挤压丝锥用于加工调质钢曲轴

刘奎丰李凤权朱进军岳欣敬德胜哈尔滨东安汽车动力股份有限公司 2014-08-25

由于传统切削丝锥在加工中存在诸多问题，本文结合曲轴的实际生产情况，应用挤压丝锥进行了对比试验，取得了显著效果。挤压丝锥由于具有无切屑，加工后的螺纹具备强度高、精度高和表面粗糙度好等优点已经得到越来越广泛的应用。

传统切削丝锥在加工中存在很多问题，如打齿、缠屑和异常折断等情况，导致工件出现掉扣、乱扣以及表面粗糙度超差等。挤压丝锥由于具有无切屑，加工后的螺纹具备强度高、精度高和表面粗糙度好等优点已经得到越来越广泛的应用。但目前通常都认为挤压丝锥只适用于加工铝（合金）、铜（合金）等材质较软的材料，而不适合应用于加工调质钢类硬度和强度较高的材料，特别是在这些材料经过热处理强化之后。

针对我公司在用切削丝锥加工调质钢曲轴(已调质)时遇到的典型问题，我们应用挤压丝锥对此进行加工的试验实验，并进行了效果对比，实践证明，用挤压丝锥替代切削丝锥是可行的。本文对此进行了详细介绍。

背景

我公司加工曲轴的材料为调质钢40Cr，毛坯为模锻件，热处理方法为毛坯状态下整体调质（即在攻螺纹加工前零件已经调质完毕），硬度为265.5±20.5HBW，本文提及的螺纹为曲轴凸缘端的盲孔螺纹，要求为M10×1-7H，具体尺寸如图1所示，原来一直使用传统的切削丝锥进行加工，问题很多，废品损失和刀具成本均较高。

传统切削丝锥的缺点

传统切削丝锥的外形如图2所示，在加工中经常会出现如下问题：

1.由于加工时有切屑且排屑困难，造成经常出现丝锥缠屑（见图3）、丝锥粘屑（见图4）和丝锥夹屑（见图5）等现象，造成工件出现螺纹乱扣（见图6）、掉扣（见图7）和螺纹表面粗糙度超差（见图8）等质量问题；

2.由于切削丝锥的工作部分被严重“掏空”（以我公司使用的切削丝锥为例，被“掏空”后的丝锥“芯径”只有丝锥外径的45%，是丝锥柄部外径的60%，见图9），造成丝锥强度下降严重，而且极易因加工冲击，导致异常折断（见图10）；

3.切削丝锥对材料的硬质点非常敏感，而国内材料普遍存在材质不纯，经常有硬质点的问题，造成频繁出现丝锥打齿（见图11）和丝锥异常磨损（见图12）等问题，严重影响加工后的螺纹质量。

以上问题中有的需要对工件进行修理挽救，有的则直接造成工件或刀具报废给生产企业带来巨大损失。而且这些问题都是切削丝锥的先天缺陷，目前即便是世界顶级刀具公司也没有办法彻底解决，长期以来困扰着技术人员和操作者。

挤压丝锥的原理与优缺点

挤压丝锥和切削丝锥的加工原理完全不同，其是利用金属塑性变形原理挤压出内螺纹，是一种无屑型加工刀具。挤压丝锥的外形如图13所示，加工出的螺纹如图14所示。

相对于切削丝锥，挤压丝锥具有如下优点：

1.由于加工中无切屑，所以彻底“解决”了缠屑、粘屑和夹屑等问题，避免了“掉扣”和 “乱扣”问题；

2.由于挤压丝锥没有锋利的切削刃，即“无齿”，所以加工中避免了丝锥打齿的问题；

3.由于挤压丝锥工作部分被“掏空”的较少甚至几乎没有（本次试验的挤压丝锥的“芯径”和丝锥柄部直径是一样的），故强度很高，因此加工中很少会异常折断；

4.由于是挤压成形而不是切削成形，所以挤压丝锥对材料的硬质点不敏感，避免了因材质问题造成的丝锥异常磨损；

5.挤压丝锥还具有螺纹精度高（导向性好）、螺纹强度高（金属组织纤维是连续的）和螺纹表面粗糙度好（没有“刀花”）等优点。

当然，挤压丝锥也有缺点，主要就是对底孔直径等的要求要高些：底孔过小则挤后牙型不完整，如图15所示；底孔偏大，则会使牙型变“尖”，有时会影响螺纹量规的测量，如图16所示；底孔过大则会因为无处容纳挤压流动的金属而无法完成攻螺纹，以本文中提到的M10×1-7H螺纹为例，如用切削丝锥，则底孔直径公差可定为0.2mm（约为IT13），如用挤压丝锥，则底孔直径公差仅可定为0.06mm（约为IT10）。但对于加工精度较高的加工中心，保证这样的尺寸是没有问题的。

挤压丝锥加工试验

为了降低该工序的废品损失和刀具成本，经过学习研究和与刀具厂家进行交流，我们决定进行挤压丝锥加工试验。加工试验在一台型号为FVP800的杭州友佳立式加工中心上进行（见图17），经过几次刀具和参数的调整（最终进行试验的钻头和丝锥的信息及工艺参数见表），试验最终获得了成功，并取得了比较理想的效果。加工后的曲轴顺利通过了设计部门的力矩试验、耐久性试验和装机试验等性能考核，完全满足使用要求。