內(nèi)螺紋加工方法

1.內(nèi)螺紋的攻絲加工

對于許多螺紋加工，攻絲是一種有效而常用的加工方法，其通常具有最低的初始成本，但從總體上看經(jīng)濟(jì)性并不一定最好。

攻絲作為一種連續(xù)切削工藝，工件材料由順序排列的切削刃依次切除，通過一次走刀即可獲得最終螺紋尺寸。絲錐按照螺紋的大徑、小徑和中徑尺寸專門生產(chǎn)，由于絲錐必須在一次走刀的同時完成粗、精加工，因此必須有效地排出大量切屑，并可能產(chǎn)生過大的壓力，從而導(dǎo)致螺紋質(zhì)量出現(xiàn)問題或造成絲錐損壞。

攻絲加工時，切屑控制是一個不容忽視的大問題，尤其在加工硬度較低、粘性較大、易產(chǎn)生長條形切屑的工件材料時。這些條狀切屑有可能圍繞絲錐形成鳥巢狀切屑團(tuán)或積聚在排屑槽中，導(dǎo)致絲錐在孔中折斷。鋁、碳鋼和300系列不銹鋼通常是切屑控制方面最具挑戰(zhàn)性的工件材料。

絲錐可以加工硬度低于HRC50的幾乎任何工件材料，一些刀具制造商提供的絲錐甚至可以加工硬度高達(dá)HRC65的工件材料。

孔徑是另一個需要考慮的因素。大多數(shù)最終用戶只能對直徑小于16mm的螺孔進(jìn)行攻絲加工，如果孔徑超過16mm，就會面臨機(jī)床是否有足夠大的功率來轉(zhuǎn)動絲錐的問題。當(dāng)螺孔直徑小于6.35mm時，由于容屑空間有限，加上小直徑絲錐強(qiáng)度較低，攻絲加工也很容易出問題。

此外，絲錐能加工的內(nèi)螺紋長度通?？蛇_(dá)到其直徑的3倍以上。對于深孔螺紋而言，絲錐的加工速度往往比單齒 螺紋銑刀更快。只要能成功地將切屑排出孔外，就可以對深度在絲錐設(shè)計允許范圍內(nèi)的螺孔進(jìn)行攻絲加工。

由于直徑和螺距是固定不變的，因此一支絲錐不能加工不同規(guī)格的螺孔。此外，由于攻絲時絲錐與孔壁的接觸面積較大，并會產(chǎn)生很大的切削力，因此絲錐有可能折斷并卡死在孔中，從而造成工件報廢。為了有效完成加工，攻絲對潤滑劑也有很高的要求。

2.內(nèi)螺紋的擠壓成形加工

通過轉(zhuǎn)移(而不是切削)工件材料，擠壓成形絲錐可以加工深度達(dá)4倍直徑的內(nèi)螺紋。由于不產(chǎn)生切屑，因此無需擔(dān)心會形成鳥巢狀切屑團(tuán)。但是，擠壓加工螺紋要求工件硬度應(yīng)限制在約HRC40以下。此外，由于需要轉(zhuǎn)移材料，因此工件材料必須具有較好的延展性。

擠壓成形絲錐的直徑通常小于19mm，并可小至0.5mm。絲錐直徑越大，加工時產(chǎn)生的摩擦力也越大，對機(jī)床功率的要求也越高。

與切削絲錐相比，擠壓成形絲錐的剛性更好，更不容易折斷。作用于切削絲錐的壓力是通過其多邊形表面的切向力，而作用于擠壓絲錐的壓力則為朝向絲錐中心的徑向力，因此比切向力大得多。

與切削而成的螺紋相比，擠壓成形螺紋的強(qiáng)度更高，因?yàn)閿D壓絲錐是通過壓縮(而不是剪切)工件材料的晶粒結(jié)構(gòu)來形成螺紋。

擠壓攻絲與切削攻絲相比，要求機(jī)床具有更大的扭矩和功率，對工件夾持穩(wěn)定性的要求更高，轉(zhuǎn)移工件材料所需的力比切削工件材料更大，擠壓攻絲對螺孔的鉆削精度要求也更高。

在一些行業(yè)(包括醫(yī)療行業(yè)和航空航天業(yè))不接受擠壓成形螺紋。擠壓攻絲形成的螺紋小徑存在缺陷，而航空航天業(yè)不允許螺紋小徑處存在尖點(diǎn)(U形牙型)。不過，這種缺陷并不影響螺紋的抗拉強(qiáng)度，因此對于普通用途的零件，它不會成為拒絕接受的理由。

3.內(nèi)螺紋的銑削加工

螺紋銑刀采用螺旋插補(bǔ)方式來切削內(nèi)螺紋和外螺紋。過去10-15年生產(chǎn)的大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都具備螺紋銑削功能。

螺紋銑削可以選用整體硬質(zhì)合金螺紋銑刀或可轉(zhuǎn)位刀片式螺紋銑刀(采用鋼制刀柄和硬質(zhì)合金刀片)。多齒螺紋銑刀圍繞螺孔旋轉(zhuǎn)一周就能切制出全深度螺紋，單齒螺紋銑刀只在一個加工面上有切削刃，因此一次只能切制一個螺紋。不過，大部分螺紋銑刀都有多個刀齒。

