一种先端丝锥及其应用

摘要

本发明公开了一种先端丝锥，包括柄部、颈部和工作部，工作部上加工有芯部、校准部、切削部和容屑槽，切削部位于工作部的最前端，校准部和切削部上均加工有螺纹。对于规格M8～M14丝锥增加了槽数，从而增加芯部直径；提出了使切削厚度精确控制在0.05～0.06mm之内的观点以及降低校准部长度从而减小切削阻力的观点；本发明提出了丝锥颈部、柄部和容屑槽长的设计思路，增加了丝锥抗扭断能力，提高了夹紧力，有效降低了攻丝不同步的风险。本发明的先端丝锥的强度高，可用于加工HRC32以上的调质钢件。

说明书

技术领域

本发明属于丝锥技术领域，特别涉及一种先端丝锥及其应用。

背景技术

内螺纹的加工主要有两种方法，分别为螺纹铣刀圆弧插补铣削和丝锥攻丝。螺纹铣刀加工范围广，相同螺距螺纹可用一把刀加工，并且不受工件材料及硬度限制，几乎可加工大多数常见材料。但螺纹铣刀在铣削过程中寿命短、成本高、效率低、稳定性差，易产生让刀现象，加工过程需高频次检测，并且换刀调试过程繁琐，不适用于批量自动线生产。丝锥是最常见的内螺纹加工刀具，具有效率高、尺寸稳定及换刀调试简单的特点，大多用于硬度在HB150-300的工件，但普通丝锥易发生折断，从而造成整个工件报废，尤其对于硬度在HRC32以上的高硬度工件，丝锥的寿命低，折断频率高，给生产加工过程带来了很高的废品率和不确定性风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种先端丝锥及其应用，能够加工硬度在HRC32以上的高硬度工件，丝锥的寿命长，抗扭断能力提升，折断频率低。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种先端丝锥，包括柄部、颈部和工作部，工作部上加工有芯部、校准部、切削部和容屑槽，切削部位于工作部的最前端，校准部和切削部上均加工有螺纹；

当先端丝锥规格为M8～M14时，容屑槽的槽数为4槽；容屑槽的长度为工作部长度与所述先端丝锥公称直径之和；

颈部直径比被加工工件螺纹底孔直径小0.2mm，柄部直径取接近丝锥公称直径的整数值。

进一步，工作部的切削工作牙数为12-15。

进一步，校准部长度为4～8扣。

进一步，刀具材料采用T15粉末高速钢和AT涂层。

进一步，工作部硬度为HRC64～66，柄部和颈部硬度为HRC40～45。

所述先端丝锥能够用于加工HRC32以上的调质钢件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的先端丝锥，包括柄部、颈部和工作部，工作部上加工有芯部、校准部、切削部和容屑槽。对于常用丝锥规格M8～M14，容屑槽数目由3槽增加为4槽，从而增加芯部直径，丝锥抗扭强度可提高10％～15％；容屑槽的长度设计为丝锥工作部长度与丝锥公称直径之和，减少容屑槽对丝锥颈部强度的削弱；柄部直径选取接近丝锥公称直径的整数值，和标准丝锥柄部相比夹持接触面积可增加20％～30％，提高了夹紧力，降低了攻丝不同步导致丝锥折断的风险；同时还提出丝锥颈部直径比螺纹底孔直径小0.2mm的设计思路，和标准丝锥相比，颈部截面积可增加10％～15％，抗扭断能力增加15％～20％。这样就可以提高先端丝锥的使用寿命，抗扭断能力总体提升，具有较高的可靠性和稳定性。

进一步，发明根据被加工工件的螺纹底孔直径，调整切削工作牙数为12-15，确保切屑厚度精确的控制在0.05-0.06mm之间，此切削厚度排屑最为顺畅，同时每个刃口切削负载较低，切削阻力小，切削轻快。

进一步，将校准部长度由标准12～15扣螺距缩短为4～8扣，能够大幅减少丝锥与内螺纹的接触面积，使摩擦阻力降低50％左右。

发明进一步，刀具材料采用T15粉末高速钢和AT涂层，T15粉末高速钢具有较高的耐磨性、红硬性和强度，适用于重载切削，AT涂层具有较高的红硬性和硬度，具有优异的抗氧化性和低热导率，有利用丝锥进行高速加工。以M10先端丝锥为例，普通先端丝锥材料为M35，涂层为TiN，加工40CrMoH调质钢，硬度为HRC33～35，丝锥寿命一般不超过200个孔，且加工状态不稳定，折断是其常见的失效形式；本发明所设计的丝锥在同样情况下可加工2000个孔，且未发生折断现象，加工过程平稳，丝锥主要失效形式为磨损和轻微崩刃。

本发明的先端丝锥的强度高，可用于加工HRC32以上的调质钢件。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为切削部螺纹截形放大图；

