丝锥及其螺纹加工工艺的进展

　　丝锥是加工圆柱形圆锥形小孔径内螺纹，用得zui广泛的螺纹刀具之一。它是在钻头等加工出底孔上进行攻丝的，切削和排屑都是在极为狭窄的空间内进行，工作条件很差。加工时，它既要保证被加工螺纹孔的大径，中径，螺距，牙形角和光洁度达到规定的精度等级要求，还要求有较高的生产率。丝锥攻丝往往又是工件zui后一道加工工序，若丝锥折断或其它质量事故，导致工件报废，会造成很大经济损失，故又要求它有一定的安全保障性。目前工件材料发展得越来越多，高性能难加工的材料所占比率不断增加，这对丝锥又提出了更高要求。
　　
　　丝锥本质是一个螺栓。为了构成切削刃和容屑槽，在前端做出切削部分，并沿纵向或螺旋方向开有沟槽。丝锥种类很多有；手用丝锥，机用丝锥。螺母丝锥，梯形螺纹丝锥，管螺纹丝锥，锥螺纹丝锥，挤压丝锥等等。
　　
　　丝锥种类虽然很多，但它们在结构上有共同的组成部分，即由刀体和刀柄所组成。刀体由刀齿，容屑槽，芯部等构成。刀体又可将它分为带圆锥面的切削部分和圆柱面的校准部分。刀柄包括颈部和夹持部分。
　　
　　切削部分担负丝锥的整个切削工作，因有锥角，呈圆锥形，其上的刀齿的齿形与高度均是不完整的螺牙形状，切削负荷分配在这几个刀齿上。由于丝锥的切削负荷较重，前端剖面强度又较弱，因此必须正确设计切削部分锥度和长度等，以解决丝锥的负荷，强度与容屑之间的矛盾。锥角大，相邻刀齿高度相差大，每齿切削厚度大，刀齿负荷重，轴向力增大，切入导向性能变差，表面质量下降。故在加工质量要求较高时，锥角宜取小值。但在加工盲孔螺纹时，为获较长有效螺纹长度。锥角可取大值。一般机用丝锥的锥角约在4°-12°左右。切削部分刀齿数在样本中会注明如B3.5-5.5,C2-3,E1.5-2.分别表示各类丝锥按其不同尺寸该部分刀齿数范围。
　　
　　校准部分担负丝锥切削时的校准，修光和导向作用，也是丝锥重磨后的储备部分。它是具有完整齿形的圆柱部分。为减轻和工件螺纹间的摩擦。它的外径和中径向刀柄方向可作成倒锥。
　　
　　容屑槽数即构成每一圈螺纹上的刀齿数。槽数少刀齿较宽，容屑多不堵塞，排屑易，刀齿强度高，在切削层总面积不变的情况下，每齿切削厚度大，单位切削力，切削力矩减少。经验证明在一定的切削条件下，三槽丝锥比四槽丝锥可减少扭矩10%-20%。槽数多、丝锥导向性好，加工精度光洁度较高。故可按丝锥类型，尺寸，工件材料和加工螺纹要求而定。容屑槽方向在标准丝锥时为便于制造常做成直槽。但为改善排屑和切削，也可做成螺旋槽。螺旋槽相当于刃倾角。切通孔右螺纹时，槽向取左旋，使切屑向前排出。切盲孔右螺纹时，则应取右旋，以便切屑向后导出，不致阻塞於孔底。丝锥具有螺旋槽尚可提高加工质量，特别在加工不锈钢时。为改善直槽丝锥加工通孔时的排屑性能，可在其切削部分修磨出轴向负的刃倾角使切屑向前导出，减少积留在槽内，这样提高切削速度，扭矩减少，切削轻快。其校准部分的槽可做得浅些，丝锥强度也得以提高。这种丝锥也叫螺尖丝锥。
　　
　　丝锥的前角和后角均在端剖面测量，且均系指齿顶处的角度。加工塑性材料如钢，铝等，前角可取大些，加工铸铁可取小些。切削部分齿顶可铲磨出后角。加工材料软，后角可磨大些。加工盲孔螺纹的丝锥，或加工后需反转退出的丝锥，为防止它们倒转时切屑楔入刀齿后刀面背部和工件螺纹表面之间而产生刀齿损伤，后角宜取小些。
　　
　　德国BASS公司是世界有名专业生产丝锥及其它螺纹切削工具的公司。他们制造丝锥的材料是高速钢，粉末高速钢，硬质合金。表面涂层有；TiN（金色）,TiCN（蓝灰色）,TiAlN+WC/C（HL）（暗灰色）,纳米结构TiAlN（FNT）（紫灰色）等,表面处理有；氮化（NIT）（黑色）,蒸汽发黑处理（VAP）（黑色）等.按不同加工要求，可将不同材料与不同表面涂层，不同表面处理配合使用，以发挥zui大的切削效益。它们的品种若以常用粗牙公制螺纹机用丝锥为例，可分五类：⑴多品种广用（Variant）螺尖丝锥类-其特点是直槽，具有带尖的顶角，实际各槽在*处轴向以螺线形态构成比其它产品更长的负刃倾角，螺线在丝锥顶部汇合成尖点（Sprialpoint）。这种结构用于加工通孔螺纹，可更好促使切屑向前排出。本类有多种材料与结构组合，以适不同工件材料攻丝。