)勢,因此硬質(zhì)合金絲錐已成為開發(fā)重點。 

內(nèi)螺紋的尺寸精度決定了螺紋裝配的精度和適配性。加工內(nèi)螺紋時,絲錐通常由鉆床或裝有柔性攻絲頭的非同步機床驅(qū)動,柔性攻絲頭可以帶動絲錐旋轉(zhuǎn),并以接近于所要求的內(nèi)螺紋導(dǎo)程的速率進(jìn)給。這些老式機床在攻絲時難以精確地協(xié)調(diào)進(jìn)給與旋轉(zhuǎn)運動,而這種協(xié)同性是螺紋加工的必要條件。因此,必須使用柔性攻絲頭以控制誤差范圍。攻絲時,柔性攻絲頭會使絲錐產(chǎn)生徑向跳動,限制了螺紋精度的提高。這些因素導(dǎo)致加工剛性較低和絲錐載荷不均勻。 

硬質(zhì)合金絲錐的成功應(yīng)用取決于刀具的夾持剛度和進(jìn)給的控制精度。對于大多數(shù)加工方式來說,這些加工條件是理所當(dāng)然的。但是對于攻絲來說,這些條件才剛剛變?yōu)楝F(xiàn)實。 

近年來,機床控制技術(shù)不斷進(jìn)步,已能實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動與進(jìn)給的同步控制,從而可以無需再使用柔性攻絲頭。此外,使用熱裝式和液壓式刀具夾頭可以提高刀具的夾持剛性,徑向跳動誤差也比使用柔性攻絲頭時大幅降低。這些刀具夾頭旋轉(zhuǎn)時的同心度在3μm以內(nèi)。盡管精密套筒式大夾持力高精度(TGHP)夾頭的性能稍遜于熱裝式和液壓式刀具夾頭,但應(yīng)用于攻絲加工時也十分有效。 

并非所有的數(shù)控機床都能實現(xiàn)“同步”攻絲(即“剛性”攻絲——當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時按螺紋導(dǎo)程精確進(jìn)給)。因此,為了允許有微量的軸向位移以補償同步攻絲機床固有的微小誤差,需要對熱裝式、液壓式和套筒式TGHP刀具夾頭進(jìn)行改進(jìn)。 

工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)絲錐的柄部公差較為寬松(一般為+0.0000/-0.0381mm)。由于市售的絲錐可以在柔性攻絲頭上使用,因此對于控制徑跳的尺寸公差要求并不嚴(yán)格。例如,根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),1/2″高速鋼絲錐的柄部與螺紋直徑的徑跳誤差可以達(dá)到0.04mm,而且并不要求直接控制螺紋直徑和斜面切削刃與絲錐柄部的同心度,這就允許了徑跳誤差和負(fù)荷不均勻現(xiàn)象的存在。實際上,這些尺寸都是相對于絲錐制造時的夾持中心進(jìn)行測量的。 

為了發(fā)掘硬質(zhì)合金刀具材料的全部效益,肯納公司設(shè)計了一種能充分發(fā)揮高剛性機床和高精度刀具夾頭優(yōu)勢的新型絲錐——KC7542牌號整體硬質(zhì)合金絲錐,這種絲錐在高速同步攻絲時具有很高的切削刃強度和耐磨性。與高效硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀一樣,硬質(zhì)合金絲錐也采用全圓柱柄,以確保同心度和有效的夾持(大多數(shù)絲錐采用帶四方頭的圓柱柄)。此外,該絲錐的柄部尺寸與其他刀具的柄部尺寸相同,例如,1/4-20硬質(zhì)合金絲錐的柄部尺寸與通常用于鉆削1/4-20螺紋底孔、直徑為5.1054mm的硬質(zhì)合金鉆頭柄部尺寸相同。 

為了充分發(fā)揮熱裝式、液壓式或精密套筒式TGHP刀具夾頭的優(yōu)勢,這種硬質(zhì)合金絲錐的柄部尺寸精度達(dá)到德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 7160的H6級。因此,1/2″絲錐的柄部尺寸公差為+0.0000/-0.0101mm,圓度公差保持在0.0030mm以內(nèi)。絲錐柄之所以不需要帶有方頭,是因為這些刀具夾頭在攻絲時,對于滿足上述柄部尺寸公差的絲錐具有足夠的夾緊力。此外,絲錐帶螺紋部分的刀體和切削斜面與柄部的同心度在10μm以內(nèi),可以提高絲錐承受負(fù)荷的均勻性。 

將這種硬質(zhì)合金絲錐與精密刀具夾頭一起使用時,即可組成可減小絲錐徑跳的高剛性工具系統(tǒng),它能夠滿足成功應(yīng)用硬質(zhì)合金絲錐的兩個條件:高剛性和絲錐負(fù)荷的均勻性。 

