整体硬质合金挤压丝锥的设计工艺

《整体硬质合金挤压丝锥的设计工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整体硬质合金挤压丝锥的设计工艺（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

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,螺纹精度最高 可达4H级,螺纹表面

2、粗糙度可达Ra0402。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 510 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,受其外径的限制,硬质合 金挤压丝锥不能做作得很大，国外目

3、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M6X1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。(a)(h)图2硬质含金挤压丝锥的结构及工作原理iff压儀洋皿如 DeUijrIMatl x挤压復愕图1整体硬质合金挤压线锥的外形图整体硬质合金挤压丝

4、锥主要由工作部分和夹持 部分组成。工作部分分为挤压锥部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

5、质合金挤压 丝锥， 在其结构和加工后的螺纹上与普通切削丝锥有很大区别（见图 3）。成塑引辱锥tF讪图3倾质合金挤压丝锥与切削丝锥比较引导工作部分: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

6、锥是根据非圆形理论来设 计螺纹齿形的。设计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。31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。表I孔的类型心孔6PIff2P(2) 挤压锥部前端直径 d3 d3=d-2lstanKr式中,d为丝锥大径。32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

7、按下式计算为d二D+VBd+eD- d 式中D螺孔的公称大径VBd大径的磨损留量,VBd04TD2TD2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，eD04TD2 d大径偏差，取相同规格切削丝锥大径偏差的1/3,即 d=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d2二D2+(Es-Em)+eD2- d2 式中D2螺孔的公称中径eD2螺孔中径的弹性收缩量，eD204TD2(Es-Em)切削丝锥的中径公差 d2中径公差，取相同规格切削丝锥中径公差的 2/3, 即 d2=2(Es-Em)/3(3)

8、丝锥小径dl 可按以下经验公式计算为 d1(max)=d1+Js式中dl(max)挤压丝锥小径的最大值dl切削丝锥小径的最大值(按GB968-83 取值)Js切削丝锥大径偏差(4) 确定螺距、齿形角及半角公差, 校准部长度 硬质合金挤压丝锥的螺距、齿形角及半角公差 与硬质合金切削丝锥的取值相同。校准部长度一般 为8-10P,为了减小摩擦，将校准部34个全齿形 后沿整齿形做成倒锥01015/100。硬质合金挤压丝锥柄部的参数与切削丝锥相同。33硬质合金挤压丝锥棱边参数的确定(1)棱边数和宽度 硬质合金挤压丝锥的棱边数可根据表2的数据 来确定。棱边宽度通常取0212mm，丝锥直径增 大时， 棱边宽

9、度也相应增大。棱边分布形式有直线 形和螺旋形两种，小直径丝锥采用直线棱，大直径丝 锥采用螺旋棱。螺孔人傥1百棱边数N346(2)棱边铲磨量硬质合金挤压丝锥的铲磨曲线采用对称分布的 阿基米德螺旋线， 其铲磨量的取值原则是:在保证周 边牙型无畸变的前提下使挤压扭矩尽可能小，具体 数据见表 3。棱边数舌斗56铲磨量K0.067D0.05 D0.03D0.02D若棱边数为3、4 5、6以外的值，则K值可按E 式计算K= ( J- 2lslanK/N23.4硬质合金挤压丝锥强度校核(1)挤压扭矩的计算挤压丝锥的挤压扭矩计算可采用下列理论计算 公式_1.55PME】山an a)/= PFri+ (E2+

10、P)(l-3Ei+ 0. 7E2)式中 P= 8ot_ j ( d- Dj( /+ 2“i丿r，_26( 6|+ ai)其中，1= y- (&2- DJtan 昔b =-(d- djlan_a2S丝锥硬质合金材料的剪切强度Ei 丝锥硬质合金材料的弹性模量E2工件材料的弹性模量 摩擦系数F挤压力I 当量接触长度(2)断裂扭矩及安全系数的计算 断裂扭矩的计算采用如卜通用公式M*p= Jp ( d2- 5K)( d?- 3K)2式中机床主轴转速安全系数MkM .4 试验方法根据上述计算思想设计和制作了 M6X 1和M8Xl25两种规格的整体硬质合金挤压丝锥，并在UCP1000 加工中心上分三组试验挤