它们分别有适合一般材料加工的N型；适合高强度材料加工的H型；适合不锈钢加工的VA型；适合镍和镍合金加工的Ni型；适合钛和钛合金加工的Ti型；适合高强度镍钛合金的TiH型；适合软材料的W型；适合高速攻丝的HST型等。⑵*结构（Avant）类-特点为具有12°-20°螺旋槽角,适盲孔攻丝，切屑向后排出。可加工2倍直径深度螺孔。此类也有分别适合加工一般材料，不锈钢，高强度钢，镍和镍合金，钛和钛合金，镍钛合金和铸铁，铸铝等的型号。⑶杰出（Dominant）类-其特点是结构上具有大的螺旋槽角38°-45°。适盲孔攻丝，zui大可加工3倍直径深度螺孔。它也有分别适合加工多种材料，一般材料，不锈钢，高强度钢，软材，韧材，高速攻丝等型号。⑷立异（Vario）类-具有直槽,但结构允许既可加工通孔，又可加工不通孔螺纹。适短屑材料加工。切屑容纳在容屑槽中。它有分别适合加工一般材料，高强度钢，灰铸铁，黄铜等型号。⑸强韧持久（Duramax）类-这类均为挤压丝锥，挤压丝锥是通过其刃齿挤入工件使金属产生塑性变形而加工出螺纹。挤压出的螺纹光洁度高，螺纹的金属纤维不断裂，并形成一层ā密的冷硬层，强度高，寿命长。丝锥的耐用度亦远高于普通丝锥。其外形与普通丝锥相似，由圆锥形的挤压部，圆柱形的校准部和柄部组成。它可由整体硬质合金，粉末高速钢制成。可有有冷却润滑油槽和无油槽两种。粉末高速钢制的润滑油槽有径向和轴向排出两种。硬质合金制的仅轴向排出一种。它们的涂层分别为TiN和TiCN。挤压丝锥有自导性能，一般攻丝机床上可用。但所需扭矩比切削丝锥大约1-1.5倍。适加工塑性材料如软钢、铝合金、铜、奥氏体不锈钢等。
　　
　　下面以它们的新产品来说明一下丝锥及其加工工艺的新进展：
　　
　　高速攻丝（HST）丝锥-它有分别用于通孔与盲孔两类。通孔用的为直槽螺尖丝锥，粉末高速钢制，TiN涂层。不通孔用为方便排屑的加长45°螺旋槽丝锥，高速钢制加多种表面涂层与处理。若以切削普通结构钢为例，一般丝锥切削速度可用20-30m/min,而用同类型的高速攻丝丝锥加工通孔切削速度可达20-80m/min.加工不通孔可达20-60m/min.在加工不同材料时,高速攻丝锥可比普通丝锥生产效率可能高一倍多乃至2倍以上。小直径丝锥-Bass公司生产的zui小直径机用和挤压丝锥为Ф1mm。分属Vario类和Duramax类。两者均可加工通孔与不通孔。
　　
　　超长刀杆丝锥-Bass公司的机用丝锥zui长可达100mm-280mm。挤压丝锥zui长可达100mm-200mm。
　　
　　高精度刀柄-几类高精度丝锥刀柄精度达h6，更易提高安装精度和加工质量。
　　
　　整体硬质合金丝锥-Bass公司生产的整体硬质合金丝锥，既有机用一般切削加工用的，也有挤压加工用的。均是用超微粒硬质合金制造，它韧性高，强度、硬度也都较高。它的耐磨性远高于高速钢丝锥。但制造比高速钢丝锥困难。硬质合金丝锥可加工铸铁、铝合金、硬青铜、耐热合金、淬火钢、硬塑料、玻璃钢等等。加工质量包括精度，光洁度均高。按不同被加工材料其zui高切削速度也可达60-80M/min。
　　
　　Bass公司的硬质合金丝锥zui小直径为Ф1mm。丝锥在加工时，承受扭矩大，小尺寸丝锥易畸变，折损。硬质合金丝锥由于自身具有较高刚性，扭转变形小，损伤小，寿命长。细晶粒硬质合金制造的丝锥刃口易磨得锋利，切削力减少，适精密加工。但脆性大，使用时应注意受力均衡，使用安全扭矩夹头。
　　
　　攻丝过程是在有限空间中进行的，丝锥在半封闭状态下工作，切屑排出不畅，丝锥与工件及切屑间的摩擦大，产生的大量切削热不能及时排出，易造成丝锥损伤。耐用度下降，生产率也降低了。因此，除了从丝锥结构参数的设计采取措施改善排屑外，选用合适的冷却润滑油也很要紧。我们知道两个摩擦表面间压力若不大时，加适当粘度的矿物油，两者之间被弹性流体油膜隔开为理想的弹性流体润滑状态。摩擦表面间压力增大后，其间润滑油膜会减薄，当因压力增大，而使其厚度相当粗糙度高度时，这种润滑状态为边界润滑。边界润滑又分低温低压、高温、高压、高温高压等四种。其中高温高压边界润滑又称极压润滑状态。极压润滑状态，加一般油性添加剂还不行，必须加含硫、磷、氯等有机化合物的极压添加剂，以减少摩擦。金属切削大多属边界润滑状态。丝锥在攻丝过程中处于半封闭状态下，切削条件恶劣，宜加加极压添加剂的冷却润滑油。这样既可减少切削力矩，又可提高加工质量。