其中，1为柄部，2为颈部，3为容屑槽，4为校准部，5为切削部，6为芯部，7为切削齿。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1～2所示，本发明的先端丝锥，包括柄部1、颈部2和工作部，工作部上加工有芯部6、校准部4、切削部5和容屑槽3，切削部5位于工作部的最前端，校准部4和切削部5上均加工有螺纹。主要从以下3个方面进行了改进和创新，以M10先端丝锥为例进行说明：

(1)结构增强设计

丝锥结构增强设计主要从三个方面进行改进。首先，根据丝锥槽数选用标准，对于常用丝锥规格M8～M14，容屑槽数目由3槽增加为4槽，从而增加芯部直径，丝锥抗扭强度可提高10％～15％；其次，容屑槽3的长度为丝锥工作部分长度+丝锥公称直径，减少容屑槽对丝锥颈部强度的削弱；最后，颈部2直径设计为比被加工工件螺纹底孔直径小0.2mm，丝锥颈部2的截面积可增加10％～15％，抗扭断能力增加15％～20％，增加夹持接触面积20％～30％，提高了夹紧力，降低了攻丝不同步导致丝锥折断的风险。

以M10丝锥加工直径为8.6mm的螺纹底孔为例，颈部2的直径由标准Φ8.0mm增加为Φ8.4mm，截面积增加了10％，抗扭能力增加了15％以上；柄部1的直径由标准Φ8.0mm增加为Φ10mm，夹持接触面积增加了25％，提高了夹紧力，有效降低了攻丝不同步的风险。

(2)减阻结构设计

在攻丝过程中，丝锥的工作阻力主要来自两个方面，一是丝锥刃口所产生的切削力，二是丝锥校准部4螺纹牙与工件内螺纹所产生的摩擦阻力。针对这两个阻力，对其进行了分析，并对丝锥结构进行了改进。

首先，合理分配切削部5各处牙在攻丝时所产生的切屑厚度。对于常见规格M8～M14可将容屑槽3的槽数由三槽改为四槽，保证切削齿7的工作牙数为12-15(见图3)，切屑厚度精确的控制在0.05-0.06mm之间，以M10标准先端丝锥为例，切屑厚度一般在0.08-0.1mm，切削厚度的减小会使每个刃口切削负载降低，切削阻力减小，使切削更轻快。其次，减少丝锥校准部4牙数，此种丝锥多用于加工中心刚性攻丝，攻丝精度主要靠机床保证，因此将校准部4的长度由12～15扣缩短为4～8扣，丝锥与内螺纹的摩擦阻力可降低50％。

(3)材料及涂层

普通丝锥采用的材料大多为M2(W₆Mo₅Cr₄V₂)型号高速钢，M2高速钢具有较好的韧性和强度，在刀具行业中使用广泛。常用的丝锥涂层为TiN(黄色)和TiCN(灰黑色)，因其具有较低的摩擦系数且价格便宜而广泛用于各类丝锥。本发明所研发的丝锥主要用于难加工工件，需要强度高、综合性能好的材料和涂层。通过对各种高速钢及涂层的成分和性能进行分析，最终选定刀具材料为T15粉末高速钢和AT(AlCrN)涂层，本发明的先端丝锥的工作部硬度为HRC64～66，柄部和颈部硬度为HRC40～45。T15粉末高速钢韧性与M2高速钢基本一样，耐磨性是M2高速钢的5-7倍，含有较高成分的Co和V，相对M2具有优异的红硬性和强度，适用于重载切削。

AT涂层的摩擦系数与TiN涂层基本一样，硬度与红硬性均高于TiN涂层，因此更加耐磨。另外AT涂层具有优异的抗氧化性和低热导率，有利用丝锥进行高速加工。

通过对丝锥材料、涂层及结构的改进，已在HRC33-35的调质钢件上做过实验，说明本发明的先端丝锥可用于硬度HRC32以上的调质钢件攻丝，寿命是普通丝锥的5-10倍，抗扭断能力总体提升60％以上，适合自动化线使用，具有较高的可靠性和稳定性。以M10先端丝锥为例，普通先端丝锥材料为M35，涂层为TiN，加工40CrMoH调质钢，硬度为HRC33～35，丝锥寿命一般不超过200个孔，且加工状态不稳定，折断是其常见的失效形式；本发明所设计的丝锥在同样情况下可加工2000个孔，且为发生折断现象，加工过程平稳，丝锥主要失效形式为磨损和轻微崩刃。

本发明的先端丝锥的具体使用方法为：

1、将丝锥装夹在ER刀柄或液压刀柄上，夹紧；

2、将刀柄装到机床主轴上，进行对刀调整，确定安全平面及攻丝深度，要保证不干涉；

3、输入合理的转速及正确的进给量，确定攻丝程序正确；

4、关闭机床安全门，开始攻丝。