D406A 超高强度钢小孔内螺纹加工瓶颈的突破与应用

【摘要】D406A超高强钢调质后硬度高达48~52HRC。高速钢丝锥通常用于加工内螺纹。当丝锥直径较小、刚性差、切削扭矩过大时，丝锥常在孔内折断，导致丝锥失效，生产效率低，难以保证加工精度和质量。它成为D406A超高强钢小孔内螺纹加工的瓶颈。 。对丝锥的材料、结构和切削工艺进行了分析，介绍了改进的M3mm丝锥可以刃磨到合理的刀具角度，以减少切削时的阻力和切削热，从而大大提高加工小直径的效率内螺纹。

关键词：高强度钢；窃听;切割角度；应用

1 简介

高强度材料30Si2MnCrMoVE，简称D406A钢，经热处理强化后，基体抗拉强度σb≥1,620MPa，硬度48～52HRC，延伸率δ5≥8%。用标准高速钢制成的钻头和丝锥很难钻攻M5mm以下的螺纹孔。我单位采用日本进口丝锥加工前卫钛合金头M4mm螺纹孔；采用高速钢丝锥加工M3mm小螺纹孔，材质为30CrMnSiA调质材料，硬度为32～36HRC。可供借鉴的经验很少。实际生产中，攻丝小孔已成为D406A高强钢加工的难点。工作中，我正在某零件上加工8-M3-6H螺纹孔。我修改了丝锥工作角度并对零件进行了加工测试。验证了修改后的丝锥角度更加合理，有效提高了丝锥的耐用度，解决了加工过程中出现的问题。 “瓶颈”问题。

2 加工8-M3-6H 4mm深螺纹孔的工艺流程

我单位加工的某零件结构尺寸如图1所示，该零件在95mm圆周上均匀分布有8-M3mm深4mm的螺纹孔，小批量生产25件，因此加工工艺由XK5750 铣床的旋转分度。在头上用MDI方法钻8-M3-6H螺纹底孔φ2.48+0.160mm，钻尖深度为4.8mm。装配工手动攻丝8-M3-6H 4mm深螺纹。

图1 部分结构图

3 提高φ2.5mm钻头加工性能的方法

螺纹孔的底孔加工是攻丝的必要前提。 D406A超高强度钢，热处理后具有高硬度。合理的钻头直径和角度参数对于加工性能也非常关键。

(1)为提高钻头刚性，宜增加钻芯厚度，减少悬伸深度，适当减小螺旋角(17°～30°)。

(2)改善排屑的措施可增大顶角。

(3)为减小轴向力，可缩短横刃。

4 丝锥材质、结构及切削工艺分析

4.1丝锥材质的选择

根据材质，丝锥可分为高速钢丝锥、硬质合金丝锥和氮化钛涂层丝锥。攻丝是一种低速切削。对于D406A材料，低速切削很容易产生很大的切削阻力。加工过程中，采用标准高速钢丝锥攻丝时，由于主切削力和切削阻力较大，与材料的摩擦力也较大，扭矩约为普通材料的3倍，使得排屑困难并导致丝锥扭曲。休息。另外，由于摩擦产生的切削热较大，容易形成孔，因此加工精度难以保证。为了避免生产过程中出现“断丝锥”，丝锥需要频繁地攻丝、排屑，从而造成快速磨损。实际加工第一件8-M3-6H螺纹孔时，单个高速钢丝锥只能攻丝2～3个孔。丝锥很快就会失效，导致生产效率低下。

但硬质合金丝锥由于制造成本高、易折断，在实际生产中并不常用。一把M3mm进口细晶硬质合金丝锥的价格高达500元，这对于企业来说显然是非常不划算的。因此，实际生产中仍采用标准高速钢丝锥。

4.2 标准丝锥结构及攻丝切削工艺分析

丝锥是一种螺纹加工工具，切削内螺纹，可以直接获得螺纹尺寸。按几何形状可分为直槽丝锥、棱角丝锥和螺旋槽丝锥。直槽丝锥机构如图2所示。攻丝过程是半封闭的多刃薄切削过程。与车削和铣削加工相比，工作条件更为恶劣。

螺纹底孔中的螺纹切削是通过丝锥各切削刃上的切削齿逐层切削而成。丝锥或工件旋转一圈后，各切削刃前进一个螺距距离并分别从工件上去除。一层金属。攻丝时，作用在丝锥各切削刃上的切削力可分解为径向力、切向力和轴向力。径向力主要由切削阻力产生，切向力决定攻丝扭矩的大小，其余两个力影响攻丝的切削过程。攻丝扭矩由切削扭矩和摩擦扭矩组成。切削扭矩由切削力形成，与工件材料、刀具材料、刀具几何参数和切削工艺参数有关；摩擦力矩受工件材料、刀具与工件的接触面积以及切削阻力的影响。

