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航空航天难加工材料精密攻丝用高效新型丝锥 随着航空航天技术的不断发展，对飞行器性能的要求越来越高。伴随其性能的提高，必 然研制并应用物理力学性能优异的新材料。这些新材料，如钛合金、Ni 基高温合金、高强 度钢超高强度钢以及复合材料均属难加工材料和很难加工材料，它们的切削加工性很差，特 别是小孔精密攻丝更困难。主要表现为攻丝扭矩大、切削温度高、刀齿磨损快、易崩齿甚至 折断。丝锥的折断往往造成零件报废，大大降低了生产效率、增加了制造成本。攻丝试验证 明，振动攻丝是解决各种难加工材料高效精密攻丝最理想的工艺方法[1-2] 。但它需要有专用 的振动攻丝装置，生产现场使用时受到一定限制，或者说振动攻丝时零件上的攻丝部位是有 一定要求的，故推广使用难度较大。最便捷的方法还是采用丝锥来攻丝。解决办法有两个： 一是进口国外丝锥，二是靠经验丰富的技术工人修磨现有丝锥。前者要花费大量外汇，因国 外这些特殊丝锥价格昂贵；后者根本无法满足批量生产的需求。因此研制并采用新型丝锥已 刻不容缓，成了当务之急。 除此之外，适当加大底孔直径对难加工材料攻丝也是非常重要的，因为很多难加工材 料在切削宽度方向上会产生切削变形，即有“胀牙”现象，用正常的底孔往往会使丝锥底径参 加工作，造成扭矩过大使丝锥刀齿损坏或折断。但对不同精度和尺寸的螺纹，底孔加大量不 同： 进口丝锥剖析 在难加工材料上国外进口丝锥攻丝高效、好用有以下3 点原因： （1）丝锥结构参数实现了专用化，即针对不同工件材料的物理力学性能及切削加工特点作 了专用化设计以适应不同材料攻丝的需要； （2 ）选用了高性能的高速钢并进行涂层； （3 ）选用了适宜攻丝加工的高性能冷却润滑剂。 标准丝锥修磨 国内丝锥多为通用结构，在各种材料上攻丝均用同一参数的丝锥，对普通材料适用，而用于 这些难加工材料上的结构参数（前角、后角、切削锥角等）显得不尽合理。有经验的技术工 人可根据经验对其进行改进修磨。如：攻钛合金时，在丝锥校准部刀齿留刃带ba=0.2~0.3mm 后，再加大后角使其 af =20°~30°；在保留原校准齿 2~3 扣后，加大倒锥至 0.16~0.3mm/100mm[4] 。 新型丝锥 新型丝锥主要有涂层丝锥、跳齿( 牙) 丝锥和修正齿丝锥。 1 涂层丝锥 涂层丝锥即用物理气相沉积 PVD （Physical Vapor Deposition ）法在高速钢丝锥表面上涂 2~5μm 的硬质涂层（主要有金黄色的TiN 涂层、紫红色的TiAlN 涂层、黑灰色的TiCN 等； 也有采用软硬复合涂层的，即丝锥沟槽处涂MoS2 或WS2 软涂层，切削刃部涂硬质层）。 它们可减小与工件材料间的摩擦系数，防止粘结，减小攻丝扭矩，提高丝锥的耐磨性。目前 使用较多的是TiN 涂层。 2 跳齿丝锥 跳齿丝锥也称跳牙丝锥，它是通过改变切削层的厚度与宽度的比例关系，即减小切削层宽度、 增大切削层厚度，从而利用切削力的尺寸效应减小单位面积切削力，在每齿切削面积不变的 情况下使总切削力减小，使得切削扭矩得到了减小，从而提高了丝锥攻丝的可靠性。 跳齿方式可有不同的组合：即切削齿部分沿螺旋线相间保留去除一刀齿，校准齿不变；切削 齿保留不变，只校准齿部分沿螺旋线相间保留去除一刀齿；切削齿与校准齿两部分均沿螺旋 线相间去除保留（见图1）。 用图1 （b ）所示方式的跳齿丝锥M6 在钛合金TC4 上攻丝时有较明显效果，干攻时的攻丝 扭矩只是标准丝锥的 45%左右，切削温度只是标准丝锥的 68%[5] 。在Ni 基高温合金材料 上攻丝时攻丝扭矩只是标准丝锥的60%左右[6] ；而对于高强度超高强度钢，因抗拉强度太 大，如用同一结构参数（切削锥角、倒锥、前后角等）的跳齿丝锥效果不尽如人意。 3 修正齿丝锥 修正齿丝锥，是指齿形角修正了的丝锥。为测量方便，生产中齿形角常修正为 55°, 也就是 采用齿形角a0 =55°的丝锥，在满足倒锥度tanδ = tanκr(tan （α1/2 ）con （α0/2 ）− 1) 的情况 下，可攻制出齿形角a1 =60°