螺紋銑削適合加工硬度HRC65以下的工件材料，具有極好的通用性，。通常采用一種或兩種不同涂層的螺紋銑刀就可以加工各種不同的工件材料。　

螺紋銑削的切屑控制通常并不困難。螺紋銑削屬于斷續(xù)切削，這意味著無論工件材料的切屑特性如何，都可以形成分?jǐn)嗟亩糖行肌?/p>

螺紋銑刀涵蓋的加工尺寸范圍很寬，從小至0-80規(guī)格(切削直徑1.524mm)的螺紋到最大孔徑的螺紋都能加工。一般來說，螺紋銑刀適合加工的最佳孔深應(yīng)控制在大約2.5倍孔徑以內(nèi)。螺紋銑削的切削力并不均衡，如果銑削長度過大，較大的徑向切削力就會形成極大的側(cè)向壓力，從而引起銑刀撓曲變形、切削刃崩刃等問題，甚至可能導(dǎo)致小尺寸銑刀折斷。

不過，單齒螺紋銑刀可以加工更深的螺孔，甚至可以加工深度達(dá)20倍孔徑的螺孔。由于所有切削都在銑刀端部進(jìn)行，因此不存在刀具撓曲變形的問題。有許多生產(chǎn)油田設(shè)備或大型能源零部件的用戶需要使用長柄螺紋銑刀。對他們來說，用單齒銑刀銑削多頭螺紋雖然加工速度較慢，但與投資1,000美元購買250mm長的絲錐相比，仍然更劃算。

螺紋銑削具有許多優(yōu)勢。用一把銑刀就可以加工具有相同螺距和不同孔徑的一系列螺孔，而單齒銑刀則能加工多種螺距和多種孔徑的螺孔。此外，用一把螺紋銑刀既可以加工盲孔，也可以加工通孔，而且右旋和左旋螺紋都能加工。由于螺紋銑刀為平底結(jié)構(gòu)，因此還能在接近盲孔孔底處加工出完整的螺紋。即使銑刀折斷，也不太可能導(dǎo)致零件報廢。最后，螺紋銑刀還可以與其它孔加工刀具組合成復(fù)合刀具(如鉆孔、倒角和螺紋銑削復(fù)合刀具)。

不過，與攻絲相比，銑削螺紋的加工周期通常更長一些。由于銑削螺紋需要專門編制加工程序，因此有些用戶可能不太愿意采用這種加工方法。不過，這種程序并不復(fù)雜，用許多數(shù)控編程軟件都能編制。 

部分企業(yè)仍然更青睞攻絲加工，因?yàn)樗麄儾幌Ｍ僮髡邔庸み^程進(jìn)行人為干預(yù)，螺紋銑削要求操作人員對機(jī)床進(jìn)行一些補(bǔ)償調(diào)整。銑刀直徑會由于正常磨損而逐漸減小，為了保持合適的加工尺寸，操作者必須通過調(diào)整對刀具磨損量進(jìn)行補(bǔ)償。需要先測量螺紋公差，然后根據(jù)測得的磨損量調(diào)整加工參數(shù)，操作者只能定期用量規(guī)對螺紋進(jìn)行檢測，如果檢測結(jié)果不合格，這時就需要更換絲錐?！?/p>

4.內(nèi)螺紋的車削加工

加工內(nèi)螺紋的另一種方式是在多軸機(jī)床或車床上，用可轉(zhuǎn)位刀片式或整體式小型鏜刀車削螺紋。這種加工既可以使用單齒刀片，也可以使用多齒刀片。多齒刀片的每個切削刃上都有多個刀齒，每一個后續(xù)刀齒都比前一個刀齒的切削深度更大。使用多齒刀片可以減少完成螺紋加工所需的走刀次數(shù)。不過，多齒刀片價格較貴，因此對大批量生產(chǎn)比較有利，而在小批量加工中則不具有優(yōu)勢。

用整體式鏜刀也能車削內(nèi)螺紋。用單齒刀具車削螺紋時，用戶可以采用完整牙型或部分牙型刀片(多齒刀片只有完整牙型)，完整牙型刀片能加工出完整的螺紋牙型，包括牙頂(刀片能切削螺紋小徑)。采用這種刀片加工時，每種螺距都需要一個單獨(dú)的刀片。

與部分牙型刀片相比，完整牙型刀片能以更少的走刀次數(shù)加工出強(qiáng)度和精度更高的螺紋，這是因?yàn)樵摰镀梢酝瑫r加工出螺紋的大徑、小徑和中徑。

部分牙型刀片車削出的螺紋沒有牙頂(它不能切削螺紋小徑)，部分牙型刀片只有一個刀齒，因此采用不同的切入深度就能加工出不同螺距的螺紋。這種螺紋具有非常尖的牙頂圓弧，因此會降低粗牙螺紋的強(qiáng)度，而且加工時間耗費(fèi)更長。

