攻絲加工又稱螺紋加工,是一種常用的機械加工工藝,主要通過車床、銑床、加工中心等設備完成作業。絲錐刀具的種類繁多,包括排屑性能優異的類型、適用于通孔加工的類型,以及通過擠壓方式成型螺紋的類型等。本文將系統梳理并講解攻絲加工的工藝方法、刀具類型,以及作業過程中的各類注意事項。
攻絲加工是什么?
攻絲加工是對內螺紋內周面進行加工的工藝方法。首先,為大家梳理攻絲加工的基礎知識,以及其與鉆孔加工、鉸孔加工的區別等核心內容。
什么是攻絲加工
攻絲加工是螺紋加工工藝的一種,指在內螺紋的內周面加工出螺紋槽的加工方式。該工藝需使用名為絲錐刀具的切削刀具,對預先加工好的底孔內部進行加工。攻絲加工也被稱作 “螺紋切削加工”,通常在鉆床、加工中心上完成作業。
所使用的絲錐刀具不同,切削方式、可加工的孔徑規格以及螺距(螺紋中牙峰與牙谷的間距)也會隨之變化。在攻絲加工中,掌握各類絲錐刀具的特性,結合加工材料與螺紋類型選擇最合適的刀具,是確保加工質量的關鍵。
與鉆孔加工、鉸孔加工的區別
攻絲加工是以在內螺紋內周面加工出牙峰與牙谷結構為核心目的的工藝方法。鉆孔加工的重點則是鉆孔本身,在螺紋加工環節中,該工藝主要用于加工內螺紋的底孔。此外,鉸孔加工是對鉆孔加工完成的底孔進行后續處理,可實現底孔的擴孔,或是對孔的內周面進行精整拋光。
- 攻絲加工:在已加工完成的孔內切削出螺紋槽的加工方法
- 鉆孔加工:專門用于鉆孔的加工方法
- 鉸孔加工:對孔的內徑進行精整、提升加工精度并降低表面粗糙度的加工方法
攻絲加工的方法
攻絲加工主要分為「切削式」和「擠壓式」兩種工藝,下面為大家詳細介紹二者的核心區別。
切削式攻絲加工的特點
切削式攻絲加工,是指通過絲錐刀具切削內螺紋內壁的方式,加工出螺紋孔牙峰與牙谷的工藝方法。想要提升加工精度,不僅攻絲加工環節本身,從底孔加工開始就需進行精準計算,這一點至關重要。同時,因加工過程中會產生切屑,還需注意做好切屑的規范化處理。
擠壓式攻絲加工的特點
擠壓式攻絲加工,是通過從底孔內部擠壓擴張的方式,成型出螺紋牙的工藝方法。該工藝也被稱作“塑性加工”,與切削式攻絲加工不同,其核心特點是加工過程中不產生切屑。需要注意的是,若工件材質過硬或過軟,均可能無法采用該工藝進行加工。
攻絲加工的優勢
絲錐包含螺旋槽絲錐、螺尖絲錐、直槽絲錐等多種類型。攻絲加工的核心優勢就是能根據加工材料與加工需求,實現多樣化的加工。
在車床上加工內螺紋的螺紋槽時,會使用一種名為內螺紋車刀的刀具,通過將車刀抵在旋轉的工件上完成切削作業。由于內螺紋車刀的刀尖為L型結構,若加工孔徑過小,便無法開展此類加工。而攻絲加工則無此限制,即便對于小內徑的螺紋孔,也能精準加工出螺紋槽。
此外,加工中心與復合加工機均配備自動換刀功能,可實現從底孔加工到攻絲加工的全工序自動化操作。這一方式能大幅減少加工工時,最終助力企業降低制造成本、提升生產效率。
絲錐的種類
本文為大家介紹5種主流絲錐,并說明其各自的適用場景、產品特點及使用注意事項。
螺旋槽絲錐
螺旋槽絲錐是帶有螺旋狀切削刃的絲錐,其核心特點是螺旋狀容屑槽可將切屑向上排出,能有效避免切屑在孔內堵塞。但需注意,加工產生的切屑有可能纏繞在刀具上,進而導致加工精度下降。
先端絲錐
先端絲錐是專為通孔螺紋加工設計的絲錐。與螺旋槽絲錐向上排屑的方式不同,先端絲錐的切屑會沿刀具進給方向向前排出。若用于盲孔(未貫穿工件的孔)加工,切屑會堆積在孔底造成堵塞,因此該類絲錐主要適用于通孔的螺紋加工。
直槽絲錐
直槽絲錐是通過手動操作完成內螺紋加工的絲錐。通常,以1號錐(頭錐)、2號錐(二錐)、3號錐(三錐),三支組的形式配套使用,加工時需依次使用三款絲錐,逐步對螺紋孔進行擴徑加工。因可通過手動操作完成螺紋加工,直槽絲錐常用于樣品制作等小批量加工場景。但操作時需精準控制施力大小與加工角度,因此對操作人員的熟練度有一定要求。
擠壓絲錐