图2 直槽丝锥结构

5 丝锥磨削原理

丝锥磨削是指磨削直槽丝锥、棱角丝锥的切削齿和修正齿的后刀面。切削齿和校正齿上形成双后角结构，可以大大减少切削齿和校正齿与工件之间的摩擦。接触面积实现分级切削，减少摩擦力矩。另外，由于丝锥的几排刃口切削量不均匀，第一切削刃的加工面积最大，切削阻力和扭矩也最大，磨损也较快。为了稳定攻丝过程，提高丝锥的耐用度，可加大丝锥导程，加长丝锥切削部分。

6 攻丝D406A钢用小丝锥的改进措施

标准直槽丝锥分为I锥体和II锥体。 I锥体切削部分长度为4节距。 2kr的夹角为30°。前角γ 0 =7°±1°，后角α 0 =10°±1°。圆锥Ⅰ的切削量占总切削量的60%。 II锥体的切削部分长2节距。切削量占总切削量的40%。

在D406A超高强钢加工M3mm螺纹孔时，标准直槽丝锥磨损快，容易折断，无法取出，造成工件报废。为了增加丝锥的刚性，提高其耐用度，使丝锥受力和切削量更加合理，对丝锥结构进行了改进，分为各种几何尺寸的I锥度、II锥度、III锥度。 Ⅰ锥度：将直槽丝锥沿轴向磨削，2kr角约为15°，丝锥导程为2/3，以减少丝锥与孔壁的摩擦，增加切削部分的长度，减少每齿切削量。 ，同时将前角改为γ 0 ≈0°或更小，后角α 0 ≈3°。圆锥Ⅰ的切削量占总切削量的50%。具体结构尺寸如图3所示。

图3 I锥结构

II锥体的切削部分仅保留2个螺距的长度来完成螺纹材料的去除，约占总切削量的40%。工作角度与I锥一致。 2kr的夹角约为15°，完成螺纹的整体加工。 II 锥体结构如图4所示。

图4 II锥体结构

III锥体端面为工作部分，其主要目的是清理盲孔，满足有效螺纹深度要求。 III锥结构如图5所示。

图5 III锥体结构

7、tap修改后的应用效果

(一)提高工作效率。

通过在原有丝锥的基础上修改、磨削角度，可一次加工30个以上小孔M3mm螺纹。质量得到有效保证，工作效率成倍提高。

(2)降低生产成本。

一套日本进口的高强度M3 OSG丝锥售价500元（2个），可加工10个左右的孔。但我单位的一套标准丝锥（2个）要200元，只能加工5个左右的孔。每组丝锥可加工约5个孔。节省300元。加工10个零件，需要攻丝80个M3-6H螺纹，需要使用16套标准丝锥，成本3200元。但改造后的水龙头仅需3套即可，节省水龙头成本2600元。

(3)加工工艺的改进。

在D406A超高强度钢上加工小螺纹孔的经验不足。通过对该零件8-M3-6H螺纹孔的加工，总结出合理的角度，积累了改造丝锥的经验，为今后加工小直径螺纹孔提供了技术经验参考。

8 结论

材料的硬度越高，需要的丝锥前角越小，以增加刀具的阻力。加工D406A超高强度钢M3-6H螺纹孔的丝锥修改为前角γ 0 ≈0°以下，后角α 0 ≈3°，使参数更加合理，提高加工效率，有效降低加工成本。通过加工实际零件的验证，解决了小螺纹孔的加工问题。

《模具制造》月刊

《模具制造》月刊是模具制造杂志社主办的大型科技期刊，国际标准刊号ISSN 1671-3508，国内统一刊号CN 44-1542/TH。本杂志的办刊宗旨是为模具制造企业服务。出版对象为模具行业科研部门、工厂、企事业单位以及一切与模具制造有关的人员。为模具制造企业提供设计技术、制造工艺、市场动态、行业信息。从很多方面提供帮助。在行业内具有较大影响力，是您提高模具设计、制造水平的好帮手。也是您展示技术、产品和企业形象的最佳舞台。

主要栏目有：

模具CAD/CAM、冲压技术、型腔模（塑料模、铸造模、锻造模等）技术、模具制造技术、模具材料及热处理技术、企业管理、设计制造经验、设计制造论坛、行业趋势、市场信息（产品供需、技术需求与转让、人才市场、招生与培训、项目招标等）、读者心声、企业专访以及新产品新技术推广等。