用可轉(zhuǎn)位刀具車削螺紋的加工尺寸范圍很寬，從最大直徑到小至6mm的螺孔都能加工。直徑6mm以下的螺孔需要用整體硬質(zhì)合金刀具加工，其可加工的最小孔徑可達(dá)1.25mm左右。對于大直徑孔，Vargus公司曾在一臺服役期約為100年的立式轉(zhuǎn)塔車床上加工過直徑達(dá)0.9m的大型螺孔，而除車削外，沒有其他方法能加工這種大孔螺紋。這種老式機(jī)床沒有螺旋插補(bǔ)功能?！?/p>

采用鋼制刀柄的螺紋車刀適合加工深度不超過3倍孔徑的螺孔，而采用硬質(zhì)合金刀柄的螺紋車刀可以加工深度為4-5倍孔徑的螺孔。

螺紋車削還可以加工各種工件材料，可在硬度達(dá)HRC50的工件或高溫合金(如Hastelloy合金和Inconel合金)上車削螺紋。不過，由于這些材料硬度高、磨蝕性強(qiáng)，會縮短刀具壽命。

在內(nèi)螺紋車削加工中，切屑控制至關(guān)重要，車削盲孔螺紋時尤其如此。用戶可利用刀片幾何槽型來控制切屑，采用橫切進(jìn)給法(包括徑向橫切進(jìn)給、牙側(cè)橫切進(jìn)給、牙側(cè)改進(jìn)橫切進(jìn)給或牙側(cè)交替橫切進(jìn)給)或反向螺旋法(螺紋形成方向遠(yuǎn)離而不是朝向主軸)幫助排屑?！?/p>

采用何種橫切進(jìn)給法取決于加工條件，但在大多數(shù)情況下，采用修形牙側(cè)徑向橫切進(jìn)給有益無害，因此可將其作為默認(rèn)的首選項。但在幾乎所有的機(jī)床上，如果不改變加工程序中的某個參數(shù)，就會以徑向橫切進(jìn)給方式進(jìn)行加工。

5.內(nèi)螺紋的磨削加工

螺紋磨削是一種精度較高的加工方法，是公差要求嚴(yán)苛的精密內(nèi)螺紋的有效選擇。各種內(nèi)螺紋、溝槽、軸承滾道和其他相關(guān)零件特征都可以在磨床上進(jìn)行加工?？捎脙?nèi)螺紋磨床加工的典型零件包括螺紋環(huán)規(guī)、滾子螺母、滾珠絲杠等。

內(nèi)螺紋磨削通常需要在專用磨床上進(jìn)行。一般來說，為了磨削出具有精密牙型的螺紋，機(jī)床的磨輪安裝位置必須按螺紋的螺旋角傾斜變化，這就需要有一個旋轉(zhuǎn)軸，而絕大多數(shù)通用磨床并不具備這一條件。有時也可以采用A軸平行磨削法，用經(jīng)過修形(修正其螺旋廓形)的多齒磨輪直接插入工件磨削加工外螺紋，但內(nèi)螺紋磨削需要采用按螺旋角安裝在A軸上的單齒磨輪。

具有較好加工經(jīng)濟(jì)性的螺紋磨削內(nèi)徑尺寸通常為10-525mm。磨削深孔內(nèi)螺紋的經(jīng)驗(yàn)法則是：磨輪軸的長度與直徑之比不超過7∶1。磨削深孔內(nèi)螺紋的主要挑戰(zhàn)是螺旋角與孔徑相互制約。隨著螺紋長度的增加和孔徑的減小，由于磨削軸比較容易與工件發(fā)生碰撞，因此以大螺旋角磨削工件十分困難。

內(nèi)螺紋磨削的切屑控制包括用冷卻液沖刷磨削區(qū)。同樣，由于內(nèi)孔空間有限，要使冷卻液沿磨輪旋轉(zhuǎn)的方向到達(dá)磨削區(qū)，并且不妨礙磨輪和磨削軸進(jìn)入小孔也相當(dāng)困難。

內(nèi)螺紋磨削的加工精度很高，可以對磨輪進(jìn)行精確修形，而且磨輪成型后，還可以根據(jù)需要快速對其重新修形。此外，內(nèi)螺紋磨削可以提高生產(chǎn)率。磨輪可以通過重新修形加工不同形狀的螺紋而不必更換其他磨輪。

一臺加工性能優(yōu)良的內(nèi)螺紋磨床必須具備幾個特點(diǎn)：良好的剛性和熱穩(wěn)定性、較高的軸系運(yùn)動精度、精確的閉環(huán)位置反饋以及溫度可控的精密主軸。

零件制造商如何確定應(yīng)采用何種內(nèi)螺紋加工方法?每種加工方法都有自己的優(yōu)勢和劣勢，如果一種加工方法無法獲得滿意的結(jié)果，就要去嘗試其他加工方法。在確定內(nèi)螺紋加工工藝時，重要的是考慮擁有什么樣的機(jī)床，并對刀具成本、加工周期和刀具壽命進(jìn)行仔細(xì)評估。