擠壓絲錐是適用于擠壓式攻絲加工的專用絲錐。其并非通過切削方式加工,而是依靠擠壓力將底孔內壁擠壓擴張,從而成型螺紋牙。該類絲錐不會因切屑問題導致加工精度下降,特別適用于鋁、銅等硬度較低的工件。
管用螺紋絲錐
管用螺紋絲錐是為管道連接部位加工螺紋的專用絲錐,主要分為“錐管螺紋用”和“平行管螺紋用”兩類。錐管螺紋用絲錐加工的螺紋氣密性優異,適用于水管、真空管道等對密封性能有要求的管道加工;平行管螺紋用絲錐則多用于對機械強度有要求的機械零部件螺紋加工。需注意的是,管螺紋絲錐在部分分類標準中,不歸屬為絲錐刀具,而是單獨劃入螺紋加工刀具范疇。
螺紋銑刀
螺紋銑刀雖不屬于絲錐刀具,卻是螺紋加工的專用銑刀。其通過螺旋插補運動在底孔內壁銑削成型螺紋。所謂螺旋插補運動,即刀具同時做自轉與公轉的復合運動:高速自轉的刀具沿底孔內壁做圓周公轉,通過這一運動完成螺紋切削加工。
攻絲加工的操作方法與步驟
攻絲加工的操作步驟大致分為以下3個核心環節。
接下來將對各工序進行詳細說明。
加工底孔
攻絲加工需從加工底孔開始,底孔的尺寸由螺紋的直徑確定。螺紋的螺距主要分為細牙螺紋和粗牙螺紋兩類。細牙螺紋是螺距間距較小的螺紋類型,若無特殊技術要求,工業生產中通常優先采用粗牙螺紋。
以下為螺紋直徑與底孔直徑的對應表。從表中可得知,適配M8螺紋(螺紋直徑8mm)的底孔直徑范圍為6.78~7.12mm。
| 螺紋直徑 |
底孔直徑 (嚙合率:70~90%) |
螺距(粗牙) |
| M1 |
0.76~0.82 |
0.25 |
| M1.2 |
0.96~1.02 |
0.25 |
| M1.4 |
1.11~1.19 |
0.3 |
| M1.6 |
1.26~1.35 |
0.35 |
| M2 |
1.61~1.72 |
0.4 |
| M3 |
2.51~2.65 |
0.5 |
| M4 |
3.32~3.51 |
0.7 |
| M5 |
4.22~4.44 |
0.8 |
| M6 |
5.03~5.30 |
1.0 |
| M8 |
6.78~7.12 |
1.25 |
| M10 |
8.54~8.94 |
1.5 |
| M12 |
10.3~10.7 |
1.75 |
| M14 |
12.1~12.5 |
2.0 |
| M16 |
14.1~14.5 |
2.0 |
| M18 |
15.6~16.1 |
2.5 |
| M20 |
17.6~18.1 |
2.5 |
關于底孔的加工深度,一般要求略深于外螺紋的配合長度。通常可通過以下計算公式計算得出底孔的加工深度:
底孔深度 = 外螺紋長度 + 鉆頭尖端長度(三角錐高度) + 不完全螺紋段長度 + 加工余量(1個螺距)
注入切削油
底孔加工完成后,接下來需向加工部位注入切削油。這一工序能減少工件與刀具之間產生的摩擦,提升潤滑效果,確保攻絲的切削加工順暢進行。
若不使用切削油,會直接導致絲錐刀具的使用壽命大幅縮短。切削油的種類主要有礦物油、合成切削油、純切削油等,需根據工件的材質、硬度等實際加工因素,選擇適配的切削油類型。
旋轉絲錐并插入底孔加工螺紋槽
最后,通過安裝在機床上的絲錐刀具,在底孔內部切削加工出螺紋槽。這一步的關鍵是將工件與刀具精準調整,使絲錐插入角度與底孔保持垂直。若切削參數設置錯誤,可能會造成絲錐折斷、螺紋槽變形等加工問題,因此需根據實際的加工要求,規范開展攻絲作業。
攻絲加工的注意事項
接下來為大家講解攻絲加工的操作注意事項與核心要點。這些都是為保證加工精度需重點掌握的關鍵內容,需要仔細確認。
選用與加工需求匹配的絲錐
攻絲加工的前提是根據螺紋的直徑、深度選擇絲錐。在此基礎上,還需結合加工場景,如“加工的是通孔還是盲孔”、“工件為硬質材料還是軟質材料”等,挑選合適的刀具。例如,加工通孔時,多選用長切削錐部的絲錐;而盲孔因加工深度受限,需選用短切削錐部的絲錐。這里的切削錐部,指的是絲錐尖端的切削刃經斜磨處理的部位。
