挤压丝锥螺纹的磨削加工

随着有色金属、合金以及其它具有良好塑性、韧性的材料的广泛应用，采用普通丝锥对这些材料进行内螺纹加工已难以达到精度要求。长期的加工实践证明：仅仅改变切削丝锥的结构(如寻求最佳的几何形状)或采用新型的丝锥材料，已不能完全满足高质量、高生产率和低成本加工螺孔的要求。

“冷挤压无屑加工”是一种新的内螺纹加工工艺方法，即在预制工件底孔上，采用无屑丝锥(挤压丝锥)冷挤压的方法使工件产生塑性变形从而形成内螺纹。由于采用冷挤压无屑加工能完成普通丝锥切削加工无法胜任的内螺纹加工，因此该工艺的应用日益广泛，而挤压丝锥的磨削加工也越来越受到人们的重视。

1 挤压丝锥锥部的磨削

挤压丝锥的结构类似于切削丝锥，其锥部剖面见图1。

图1

1) 常用挤压丝锥锥部的磨削

常用挤压丝锥的锥部结构形式为圆柱形或圆锥形。

圆柱形挤压锥部(见图2)

图2

由于这种丝锥其锥部仅外径有锥度而中径没有锥度，因此这种挤压丝锥锥部磨削方法简单，与普通切削丝锥相同，此不赘述。

圆锥形挤压锥部(见图3)

图3

圆锥形挤压锥部是最常用的无屑丝锥挤压锥部，它具有挤压轻快、扭矩小、被加工螺纹粗糙度好等优点。由于其外径和中径均有锥度，因此这种挤压锥部的磨削比圆柱形挤压锥部复杂：磨削时其中径挤压锥角a通过锥度靠模板来实现 ，靠模板随工作台移动并驱动砂轮架做径向移动，完成无屑丝锥挤入锥角的磨削。

值得注意的是：该丝锥的挤压锥角与靠模板的角度存在如下关系：

tanf=i tana

(1)

式中f——锥度靠模板的工 作斜角
a——丝锥的挤压锥角
i——螺纹磨床螺纹机构的传动比

例如：常用挤压丝锥圆锥形锥部的挤压锥角a为1°30，若在螺纹磨床Y7520W上加工，将Y7520W磨床螺纹机构传动比i=3.04682代入上式，有tanf=3.04682×tan(1°30) =3.04682×0.026185921=0.079783789，则f=arctan(0.079783789)=4°33 42"。

图4

磨削加工时所用锥度靠模板分为固定式和可调式两种：固定靠磨板(见图4)用于专用锥度的磨削，调整方便；可调靠磨板(见图5)因其可调式结构避免了磨削每一种锥度都要换一种靠磨板的麻烦，可用于多种锥度的磨削。

图4

图5

挤压丝锥的铲磨过程中，由于磨螺纹时已对螺纹中径进行了铲磨，因此铲磨完螺纹后再磨外圆时通常不卸夹头，以保证螺纹质量同时保证磨外圆与磨螺纹时有相同的定位基准。

2) 新型结构挤压丝锥锥部的磨削

图6所示为一种新型结构的挤压丝锥锥部，其显著的特征是牙形对称、牙顶螺距相等。这种挤压锥部的丝锥完全消除了螺距的变化，由于牙形角完全相等，螺纹内径不是圆锥形而是圆柱形，因此增加了丝锥的强度和刚度，提高了挤压丝锥的使用寿命，加工时挤压扭矩小。但这种新型结构锥部的制造相当复杂，在磨削锥部螺纹牙形时，要从牙形的两侧分别进行磨削(见图&)：磨削螺纹牙形右侧面时，从1点开始，螺距为P+B₁；磨牙形左侧面时，从2点开始，螺距为P-B₁。B₁为螺距修正值且B₁=Ptanatan(b/2)(a为挤压锥角，b为齿形角)。

图6

2 挤压丝锥横截面的磨削

因为不同的螺纹磨床铲磨时的运动系统不一样，因此，尽管采用同样的铲磨凸轮、采用相同直径的砂轮、选择相同的铲磨量，但丝锥横截面的几何形状仍将是不同的。所以在铲磨丝锥截形时，需校对丝锥铲磨量，否则丝锥易出现尖齿或折齿，导致丝锥报废。

通过分析机床砂轮的铲磨运动得知丝锥横截面曲线是由砂轮半径、铲磨量K、砂轮中心线与工件中心线的距离以及工件大小等参数所决定的一条铲磨曲线。通过建立坐标方程，得出一个铲磨量的临界值，即

K =2R_s(R_m+R_s)/Z²R_m

(2)

式中 K ——铲磨量
R_s ——丝锥半径
R_m ——砂轮半径
Z ——丝锥的棱数(齿数)

当图纸给定的铲磨量比式(2)计算的值小时，则能铲磨出完整的丝锥截形，其截形最高点就是铲磨前的大径；若图纸给定的铲磨量比计算值大时，则铲磨后的横截面形状出现尖齿形，同时其大径减小。因此，合理选择铲磨量，铲磨出适当的棱尖宽度 f (通常 f 为0.2～1.2mm)是磨削挤压丝锥的关键所在。

对于棱数为3、4、5、6的挤压丝锥，若棱边交点(即横截面的最高点)的曲率半径为零，则其铲磨量分别为：

K₃=2R_s( R_m+R_s)/(9R_m)
K₄=2R_s (R_m+R_s)/(16R_m)
K₅=2R_s(R_m+R_s)/(25R_m)
K₆=2R_s(R_m+R_s)/(36R_m)

(3)

以Y7520W螺纹磨床(砂轮半径R_m为200mm)加工M10挤压丝锥(R_s=5mm)为例，根据式(3)可计算出最大铲磨量为

<DIV align=left>K₃=2R_s(R _m+R_s)/(9R_m)=1. 14mm
K₄=2R_s(R_m+R_s)/(16R_m)=0.64mm
K₆=2R_s(R_m+R_s)/(36R_m)=2.85mm</DIV>

当铲磨量小于临界值时，棱边的交点有一小段圆弧，铲磨出的横截面截形见图7；

当铲磨量等于临界值时，棱边的交点无圆弧，即R =0)，铲磨出的横截面截形见图8；

当铲磨量大于临界值时，铲磨出的圆棱形横截面顶部为折点，同时丝锥大径减小(铲出的横截面截形见图9)。此时铲磨量越大，折齿现象越严重，导致丝锥报废。因此，在进行挤压丝锥铲磨时，一定要避免出现这种现象。

图7

图8

图9

综上所述，挤压丝锥锥部的磨削、铲磨量的选择对挤压丝锥的使用寿命、螺纹加工质量起着重要作用。笔者希望自己在挤压丝锥磨削加工方面的初识浅见能对同行有所裨益。