過去,當(dāng)整體硬質(zhì)合金鉆頭剛被引入孔加工時,為了減小切削刃負(fù)荷和防止崩刃,用戶不得不降低每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(與高速鋼鉆頭相比)。不過,硬質(zhì)合金鉆頭可以采用更快的切削速度。隨著硬質(zhì)合金鉆削牌號和鉆頭設(shè)計的進(jìn)步,切削刃崩刃的可能性大大降低,從而使整體硬質(zhì)合金鉆頭的實際進(jìn)給率不斷提高。 

對于絲錐而言,僅由螺紋導(dǎo)程、螺紋頭數(shù)和切削刃斜面來控制切屑載荷,攻絲的環(huán)境條件難以進(jìn)一步降低作用于絲錐切削刃上的負(fù)荷。但是,為了避免崩刃,整體硬質(zhì)合金鉆頭在設(shè)計上的改進(jìn)(使其可獲得更高進(jìn)給率)也同樣可以應(yīng)用于整體硬質(zhì)合金絲錐。這些改進(jìn)包括新的刀具牌號KC7542,這種牌號將專門為絲錐開發(fā)的高強度硬質(zhì)合金基體與為硬質(zhì)合金鉆頭新開發(fā)的納米TiAlN涂層完美地結(jié)合在一起。 

加工機床、控制系統(tǒng)、刀具夾頭、硬質(zhì)合金牌號和絲錐設(shè)計的改進(jìn)大大拓展了可實現(xiàn)高效攻絲的工件材料范圍,其中不僅包括短切屑材料(如鋁和鑄鐵),也第一次包括了長切屑材料(如碳鋼和合金鋼)(參見下表)。 

表:用硬質(zhì)合金絲錐加工不同材料時推薦的切削速度范圍 
工件材料類別—材料實例—材料硬度—切削速度*(sfm) 
低碳鋼(C<0.25%)—1018—<220HB—300~400 
易切鋼—12L14—<275HB—250~350 
普通中/高碳鋼、工具鋼—1040、4340、H-13、D-2—<32HRC—200~300 
鐵素體鋼、馬氏體鋼、PH不銹鋼—430、410、17-4 PH—<32HRC—150~210 
球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵—A-47、A-536—<300HB—250~400 
灰鑄鐵—20~50級—<300HB—250~400 
(*表中所列切削速度適用于孔深小于3倍孔徑的通孔攻絲) 

此外,在能實現(xiàn)同步攻絲的CNC數(shù)控機床上用熱裝式、液壓式或精密套筒式TGHP刀具夾頭夾持攻絲時,新推出的硬質(zhì)合金絲錐能以比高速鋼絲錐快5倍的速度進(jìn)行加工,從而可以大幅度提高攻絲生產(chǎn)率。 

但是,在對盲孔進(jìn)行攻絲時必須注意,并非所有的CNC數(shù)控機床都具有相同的同步攻絲能力。由于加工到盲孔的孔底時絲錐和主軸必須減速并退出,在絲錐反轉(zhuǎn)時可能會出現(xiàn)導(dǎo)程誤差,從而引起作用于絲錐的側(cè)向推力,并造成螺紋檢測時尺寸超差。此外,由于絲錐減速、反轉(zhuǎn)和重新加速時仍與工件接合在一起,因此,盲孔攻絲的速度應(yīng)比推薦的通孔攻絲速度降低40%左右。 

肯納公司收集了一些有關(guān)新型硬質(zhì)合金絲錐的加工數(shù)據(jù)。例如,在一次切削試驗中,用M12×1.75的絲錐對4340鋼(硬度為32HRC)工件進(jìn)行通孔攻絲。TiN涂層高速鋼絲錐以50sfm的常規(guī)攻絲速度通??梢约庸?500個孔;如將攻絲速度提高到300sfm,則只能加工158個孔。而在該試驗中,硬質(zhì)合金絲錐以300sfm的攻絲速度加工1700個孔后,絲錐幾乎沒有磨損。在另一次加工4340鋼的切削試驗中,高速鋼絲錐以50sfm的攻絲速度加工1300個孔后失效;而M6×1的硬質(zhì)合金絲錐則可以300sfm的攻絲速度加工超過6000個孔。 

一家汽車零部件供應(yīng)商采用新型硬質(zhì)合金絲錐加工A-536球墨鑄鐵時發(fā)現(xiàn),攻絲速度可從110sfm提高到400sfm,從而可使攻絲循環(huán)時間縮短65%。由于絲錐壽命增加到了40000個孔,是粉末冶金(P/M)高速鋼絲錐壽命的4倍,因此在考慮加工成本和刀具成本的情況下,總的攻絲成本可降低66%。 

另一家制造商發(fā)現(xiàn),硬質(zhì)合金絲錐可以300sfm的攻絲速度加工A-36鋼件,從而可將加工時間縮短到30秒鐘加工4個3/8-16的孔。此外,一支硬質(zhì)合金絲錐可以完成通常需要3-4支高速鋼絲錐才能完成的加工任務(wù)。

上一頁:總結(jié)絲錐加工的幾個問題

下一頁:擠壓絲錐的應(yīng)用