【摘 要】本文對(duì)MJ螺紋特殊結(jié)構(gòu)和鈦合金的機(jī)械加工進(jìn)行了分析，針對(duì)盲孔螺紋的加工問題及生產(chǎn)刀具開展了工藝研究，通過探索明確了解決問題的方法，消除可能造成質(zhì)量問題的各種因素，使MJ高強(qiáng)度螺紋得以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。本文的研究對(duì)于鈦合金材質(zhì)內(nèi)螺紋的加工具有實(shí)際意義，可推廣于各種鈦合金材料零件的制造。

　　【關(guān)鍵詞】鈦合金 MJ高強(qiáng)度螺紋 刀具 加工試驗(yàn)

　　0 引言

　　鈦合金具有比重小，強(qiáng)度高，熱能性好，300℃-400℃都有極高的比強(qiáng)度、耐高溫、高韌性、較寬的工作溫度范圍和抗疲勞性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是具有優(yōu)異的抗腐蝕性能， 在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮了很好的作用。但是鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量低、化學(xué)活性高，機(jī)械加工困難。

　　1 現(xiàn)狀分析

　　（1）螺紋的連接與緊固是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中最常用最重要的一種方式，是整合零件和對(duì)外接口的靈魂，尤其是支架結(jié)構(gòu)，詳見圖1：

　　從圖1所示， 支架主要靠上下幾枚螺釘緊固，形成整體來完成使用功能，為達(dá)到產(chǎn)品強(qiáng)度要求，采用MJ米制螺紋緊固件，該螺紋具有以下優(yōu)點(diǎn)：a.強(qiáng)度高、重量輕、強(qiáng)度等級(jí)一般在900MPa以上，最高可達(dá)1800MPa；b.精度高，防松性能好，可靠性高；c.適應(yīng)環(huán)境復(fù)雜，包括狹小的裝配空間、大氣環(huán)境、水下環(huán)境、太空環(huán)境等。

　　（2）針對(duì)鈦合金MJ盲孔螺紋的加工，最具有代表性的零件是支架連接條，以此為例來作分析研究。零件結(jié)構(gòu)圖見圖2：

　　零件材料：TC4R 軋 GB/T2965-1996

　　研究對(duì)象：內(nèi)螺紋盲孔MJ5×0.8-4H6H， MJ6×1-4H6H。

　　現(xiàn)行加工中，用普通鉆頭鉆底孔后，先頭攻再二攻，或直接上二攻、干攻或加冷卻液攻絲，絲錐均有跳動(dòng)，口部晃動(dòng)厲害， 形成喇叭口。攻絲中進(jìn)易退難，排屑不暢， 由于根部很緊，在退刀時(shí)阻力大，卡得很緊， 絲錐易被擰斷。絲錐頭部磨損快，損耗大。攻后用陜西航空安峰精密機(jī)床廠專用MJ塞規(guī)檢，都出現(xiàn)了口部止規(guī)過3牙以上，根部很緊，通規(guī)不過，擰不到位的情況。清除毛刺切屑后回攻，則出現(xiàn)通止規(guī)都過的情況。

　　因?yàn)槁菁y盲孔狹窄細(xì)長(zhǎng)，孔深不通，內(nèi)部存在很多不可定因素，尤其是螺紋牙根底，刀具嵌入基體后，發(fā)生切削，散熱差和排屑困難是大家所共知的，加之鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)小，在加工鈦合金時(shí)切削溫度高， 在相同條件下， 加工TC4的切削溫度比45號(hào)鋼高出1倍以上，加工時(shí)產(chǎn)生的熱量很難通過工件釋放； 鈦合金的比熱小， 加工時(shí)局部溫度上升快， 因此， 造成刀具溫度很高， 刀尖急劇磨損， 使用壽命降低。鈦合金彈性模量低， 使已加工表面容易產(chǎn)生回彈， 特別是深孔零件的加工回彈更為嚴(yán)重， 易引起刀具后刀面與已加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦， 從而磨損刀具和崩刃。鈦合金化學(xué)活性很強(qiáng)， 高溫下易與氧、氫、氮發(fā)生作用，形成高硬度的的富氧層，難于加工。所以鈦合金的MJ盲孔螺紋的機(jī)械加工是有待研究解決的主要問題。

　　2工藝技術(shù)研究

　　2.1 MJ螺紋與普通螺紋的結(jié)構(gòu)分析與比較

　　（a）MJ螺紋是一種“螺紋牙底圓弧半徑加大并受控”的米制螺紋， “M”表示米制， 以“J”字形表示螺紋牙底形狀。加大螺紋牙底圓弧半徑，是為了減少螺紋承載的應(yīng)力集中，提高螺紋的抗疲勞壽命。這種螺紋的抗疲勞壽命是普通螺紋的兩倍以上，所以MJ螺紋又稱“抗疲勞螺紋”。

　　（b）普通螺紋的基本牙型如下圖：

　　螺紋的基本牙型是指截去原始三角形頂部H/8和底部H/4后所形成的牙形。普通螺紋的原始三角形為等邊三角形。見圖4。

　　MJ螺紋的基本牙型與普通螺紋相比，區(qū)別是螺紋小徑的削平高度由H/4增大到5H/16。這是由于相應(yīng)外螺紋的牙底采用了最大圓弧半徑（0.18042P， P是螺距）的結(jié)果。見圖5。

