内容屑丝锥结构分析

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1、内容屑丝锥结构分析内容屑丝锥与普通丝锥相比，最大的特点就是在切削部的前端开有容屑腔(图2．2)，从而切削部分成为悬臂梁。普通丝锥是实体对称结构，径向力可认为相互抵消，故一般不用考虑径向力对丝锥结构的产生的影响[21。但是对于内容屑丝锥而言，径向力会使切削爪产生较大的弹性变形，这种现象在加工塑性材料时更加明显。图2．2套式内容屑丝锥头部Fig．2．2Theheadofnestedhollow-centertaps2．1．2攻丝切削力对丝锥切削爪的影响由于径向力只，的作用，会导致切削爪发生微小的弯曲变形，这种微小的变形会使切削齿型发生歪斜，使得一侧的齿形增大Aa，而另一侧则减小Aa

2、(图2．3)[2Ho因为切削爪在偏载时产生的挠度是非线性的，所以当切削齿顺序切入时将使被加工螺纹的一侧齿形成一种曲线(图2．4)。从而使切削齿另一侧切削刃的负载逐渐增加，致使丝锥该侧刀齿磨损加剧【21

3、。图2．3切削爪受力产生弯曲变形眦1Fig．2．3Deformingofthestressedcrawls一实际齿形--一一理论齿形图2．4螺纹齿形对比瞳uFig．2．4Comparisonofthethreadprofile另外，径向力引起的变形还会造成丝锥切削部分的中径产生一个减小量△畋㈣，这在丝锥加工中是不允许的。因为当丝锥中径偏差正好为下偏差时，由于切削爪的变形量△d：的

4、原因使中径减小，将有可能使加工出来的螺纹孔中径变小导致丝锥导向部分无法西华大学硕士学位论文旋入已加工螺纹孔中【20】，故必须考虑由径向力产生的中径减小量，并适当的给予一定的公差补偿。影响内容屑丝锥切削爪刚度与强度的最重要的参数就是丝锥爪数和容屑腔直径。容屑腔直径增大，则可容纳更多的切屑，但过大的容屑腔直径将导致切削爪变薄，降低了切削爪的刚度。增加丝锥爪数可以使得每爪分担的切削载荷减小，但切削爪变窄，同样会影响切削爪的刚度。同时，过多的切削爪数会导致丝锥可重磨次数减少，也会增加攻丝时的总扭矩【2J。关于容屑腔直径该如何选择，国内外资料上均未见有详细的分析与选取方法，至于丝锥切削爪

5、数的选择，在一些文献中也只给出了经验推荐值14]【5】。为了确定较为合理的容屑腔直径和切削爪数目，必须对其进行优化设计。从金属切削机理入手，根据内容属丝锥切削时所产生的径向力和切向力，对切削爪进行受力分析、变形分析，从而推导出切削爪在切向力及径向力作用下的变形方程和最大应力方程；再按照被加工螺纹孔精度及丝锥强度的制约，建立起优化的数学模型。使用这个数学模型，就可以计算出内容屑丝锥的直径和切削爪数目的最佳值。2．2攻丝切削力的计算2．2．1采用理论公式推导计算参考文献[23】给出了丝锥攻丝时切削力的理论计算方法，该方法将攻丝时切削锥逐层切除金属所需的切削力等价于沿螺纹y型槽中一次

6、切除同样体积的金属所需的切削力。并将加工内孔的扩展的Shaffer公式与Armarego所建立的切削V型槽所需切削力的计算公式相结合而导出了攻丝时切削力的理论计算式：镏(·一昙)=一(叁一2y]COS(矽-4)一sin(≯+y)+暑COS矽+sin矽c2．-，式中：名⋯一切向力鲁⋯．刀尖上静压力与材料剪切屈服应力之比，表达式为：墨：—cos(2{b-—2y+／3)(2．2)——二=一～Z．Z，KsinB如图2．5所示，≯⋯．剪切角y⋯一前角∥⋯一摩擦角‘⋯螺纹小径巧⋯．螺纹大径f⋯．螺纹高度‘‘y角由下式求出：内容屑丝锥结构分析sin沪抑声叭叫)．№]2]裂咖宰-B+～／B2-

7、4AC．彳=羞+IN+sin2"y)]留(h+詈)留{、叫B=y+s；n2c≯一y，+[毒一，+cos2c矽一y，]留(矽一y+詈)图2．5单齿切内v型槽受力分析心∞Fig．2．5StressanalysisofturningV·groove(2．3)(2．4)当前刀面的摩擦系数取极限值∥=1时，摩擦角∥=45。，此时，由式(2．4)有么+占+C=0(2．5)由式(2．5)可求得极限摩擦角状态下的剪切角矽，将其代入式(2．1)，便可计算出切除工件螺纹y型槽金属所需的总切向力疋．8西华大学硕士学位论文由金属切削原理可知径向力厶一般为切向力Fci的0．15～o．7倍，加工韧性材料时

8、取较大值，脆性材料时取较小值【18】[19】。对于45钢取Fpi=0．3Fd(2．6)2．2．2采用经验公式推导计算有文献将攻丝过程类比于拉削过程，将丝锥切削部分设想为一把旋转拉刀，切削锥项刃按螺旋面展开，其半径逐渐递增形成齿升量。然后参照拉削力测量数据通过回归分析，推导出不同材料单位长度切削力的经验公式【241。对于中碳钢，其单位长度切削力为：瓦=957．439ao‘58(2．7)其单位面积切削力E，=瓦／a。艺=957．439a，’42(2．8)也可以通过经验攻丝扭矩公式计算出切削切向力