牢固地固定工件
不僅是攻絲加工,所有切削加工都需將工件牢固固定。若工件固定不當,會產生加工精度下降、絲錐損壞的風險。需結合工件的形狀與特性,必要時使用夾具、機用虎鉗等工裝,將工件可靠固定。
確認底孔直徑
底孔直徑的確定,可依據前文的螺紋直徑與底孔直徑的對應表,也可通過“螺紋直徑減去螺距”的公式計算得出。
【計算公式】
底孔直徑=螺紋直徑-螺距
例如,螺紋直徑為M12、螺距為1.75mm 時,底孔直徑可計算為:10.25mm(=12-1.75)。
規范使用切削油
切削油具備潤滑、冷卻、防粘黏三大核心作用。其中防粘黏,指的是防止工件與刀具發生粘黏,同時抑制加工面的粗糙度和加工精度出現偏差。
而切削油主要分為油性切削油和水溶性切削油兩大類:油性切削油的潤滑性表現優異;水溶性切削油則不易引燃,且冷卻性更佳。
此外,傳統加工中曾廣泛使用含氯切削油,但氯會產生二噁英,這類物質會對環境造成不良影響。因此,無氯切削油兼顧地球生態,應用場景正日趨豐富。
設定合理切削速度
提高切削速度雖能縮短加工工時,但會加劇切削熱的產生,同時加快刀具的磨損。因此,為提升加工精度、延長刀具使用壽命,攻絲加工中合理設定切削速度至關重要。切削速度通常由絲錐類型與工件材質決定,需根據確定的切削速度匹配對應的機床轉速。
絲錐的切削速度可通過以下公式計算得出:
【計算公式】
切削速度:V(m/min)=D×n×π/1000
D:絲錐刃徑(mm)
n:主軸轉速(r/min)
π:圓周率
攻絲加工,這些術語必須掌握!
最后為大家介紹攻絲加工中高頻用到的專業術語。
螺紋精度
螺紋精度是衡量螺紋加工中螺紋牙形狀、尺寸精準度的指標。通常以專用符號和數值表示,通過這些標識可確定所加工螺紋的精密等級及公差范圍。
內螺紋的公差帶位置主要分為“G”和“H”兩種類型:G代表基孔制正公差,H代表基孔制零公差。而標注在公差帶位置后的數字,其數值越大表示螺紋的公差范圍越寬。此外,標注的“S”、“N”、“L”代表螺紋的旋合長度,其中S為短旋合、L為長旋合、N為中等旋合。
●推薦的內螺紋公差帶等級
| 配合類型 |
公差位置 G |
公差位置 H |
| S |
N |
L |
S |
N |
L |
| 過渡配合 |
― |
― |
― |
4H |
5H |
6H |
| 過盈配合 |
(5G) |
6G |
(7G) |
5H |
6H |
7H |
| 間隙配合 |
― |
(7G) |
(8G) |
― |
7H |
8H |
嚙合率
嚙合率是表征外螺紋與內螺紋嚙合貼合程度的指標,以外螺紋與內螺紋的實際嚙合高度和基準螺紋牙高的比值來表示。嚙合率的數值越接近100%,加工的底孔直徑就越小,外螺紋與內螺紋牙峰、牙谷的嚙合重疊區域也就越大。
【計算公式】
嚙合率(%)=(外螺紋外徑-內螺紋內徑)÷(2×外螺紋基準螺紋牙高)×100
毛刺翻邊、牙崩裂
「毛刺翻邊」與「牙崩裂」均為攻絲加工中常見的切削不良現象。毛刺翻邊是指刀具對工件產生撕扯式切削的加工狀態,會導致切削面出現毛邊、翻邊問題,進而造成加工精度下降。
內螺紋的牙峰部位發生崩損、缺角的現象被稱為牙崩裂(也叫跳牙),切削過程中切屑夾滯在刀具與工件之間是引發該問題的常見原因。
利用加工中心提升攻絲加工效率
攻絲加工是為內螺紋加工螺紋槽的工藝,所用絲錐刀具的類型十分多樣。根據工件材質、要求加工精度等加工需求,合理選用刀具是開展攻絲作業必不可少的環節。同時,也需掌握使用切削油、保證絲錐插入角度與底孔垂直等基礎操作要點。尤其是手動攻絲作業時,若絲錐相對底孔傾斜擰入,會導致加工品質下降。
為維持攻絲加工精度、提升生產效率,引入加工中心也是行之有效的方法之一。加工中心可通過程序實現刀具的精準控制,即便加工復雜的螺紋形狀,也能始終保證高品質、一致性的加工效果。企業可結合自身生產需求,考慮相關的設備投入。