内螺纹加工：攻丝、螺纹成形和螺纹铣削

发布日期：2018-02-13

在许多工业技术领域中，设计人员和生产技术人员都面临着这样的任务，即如何把结构部件和组件做成可拆分并且可以承重的连接？实践证明，利用螺栓和内螺纹进行连接是一种便捷的连接方法。

现在，内螺纹的加工仍是生产中最为复杂的一项任务。它对工艺过程的安全性提出了更高的要求，这是因为大多数结构部件都要经过很长的生产步骤，而螺纹加工往往是处于整个生产链的末尾。螺纹未经检验或者刀具一旦断裂，就会导致结构部件报废或者进行昂贵的再加工，这种情况必须避免。内螺纹通常采用不同的材料加工而成。在工业生产中，使用的材料范围从防锈、耐酸的软钢或者淬硬钢，到短切屑铸铁或者铝合金。在个别工业领域内——例如航空和航天工业技术部门，还需要使用特种合金(钛、镍)和复合材料。

生产技术面临着日益增长的国际竞争，需要提高整个生产领域的生产率。目前，企业不能只满足于安全的内螺纹加工，同时必须采用更高的切削和进给速度进行内螺纹加工。对于机器制造中的内螺纹加工而言，主要采用3种加工工艺：经过实践检验的攻丝法、无切屑的螺纹成形替代法和先进的螺纹铣削法。如何正确选取加工方法？需要尽可能地比较各种工艺方法的优、缺点以及使用限制。然后，从技术和经济的角度分析应该采用或者不采用某种加工方法。

攻丝

攻丝是内螺纹制作中广为人知的一种方法。因为它可以借助刀具的几何形状确定内螺纹的成型，所以该方法无需专用机床。在普通机床、生产线或者现代加工中心上都可以采用这种加工方法。与此相反，钻孔或者铣削，现在仍广泛使用于HSS-E或者HSS-E-PM攻丝。如果刀具的成本比较低，攻丝的方法能够达到较高的生产率，其优点十分明显。现在，攻丝的适用范围不断扩大、功率不断提高。例如盲孔螺纹加工的极限范围现在已经达到3×d的切削长度；使用新研发的Sprint Plus丝锥可以切制高强度钢的螺纹。刀具采用了HSS-E-PM刀具材料，兼具突出的韧性和较高的耐腐蚀、耐磨性能。切削刃材料的高耐热性、配合特殊的切削刃几何形状和现代多层硬质合金镀层，还使得对长切屑软钢进行切内螺纹加工，可以满足某些特殊的切削要求，达到更高的切削速度，由此获得更高的生产率；对软钢进行切内螺纹加工的时候，还可进行干式加工(有/无MMS)。

通孔螺纹的加工比较简单，这是因为在回程的时候，切屑不必被剪断。使用特殊设计的Sprint丝锥，其切削速度可以高达100m/min。由于反向旋转时会产生较高的扭矩负载(剪断切屑根)，所以在切屑较短的情况下，VHM丝锥需要采用耐腐蚀、耐磨损的材料来制作。VHM丝锥最适用于硬材料的加工，甚至可以加工硬度达65HRC的淬硬钢，是一种经济的加工方案，丝锥不易折断，从而避免丝锥折断在螺孔内需电蚀除去的麻烦替代方案。

由于VHM丝锥具有较高的耐磨性，所以在加工灰铸铁(GG或者GGV)和耐腐蚀性硅铝合金的时候，强调要使用VHM丝锥。内部的冷却介质可以立刻带走切屑，从而使这种刀具适用于切制超过1.5×d螺纹切深的、行程较长的盲孔螺纹。为了减少VHM丝锥折断的可能性，采用VHM丝锥攻丝的时候需要加固机床和工件。

