钛合金产品攻丝面临切屑细小易粘结、加工表面粗糙、扭矩大等问题,易导致加工硬化、效率低和丝锥折断。为此,应优先选用跳牙丝锥,齿数少(2~3齿),切削锥角大,锥度部分螺纹长度适中(3~4扣)。可在切削锥部分磨出负倾角以助排屑,选用短丝锥增强刚性,并适当加大倒锥部分以减少摩擦。
钛合金产品攻丝的技巧主要包括以下几个方面:
1. 选择合适的攻丝工具:
钛合金的硬度较高,需要选用专用的钛合金攻丝工具,功率和齿型要合适,才能满足攻丝要求。
优先选用一丝到位的跳牙丝锥,这种丝锥齿数较少,一般为2~3齿,切削锥角宜大,锥度部分一般为3~4扣螺纹长度,便于排屑。
2. 控制攻丝速度:
钛合金的导热系数较低,加工时热量容易积聚,因此攻丝速度需要适当控制,以避免过高的加工温度3。
推荐采用相对较小的切削速度,特别是在加工钛合金零件的小孔时4。
3. 优化丝锥设计:
增大容屑空间,减少齿数,并适当加大丝锥的倒锥部分,以减少丝锥与工件的摩擦。
可以考虑使用修正齿丝锥或跳牙丝锥,这些丝锥的设计有助于减小摩擦扭矩,提高攻丝效率。
4. 使用冷却液:
当加工特殊材料时,必须保证切削液到达切削刃,以改进冷却液的流量,可以考虑在丝锥的刃背上开冷却槽。
5. 注意前处理和操作:
攻丝前需要做好前处理,确保钛合金表面光滑、无残留物,否则会影响攻丝工具的使用寿命。
攻丝过程中,一旦感觉切削力过大,需立即停止工作,检查攻丝工具是否合适或是否需要调整参数。
钛合金产品加工螺纹推荐采取铣削螺纹方法,这样会降低很多失效。提升加工质量。


1、 丝锥材料的选用
采用硬质合金作为刀具,以提高生产率。应该选用与钛合金亲和力小、导热性能良好、强度高的细晶粒钨钴类硬质合金。同时丝锥也可选用高温性能好的高速钢:W2Mo9Cr4VCo8(M42)、 W6Mo5Cr4V2AI(501)及粉末冶金高速钢。其次,为提高丝锥的使用性能,还可以对丝锥表面进行涂层强化处理。可选用TiAlCN、TiCN、TiAIN 、TiN等涂层,涂层后的刀具表面有硬层,耐磨性好,与被加工材料间的摩擦系数小,但不降低基体材料的韧性,刀具的耐用度显著提高。

2、 丝锥结构的设计
在丝锥结构方面,首先应提高刀具材料的刚性,好的材料结合适当的刃具形式,才能发挥出较好的性能。可以根据需要选用直槽丝锥、跳牙丝锥及修正齿型角丝锥等多种形式。
(1)直槽丝锥。
a.丝锥前角和后角对其加工性的影响。
根据生产现场的观察,加工钛合金时,钛合金被切削时易产生弹性变形和弹性恢复,使摩擦力和切削力增大,刀具磨损加快,被切螺纹精度降低。丝锥的前刀面崩损严重,多发生在切削锥上接近导向部分附近,开始是单个螺牙崩掉,继而是几个螺牙的前刀面连片的崩掉。这是由于该部位的切削刃接近于螺纹外径,刀齿变尖,强度减弱。当前角较大时,强度减弱更为明显,刀刃受力集中在螺齿间部分,更易崩损。因此丝锥的合理前角应根据被加工钛合金材料的加工特性来选择,应选择较小前角,为此选前角为5°左右。
后角选择不当对丝锥崩齿也有一定的影响,如果切削锥的后角太大,则丝锥回攻时未脱落的切屑及已脱落细小切屑容易从刃瓣背后挤进去,而不是被切掉,与丝锥背面产生强烈的摩擦和挤压,有时也会引起丝锥前刀面的崩损。为了减小摩擦力和摩擦扭矩、避免丝锥粘屑、提高螺纹表面质量,将加工钛合金用丝锥后角加大为4°~8°。同时,整个丝锥牙型面应全齿铲背,保证齿侧后角为30′~40′。
b.普通材料通孔攻丝时,通常选取丝锥的切削锥长度L5=2P,切削锥度Kr=17°,每齿切削厚度ac=P·sinKr/N(N 为齿数),N =3,P=1时,ac=0.09745mm。钛合金通孔攻丝加工时,为降低攻丝切削力,选取切削锥长度L5=(10~20)P。为保证顺利导入螺纹底孔,按tanKr=(0.7~0.8)P /L 5 选取切削锥度,即Kr=4 °~2 °,每齿切削厚度:N=3,P=1时,ac=0.023~0.012mm;每齿切削厚度大幅减少。c. 为了减小摩擦和螺纹孔的扩张量,加大校准部分刀齿后角,将加工钛合金用丝锥的倒锥度加大至(0.04~0.08)mm/25mm。
