整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的設(shè)計(jì)工藝

1、整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的設(shè)計(jì)工藝*摘要:闡述了擠壓加工螺紋的優(yōu)點(diǎn)、整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的結(jié)構(gòu)與工作原理以及與切削絲錐的比較差異,介紹了整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。從試驗(yàn)結(jié)果分析和探討了整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐擠壓加工螺紋的應(yīng)用環(huán)境。關(guān)鍵詞:整體硬質(zhì)合金,擠壓絲錐,設(shè)計(jì)1引言擠壓絲錐廣泛應(yīng)用于汽車化油器、剎車閥鋁合金件、電子工業(yè)M6以下的各種螺紋攻絲、石油工業(yè)、機(jī)車工業(yè)、航空工業(yè)飛機(jī)起落架等等。擠壓絲錐加工螺紋是一種先進(jìn)的無(wú)屑成型(塑性變形)加工工藝。因?yàn)閿D壓加工無(wú)切屑,不會(huì)亂扣,不易出現(xiàn)偏擺,所以擠壓出來(lái)的螺紋孔不會(huì)擴(kuò)大,螺紋精度最高可達(dá)4H級(jí),螺紋表面粗糙度可達(dá)Ra0·40

2、83;2。擠壓螺紋的金屬組織纖維是連續(xù)的而不是切斷的,其強(qiáng)度比切削螺紋提高30%40%,由于擠壓的冷作硬化作用,螺紋表面硬度比心部提高40%50%,螺紋表面耐磨性優(yōu)于切削螺紋。由于擠壓絲錐無(wú)切削刃,無(wú)容屑槽,絲錐剛性好、強(qiáng)度高,防折斷安全性好,因此沒(méi)有崩刃現(xiàn)象。通常加工鋼時(shí)的壽命可提高510倍,加工有色金屬時(shí)壽命可提高近40倍,并且擠壓加工螺紋時(shí)的線速度比切削絲錐高得多。高速鋼(HSS)擠壓絲錐品種規(guī)格繁多,在塑性材料內(nèi)螺紋加工中應(yīng)用非常廣泛。硬質(zhì)合金擠壓絲錐出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代,受其外徑的限制,硬質(zhì)合金擠壓絲錐不能做作得很大,國(guó)外目前只有M10以下規(guī)格的產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)還尚無(wú)成熟的硬質(zhì)合金擠壓絲錐

3、產(chǎn)品。與高速鋼擠壓絲錐相比,硬質(zhì)合金擠壓絲錐具有更多的優(yōu)點(diǎn):相同規(guī)格的擠壓絲錐中硬質(zhì)合金擠壓絲錐的擠壓力下降6%30%;硬質(zhì)合金擠壓絲錐的擠壓螺紋表面粗糙度更低;硬質(zhì)合金擠壓絲錐的擠壓速度比高速鋼擠壓絲錐更高,壽命更長(zhǎng)。2整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的結(jié)構(gòu)及工作原理圖1是依據(jù)本設(shè)計(jì)制造的M6×1硬質(zhì)合金擠壓絲錐的外形圖片。整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的結(jié)構(gòu)及工作原理圖見(jiàn)圖2。整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐主要由工作部分和夾持部分組成。工作部分分為擠壓錐部ab(見(jiàn)圖2b)和校準(zhǔn)部。擠壓錐部為錐形,承擔(dān)內(nèi)螺紋的擠壓工作,以便使工件材料逐步產(chǎn)生塑性變形;校準(zhǔn)部的徑向剖面一般是多棱形(3、4、6棱等),圖2a中為四棱

4、形。徑向剖面多棱形隨錐度部分各剖面直徑的變化而變化,但剖面形狀基本不變,校準(zhǔn)部的第一扣牙用于使被擠壓螺紋最終成形,其余各扣主要用于絲錐導(dǎo)向和保證自動(dòng)進(jìn)給。徑向剖面中bc(見(jiàn)圖2a)為擠壓棱脊,擠壓絲錐沒(méi)有切削刃和容屑槽,通常在避空區(qū)開(kāi)有多條潤(rùn)滑油槽(見(jiàn)圖3),用于切削液潤(rùn)滑和冷卻絲錐,并納污。夾持部分結(jié)構(gòu)類似于切削絲錐。作為先進(jìn)的無(wú)屑擠壓加工的整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐,在其結(jié)構(gòu)和加工后的螺紋上與普通切削絲錐有很大區(qū)別(見(jiàn)圖3)。引導(dǎo)工作部分:切削絲錐具有不完全螺紋牙形切削齒及容屑槽,切削齒逐步切入,切屑由容屑槽排出;擠壓絲錐具有完全螺紋牙形擠壓引導(dǎo)錐,逐步擠入,無(wú)切屑產(chǎn)生。絲錐徑向剖面:切削絲錐呈