　　（c）螺紋的實(shí)體牙型如下圖：

　　（d）普通螺紋的承載應(yīng)力截面積少，所能承受的拉力載荷值降低，螺旋升角大，自鎖性能不理想。而MJ螺紋的小徑因牙底圓弧半徑的加大而變大，再加上應(yīng)力面積計(jì)算公式的差異，使得MJ螺紋的抗拉能力有了一定的提高。 MJ螺紋的全部牙底圓弧形狀，包括不完整螺紋的收尾，都必須圓滑過渡，而且圓弧的曲率半徑都不能小于0.15011P。 所以抗疲勞強(qiáng)度高是MJ螺紋最顯著的特點(diǎn)。

　　那么，鈦合金材質(zhì)的MJ螺紋優(yōu)越的特殊結(jié)構(gòu)形狀怎么加工實(shí)現(xiàn)呢？

　　2.2 刀具的幾何參數(shù)

　　（1） 鉆頭：

　　針對(duì)MJ螺紋結(jié)構(gòu)，鉆螺紋底孔的鉆頭的設(shè)計(jì)要保證排屑流暢， 為了保證良好的排屑和冷卻， 采用較大的螺旋角為25°～30°， 鉆頭螺旋槽要求拋光處理，鉆芯厚度為鉆頭直徑的1 /4。為了使鉆頭有足夠的強(qiáng)度和定心作用， 可根據(jù)實(shí)際情況修磨橫刃。為了增大切削厚度和切削寬度，鉆頭頂角為135°～140°（通常為118°）， 鉆頭后角為12°～15°。

　　圖7 普通麻花鉆頭結(jié)構(gòu)

　　（2） 絲錐：

　　攻絲是在半封閉狀態(tài)切削，切削液難以達(dá)到切削區(qū)， 散熱及潤(rùn)滑效果差。由于鈦合金彈性模數(shù)小， 切削時(shí)回彈大， 易出現(xiàn) “抱錐”， 使摩擦扭矩增大， 而造成絲錐崩齒或扭斷。解決上述問題， 需選擇合適的幾何參數(shù)。前角為7°～10°， 切削錐部分后角為6°～12°， 校正齒型面鏟后角1°， 切削錐角5°～7°30′。M6以下螺紋的攻絲宜采用切削錐7°30′的修正齒絲錐。絲錐結(jié)構(gòu)圖如下

　　3 切削加工試驗(yàn)

　　（1） 鉆削（加工螺紋底孔）：

　　鈦合金鉆削比較困難， 常在加工過程中出現(xiàn)燒刀和斷鉆現(xiàn)象。這主要是由于鉆頭刃磨不良， 排屑不及時(shí)， 冷卻不佳以及工藝系統(tǒng)剛性差等原因造成的。所以在鉆削時(shí)應(yīng)注意。采用全磨制精度高的含鈷高速鋼鉆頭打螺紋底孔，鉆尖形式很鋒利，連續(xù)加工，勤退刀， 減少鉆刃摩擦加工表面， 造成加工硬化，使鉆頭變鈍，影響后續(xù)攻絲不到位，通規(guī)發(fā)緊情況；并及時(shí)清除切屑， 注意切屑的形狀和顏色，加足切削液。

　　（2） 攻絲（加工盲孔螺紋）：

　　試攻MJ螺紋孔時(shí)，出現(xiàn)稍微掉牙和表面粗糙度值高，并且加工后的螺紋出現(xiàn)通規(guī)無法通過的情況，刀具磨損加快，均勻加工15-30件就需換刀，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行了改進(jìn)：

　　a.選用優(yōu)良的絲錐材料，改進(jìn)螺旋槽對(duì)盲孔排屑好， 具有可靠的斷屑措施；

　　b.考慮將螺紋底孔直徑控制在上限，以減少絲錐的磨損量；

　　c.對(duì)已經(jīng)磨損過的絲錐，重新修磨后進(jìn)行表面涂覆處理；

　　d.并采用新絲錐中徑加大0.01mm的方法，絲錐壽命有了大幅進(jìn)步；

　　e.作跳牙處理減少工件與工具間的摩擦， 保證理想的導(dǎo)向部分長(zhǎng)度，加粗刀柄，增加強(qiáng)度， 解決絲錐單薄被拉斷，進(jìn)易退難，排屑不暢的問題；f.為保證內(nèi)外螺紋的實(shí)體牙型高精度的螺紋配合副，和盲孔螺紋的牙頂削平高度要求，選用一攻到位的絲錐， 齒數(shù)應(yīng)較標(biāo)準(zhǔn)絲錐少， 一般為2 ～3 齒。切削錐角宜大， 錐度部分一般為3～4扣螺紋長(zhǎng)度。為便于排屑， 還可在切削錐部分磨出負(fù)傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。

　　4 研究結(jié)論

　　通過對(duì)MJ螺紋特殊結(jié)構(gòu)的分析和對(duì)鈦合金的機(jī)械加工的研究，得出以下結(jié)論：加工鈦合金MJ盲孔螺紋，要求刀具材料散熱性好， 抗高溫性能好；要求刀具幾何參數(shù)合理；要求加工過程必須充分冷卻；經(jīng)過實(shí)際加工，使MJ螺紋得以在產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)。 本文對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有適用價(jià)值，可推廣于各種鈦合金材料零件的制造。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]《鈦合金切削加工刀具材料選用與加工工藝方法》. 2000 （5） ，湖北航天科技

　　[2]《用于鈦合金零件加工的機(jī)床與刀具》. 2001，航空制造技術(shù)， 增刊.