螺纹(挤压)成形

更受欢迎的攻丝替代方案是无切屑螺纹(挤压)成形。在螺纹成形的时候，螺纹成形刀在旋入预钻孔的轴向和径向中挤出材料，从而形成特有的齿形螺纹廓型。螺纹廓型基本上随钻孔的内螺纹的不同而有所区别，并且受到其使用范围的限制。在食品工业、航空与航天技术或者医药技术领域中，螺纹成形大多数是不允许的。在螺纹成形的时候，不产生切屑。在坚韧材料中较深的盲孔螺纹情况下，与普通的攻丝螺纹相比较，其刀具断裂的危险较小。螺纹成形要求材料的断裂延伸率约大于7%，而其最大的抗拉强度约为1300N/mm²。硅铝合金材料螺纹成形允许其含硅量达12%。在脆性灰铸铁或者淬硬钢的情况下，螺纹成形是不可能的。与德国Kassel大学合作新研发的IPL超级螺纹成形刀不仅采用了为成形承载特别研发的特殊切削刃材料，而且具有其多边形廓型的造型和螺纹部分的表面结构设计，因而具有特别优异的性能。而且在停车次数和切削速度方面，超过了常规的螺纹成形刀和攻丝。由于其特殊的几何形状设计，这种超级螺纹成形刀不具有攻丝那种会使成形螺纹快速磨损的棱边，所以特别适用于大批量生产。这种稳定的结构设计也使VHM刀具能获得很好的使用效果。针对内部冷却介质的引入及尽量少的润滑，为此超级螺纹成形刀进一步开发出了位于内部的、具有最佳流动性的冷却槽。冷却润滑液从该刀具的成形区域内流出。除了螺纹成形刀的几何形状对螺纹廓型的成形、加工期间的转矩和刀具的停止时间有所影响之外，其主要取决于预钻孔的大小。因此需要确定最佳的预钻孔直径，与刀具生产厂商进行紧密的协作特别重要。

螺纹铣削

攻丝或者螺纹成形的替代方案中最引人关注的是螺纹铣削。这种技术的优点在于它在很大程度上增强了工艺过程的安全性；而且，该刀具具有广泛的适用性，可以加工各种不同的材料。在螺纹铣削的情况下，不像切削那样，螺纹直接与刀具相关(例如，M6丝锥加工得到的总是M6螺纹)，而是先利用螺纹铣刀的旋转运动，再利用机床3条轴线同时运动。螺纹铣刀向内进刀到芯孔中的编程螺纹深度为止。实际的切削过程起始于向内进刀的铣削，此时降低负载的刀具，转换成进入工件中的螺旋状径向进刀运动。然后，在一个360度螺旋进刀过程中铣削螺纹。此螺纹铣刀要求带3D功能的现代化数控机床，刀具可以沿着螺旋状导轨运动。

VHM螺纹铣刀是一种广泛适用的刀具。在螺距相同的情况下，使用一把刀具可以加工各种不同螺纹直径或者公差范围的螺纹。使用同一把刀具，在长切屑或者短切屑材料中，既可加工盲孔内螺纹，也可加工通孔内外螺纹。即使是对于坚韧的长切屑材料，也可以使用新研发的NPT螺纹铣刀，加工出使用常规螺纹加工方法难以达到的锥形内螺纹(NPT)。新的HRC螺纹铣刀在淬硬钢螺纹加工过程中使用安全。与增大的切削量、负切削前角和明显增大的芯部截面积相匹配的刀具，也可用于硬度高达65HRC的淬硬钢的切削。

采用螺纹铣刀加工的过程具有较高的安全性，所以在加工大型或贵重结构部件的时候、在所需转矩较小的情况下加工较大规格的螺纹(在功率较小的机床上，也能加工较大规格的螺纹)、对于采用丝锥法加工总是出现问题的难切削材料、或者对于干式螺纹加工而言，螺纹铣削都不失为常规螺纹加工方法的经济有效的替代方案。

没有一种既完美又普遍适用且经济实惠的内螺纹加工方法。更确切地说，为用户的利益着想，应按照使用的情况和要求，比较选取攻丝、螺纹(挤压)成形或螺纹铣削。

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