5、圓形,有容屑槽;擠壓絲錐呈多棱形,依靠棱脊(壓力點(diǎn))參與擠壓,無(wú)容屑槽,需要時(shí)可設(shè)通油潤(rùn)滑槽。加工后的螺紋:切削螺紋金屬組織纖維是被切斷的,齒頂平直;擠壓螺紋金屬組織纖維是連續(xù)的,齒頂呈“M”狀,擠壓螺紋齒頂是不平整的。3整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐的設(shè)計(jì)工藝與計(jì)算方法整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐是根據(jù)非圓形理論來(lái)設(shè)計(jì)螺紋齒形的。設(shè)計(jì)過(guò)程的參數(shù)主要包括擠壓錐部參數(shù)、校準(zhǔn)部螺紋牙型尺寸計(jì)算、絲錐棱邊參數(shù)、絲錐強(qiáng)度校核等四大關(guān)鍵要素。3·1擠壓錐部參數(shù)的確定(1)擠壓錐角Kr及錐部長(zhǎng)度ls合理選擇擠壓錐角Kr是保證硬質(zhì)合金擠壓絲錐良好加工性能的重要條件。一般可根據(jù)工件材料和被加工孔類型確定Kr和ls值,

6、見(jiàn)表1。(2)擠壓錐部前端直徑d3d3=d-2lstanKr式中,d為絲錐大徑。3·2擠壓絲錐校準(zhǔn)部螺紋牙型尺寸的計(jì)算(1)絲錐大徑d硬質(zhì)合金擠壓絲錐大徑d是其外徑高點(diǎn)的外接圓?？紤]到擠壓后螺孔中徑的收縮、絲錐磨損及大徑制造誤差,d可按下式計(jì)算為d=D+VBd+eD-d式中D螺孔的公稱大徑VBd大徑的磨損留量,VBd0·4TD2TD2內(nèi)螺紋中徑公差(按公差等級(jí)8級(jí)選用)eD螺孔大徑彈性收縮量,eD0·4TD2d大徑偏差,取相同規(guī)格切削絲錐大徑偏差的1/3,即d=Js/3Js切削絲錐大徑偏差(2)絲錐中徑d2擠壓加工后,由于金屬收縮,螺孔的中徑會(huì)產(chǎn)生縮小量,因此中徑

7、d2可按下式計(jì)算d2=D2+(Es-Em)+eD2-d2式中D2螺孔的公稱中徑eD2螺孔中徑的彈性收縮量,eD20·4TD2(Es-Em)切削絲錐的中徑公差d2中徑公差,取相同規(guī)格切削絲錐中徑公差的2/3,即d2=2(Es-Em)/3(3)絲錐小徑d1可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算為d1(max)=d1+Js式中d1(max)擠壓絲錐小徑的最大值d1切削絲錐小徑的最大值(按GB968-83取值)Js切削絲錐大徑偏差(4)確定螺距、齒形角及半角公差,校準(zhǔn)部長(zhǎng)度硬質(zhì)合金擠壓絲錐的螺距、齒形角及半角公差與硬質(zhì)合金切削絲錐的取值相同。校準(zhǔn)部長(zhǎng)度一般為8-10P,為了減小摩擦,將校準(zhǔn)部34個(gè)全齒形后沿整

8、齒形做成倒錐0·10·15/100。硬質(zhì)合金擠壓絲錐柄部的參數(shù)與切削絲錐相同。3·3硬質(zhì)合金擠壓絲錐棱邊參數(shù)的確定(1)棱邊數(shù)和寬度硬質(zhì)合金擠壓絲錐的棱邊數(shù)可根據(jù)表2的數(shù)據(jù)來(lái)確定。棱邊寬度通常取0·21·2mm,絲錐直徑增大時(shí),棱邊寬度也相應(yīng)增大。棱邊分布形式有直線形和螺旋形兩種,小直徑絲錐采用直線棱,大直徑絲錐采用螺旋棱。(2)棱邊鏟磨量硬質(zhì)合金擠壓絲錐的鏟磨曲線采用對(duì)稱分布的阿基米德螺旋線,其鏟磨量的取值原則是:在保證周邊牙型無(wú)畸變的前提下使擠壓扭矩盡可能小,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。】4試驗(yàn)方法根據(jù)上述計(jì)算思想設(shè)計(jì)和制作了M6×1和M8&

9、#215;1·25兩種規(guī)格的整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐,并在UCP1000加工中心上分三組試驗(yàn)擠壓鋁合金螺紋孔,分別觀察不同擠壓速度下及對(duì)比國(guó)外EMUGE廠家同規(guī)格高速鋼擠壓絲錐消耗的機(jī)床功率,取得了滿意的效果。(1)試驗(yàn)1試驗(yàn)?zāi)康?觀察不同擠壓速度下M6×1和M8×1·25整體硬質(zhì)合金擠壓絲錐擠壓力的大小,以機(jī)床消耗功率的百分比反映。機(jī)床:UCP1000加工中心;切削液:乳化液;被擠壓材料:YL12。預(yù)鉆底孔直徑:5·55mm(M6×1)、7·40mm(M8×1·25)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。螺紋牙型表面粗糙度達(dá)Ra0·4,用綜合螺紋量規(guī)檢查擠壓螺紋孔,螺紋牙型尺寸合格。(2)試驗(yàn)2試驗(yàn)?zāi)康?比較自行設(shè)計(jì)的M6