d.精锥是攻丝加工时切制出最终完整牙型的精加工刀具,为了提高钛合金攻丝的螺纹尺寸精度和表面质量,必须提高精锥的尺寸精度和表面质量,减少切削载荷。
e.丝锥的槽形对加工的影响。丝锥容屑槽形状对切屑的形状有很大的影响,容屑槽应能保证切屑的顺利卷曲,并且有较大的容屑空间,对盲孔攻丝来说,这一点尤其重要。
(2)跳牙丝锥。
a.为了减小丝锥与工件上已切螺纹的摩擦力,在直槽丝锥或螺旋槽丝锥工作部分,同一刃瓣上的齿每隔一个去掉一齿,再把沿同一螺旋线方向相邻2刃瓣上去齿的部位做到相互错开一个齿,这种丝锥就成为跳牙丝锥。由于间隔去掉齿而留出的空间给钛合金工件的弹性变形留出了空间,减少了丝锥螺纹表面与工件螺纹表面间的摩擦力,降低了攻丝扭矩并减少了粘牙现象,改善了切削条件;同时去掉间隔齿而留出的空间可以容纳一部分切削液,使得冷却充分,降低切削热,进一步改善了切削条件。采用这种改进的丝锥加工钛合金上的螺纹,改善了螺纹的加工,效果十分明显。
b.加工跳齿丝锥时,其去齿形式为:保持切削锥部螺纹不变(即不改变切削图形和切削厚度),从切削锥部后的第二个完整齿开始,将校准部分构成螺旋线的各齿隔一圈去掉一圈,使丝锥切削条件有所改善,可以避免在校准部分发生熔敷现象。去齿时,齿形残留部分的最大直径,约等于丝锥小径或允许大于小径0.1mm,最好不大于攻丝前的底孔直径。应注意避免砂轮碰到两侧齿形的齿面。
c.同时还应注意,应在丝锥去齿前用三针测量中经,否则就难以测量。因为找不到既与丝锥在中经线附近相切,又与去齿后残留齿形不相碰的标准三针。
(3)修正齿型角丝锥。
a.普通丝锥的牙形角与被加工螺纹型面牙型角相等。
这样丝锥侧刃的隙角为0,切削钛合金工件时,由于弹性变形和弹性恢复,使得丝锥侧刃与工件摩擦较大,切削扭矩较大。为改善这种情况,可采用修正齿形角丝锥。
修正齿型角丝锥的牙型角小于被加工螺纹的牙型角,即当螺纹牙型角为60°时,修正齿型角丝锥的牙型角一般取为55°。由于丝锥采用55°齿型角在加工60°牙型角螺纹时,可保证丝锥和工件牙型间有足够的侧隙角,用于改善工件的弹性变形和弹性恢复,以减少摩擦使切削力下降。
b.丝锥螺纹部分的锥度。
修正齿形角丝锥的牙型角小于被加工螺纹的牙型角,通过理论分析,为了使丝锥加工出正确的被加工螺纹牙型,必须使丝锥每个切削齿的齿尖均落在被加工螺纹的牙型面上。为此,在磨制丝锥齿形时,须将丝锥切削锥上的最后一个齿高于第一个齿,使切削锥各齿抬到同一平面来磨削,使得丝锥切削锥部螺纹型面有一个逐渐增大的较大的锥度,也就是要求的反向锥度,这点是修正齿形角丝锥与普通丝锥最大的不同,普通丝锥切削锥部螺纹型面是一个逐渐减小的锥度。在加工钛合金时切削锥角取6°,修正齿形角丝锥的反向锥角可为39′。
c.丝锥的螺纹中径。
丝锥磨出反向锥度后,每个齿的中径都是不相同的,一般都测量第一个校准齿的中径,采用55°角用三针测量。加工钛合金时中径的计算式为:d20=d2-0.07P。
这种丝锥是将螺纹的成形原理由标准丝锥的成形法改为渐成法,采用此种丝锥在钛合金上攻螺纹时,与普通丝锥相比,切削扭矩可减小30%~35%;与跳牙丝锥比较,可减小20%~25%. 这种丝锥精度要求高,制造比较复杂。
3、 实际使用中的注意事项
攻钛合金螺纹时,切削液的选用是否恰当非常重要。一般以含CI、P的切削液效果较好,但用含CI极压切削液后必须清洗零件,以防止晶间腐蚀。
钛合金攻螺纹时底孔直径的选取尤为重要,可按牙高率(螺孔实际牙型高度与理论牙型高度的比值的百分率)不超过70%为依据来选取底孔直径大小:小直径和粗牙螺纹牙高率可小些,攻螺纹深度小于螺纹基本直径时可适当加大压高率。牙高率过大会增大攻螺纹扭矩、甚至折断丝锥。
