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1、整体硬质合金挤压丝锥的设计工艺*摘 要:阐述了挤压加工螺纹的优点、整体硬质合金挤压丝锥的结构与工作原理以及与切削丝锥的比较差异,介绍了整体硬质合金挤压丝锥的设计计算方法。从试验结果分析和探讨了整体硬质合金挤压丝锥挤压加工螺纹的应用环境。关键词:整体硬质合金, 挤压丝锥, 设计1 引言挤压丝锥广泛应用于汽车化油器、刹车阀铝合金件、电子工业M6以下的各种螺纹攻丝、石油工业、机车工业、航空工业飞机起落架等等。挤压丝锥加工螺纹是一种先进的无屑成型(塑性变形)加工工艺。因为挤压加工无切屑,不会乱扣,不易出现偏摆,所以挤压出来的螺纹孔不会扩大,螺纹精度
2、最高可达4H级,螺纹表面粗糙度可达Ra0·4~0·2。挤压螺纹的金属组织纤维是连续的而不是切断的,其强度比切削螺纹提高30%~40%,由于挤压的冷作硬化作用,螺纹表面硬度比心部提高40%~50%,螺纹表面耐磨性优于切削螺纹。由于挤压丝锥无切削刃,无容屑槽,丝锥刚性好、强度高,防折断安全性好,因此没有崩刃现象。通常加工钢时的寿命可提高5~10倍,加工有色金属时寿命可提高近40倍,并且挤压加工螺纹时的线速度比切削丝锥高得多。高速钢(HSS)挤压丝锥品种规格繁多,在塑性材料内螺纹加工中应用非常广泛。硬质合金挤压丝锥出现于上世纪90年代,受其外径的
3、限制,硬质合金挤压丝锥不能做作得很大,国外目前只有M10以下规格的产品,国内还尚无成熟的硬质合金挤压丝锥产品。与高速钢挤压丝锥相比,硬质合金挤压丝锥具有更多的优点:相同规格的挤压丝锥中硬质合金挤压丝锥的挤压力下降6%~30%;硬质合金挤压丝锥的挤压螺纹表面粗糙度更低;硬质合金挤压丝锥的挤压速度比高速钢挤压丝锥更高,寿命更长。 2 整体硬质合金挤压丝锥的结构及工作原理 图1是依据本设计制造的M6×1硬质合金挤压丝锥的外形图片。整体硬质合金挤压丝锥的结构及工作原理图见图2。整体硬质合金挤压丝锥主要由工作部分和夹持部分组成。工作部分分为挤压锥
4、部ab(见图2b)和校准部。挤压锥部为锥形,承担内螺纹的挤压工作,以便使工件材料逐步产生塑性变形;校准部的径向剖面一般是多棱形(3、4、6棱等),图2a中为四棱形。径向剖面多棱形随锥度部分各剖面直径的变化而变化,但剖面形状基本不变,校准部的第一扣牙用于使被挤压螺纹最终成形,其余各扣主要用于丝锥导向和保证自动进给。径向剖面中bc(见图2a)为挤压棱脊,挤压丝锥没有切削刃和容屑槽,通常在避空区开有多条润滑油槽(见图3),用于切削液润滑和冷却丝锥,并纳污。夹持部分结构类似于切削丝锥。作为先进的无屑挤压加工的整体硬质合金挤压丝锥,在其结构和加工后的
5、螺纹上与普通切削丝锥有很大区别(见图3)。引导—工作部分:切削丝锥具有不完全螺纹牙形切削齿及容屑槽,切削齿逐步切入,切屑由容屑槽排出;挤压丝锥具有完全螺纹牙形挤压引导锥,逐步挤入,无切屑产生。丝锥径向剖面:切削丝锥呈圆形,有容屑槽;挤压丝锥呈多棱形,依靠棱脊(压力点)参与挤压,无容屑槽,需要时可设通油润滑槽。加工后的螺纹:切削螺纹金属组织纤维是被切断的,齿顶平直;挤压螺纹金属组织纤维是连续的,齿顶呈“M”状,挤压螺纹齿顶是不平整的。 3 整体硬质合金挤压丝锥的设计工艺与计算方法 整体硬质合金挤压丝锥是根据非圆形理论来设计螺纹齿形的。设计
6、过程的参数主要包括挤压锥部参数、校准部螺纹牙型尺寸计算、丝锥棱边参数、丝锥强度校核等四大关键要素。3·1 挤压锥部参数的确定(1)挤压锥角Kr及锥部长度ls合理选择挤压锥角Kr是保证硬质合金挤压丝锥良好加工性能的重要条件。一般可根据工件材料和被加工孔类型确定Kr和ls值,见表1。(2)挤压锥部前端直径d3d3=d-2lstanKr式中,d为丝锥大径。3·2 挤压丝锥校准部螺纹牙型尺寸的计算(1)丝锥大径d硬质合金挤压丝锥大径d是其外径高点的外接圆。考虑到挤压后螺孔中径的收缩、丝锥磨损及大径制造误差,d可按下式计算为d=D+VBd+eD-Δd
7、式中 D———螺孔的公称大径VBd———大径的磨损留量,VBd≈0·4TD2TD2———内螺纹中径公差(按公差等级8级选用)eD———螺孔大径弹性收缩量,eD≈0·4TD2Δd———大径偏差,取相同规格切削丝锥大径偏差的1/3,即Δd=Js/3Js———切削丝锥大径偏差(2)丝锥中径d2挤压加工后,由于金属收缩,螺孔的中径会产生缩小量,因此中径d2可按下式计算d2=[D2+(Es-Em)+eD2]-Δd2式中 D2———螺孔的公称中径eD2———螺孔中径的弹性收缩量,eD2≈0·4TD2(Es-Em)———切削丝锥的中径公差Δd2———中径
8、公差,取相同规格切削丝锥中径公差的2/3,即Δd2=2(Es-Em)/3(3)丝锥小径d1可按以下经验公式计算为d1(max)=d1+Js式中 d1(max)———挤压丝锥小径的