11、压铝合金螺纹 孔， 分别观察不同挤压速度下及对比国外 EMUGE 厂家同规格高速钢挤压丝锥消耗的机床功率，取得 了满意的效果。(1)试验1试验目的:观察不同挤压速度下M6X 1和M8X125整体硬质合金挤压丝锥挤压力的大小，以机 床消耗功率的百分比反映。机床:UCP1000加工中 心；切削液:乳化液；被挤压材料:YL12。预钻底孔 直径：5 55mm(M6Xl)、7 40mm(M8X 1 25)。试验结果见表4 。编号规格挤压甌 nun挤压連度I； f iu/rnin)进给擁f(rttii/ r)消枉机庸 功率(負)TOIM6x【IK5I7TU2Mftx 1IN10112103M6x 1IK2

12、0115T0411835J18T05MBx 1.25IS1.25HT06M8x .251R20L2515T07IWRx 1.25IS401.2520TG8MS L251860L2522TC9M8x L2518100L2536螺纹牙型表面粗糙度达Ra04，用综合螺纹量 规检查挤压螺纹孔， 螺纹牙型尺寸合格。(2)试验2试验目的：比较自行设计的M6X 1整体硬质合 金挤压丝锥和 EMUGE 高速钢挤压丝锥挤压力的大 小，通过消耗机床功率的反映，观察挤压丝锥磨损情 况，比较两种挤压丝锥的寿命。机床:UCP1000加工 中心；切削液:乳化液；被挤压材料:硅铝合金,Si%=10；螺纹底孔直径：555mm

13、。试验结果(功率消 耗数据)见表5。编号规格挤压长度(mm)挤压速度V,(m/min)进给量丿 mm / r消耗机床 功牢他)T10M6x 11840E20T1111860I22T13( EMUGEI184nI30T13( EMUGEJ1IS60133加工10000个孔后,T13可显著看出挤压锥尾部 严重磨损，不能再加工;T10、Til、T12完好,仍可继 续加工。加工完20000个孔后,T12已极限磨损，不 能再加工, 而 T10 和 T11 还没有明显的磨损痕迹, 估 计还可继续加工 10000 孔以上。5 试验分析与结论 整体硬质合金挤压丝锥主要适用于延伸率6鼻 10%的钢、不锈钢、有色

14、金属及Si含量W10%铝硅 合金的内螺纹通孔或盲孔的挤压加工。它可在较高 挤压速度下工作, 挤压力小, 寿命长; 而高速钢挤压 丝锥挤压力大, 加工出来的螺纹表面粗糙度比硬质 合金挤压丝锥加工的螺纹差。 挤压力与下列因素有关： 被挤压材料的延伸率 6 (%) 和硬度, 挤压丝锥的铲背量, 挤压引导锥的大 小, 挤压丝锥的螺距, 挤压速度以及预钻底的孔径 等。螺纹底孔直径的减小将提高挤压力, 本试验中 的螺纹底孔直径是基于挤压过程金属体积不变的原 理, 挤压成型的螺牙高度为理论高度的 80%左右, 为使挤压工作顺利进行, 应严格控制螺纹底孔直径 的公差。试验表明, 本公司研制的整体硬质合金挤压丝 锥的性能优良, 挤压力与丝锥寿命大大超过 EMUGE 公司高速钢挤压丝锥。目前硬质合金挤压丝锥在生产中的应用正在不 断扩大, 但至今尚无硬质合金挤压丝锥的国家标准, 本公司已经成功研制出 M10 以下的整体硬质合金 挤压丝锥。因此, 建立和完善整体硬质合金挤压丝 锥产品的系列化、标准化工作、促进整体硬质合金挤 压