2.2.7 攻螺纹
用丝锥在孔壁上切削螺纹称为攻螺纹。
(1)丝锥的构造
丝锥由切削部分、定径(修光)部分以及柄部组成,如图2-103(a)所示。丝锥用高碳钢或者合金钢制成,并经淬火处理。
图2-103 丝锥的构造
①切削部分。是丝锥前部的圆锥部分,有锋利的切削刃,起主要切削作用。刀刃的前角为8°~10°,后角(γ)为4°~6°,如图2-103(b)所示。
②定径部分。确定螺纹孔直径、修光螺纹、引导丝锥轴向运动以及作为丝锥的备磨部分,其后角α=0°。
③屑槽部分。有容纳、排除切屑以及形成刀刃的作用,常用的丝锥上有3~4条屑槽。
④柄部。它的形状及作用与铰刀相同。
(2)丝锥种类和应用
手用丝锥一般由2只或3只组成一组,分头锥、二锥以及三锥,其圆锥斜角φ各不相等,修光部分大径也不相同。
3只组丝锥:头锥φ=4°~5°,切削部分中不完整牙有5~7个,完成切削总工作量的60%,二锥φ=10°~15°,切削部分中不完整牙3~4个,完成切削总工作量的30%;三锥φ=18°~23°,切削部分中不完整牙有1~2个,完成切削总工作量的10%,如图2-104所示。因为3只组丝锥分3次攻螺纹,总切削量划分为3部分,所以,可减少切断面积和阻力,攻螺纹时省力,螺纹也较为光洁,还可以避免丝锥折断与损坏切削刃。
图2-104 3只组成套丝锥
两只组丝锥:头锥φ=7°,不完整牙约为6个;二锥φ=20°,不完整牙约为2个,如图2-105所示。
图2-105 两只组成套丝锥
一般M6~M24的螺纹攻一套有两只,M6以下及M24以上一套螺纹攻有3只。这是因为小螺纹攻强度不高,易折断,因此备3只;而大螺纹攻切削负荷大,需要分几次逐步切削,因此,也做成3只一套。细牙螺纹丝锥不论大小规格均为2只一套。
普通丝锥还包括管子丝锥,它又分为圆柱形管子丝锥与圆锥形管子丝锥两种。圆柱形管子丝锥的工作部分比较短,是2只组;圆锥形管子丝锥是单只,但是较大尺寸时也有2只组的,如图2-106所示。管子丝锥用于管子接头等处的切削螺纹。
图2-106 管子丝锥
除手用丝锥外,还有机用普通丝锥,用于机械攻螺纹。为装夹方便,丝锥柄部较长。通常机用丝锥是一只,攻螺纹一次完成。其切削部分的倾斜角大,也较长;适用于攻通孔螺纹,不便于浅孔攻螺纹。机用丝锥也可以用于手工攻螺纹。
(3)攻螺纹扳手(铰手、铰杠)
手用丝锥攻螺纹孔时一定要用扳手夹持丝锥。扳手分普通式与丁字式两类,如图2-107所示。各类扳手又分固定式与活络式两种。
图2-107 攻螺纹扳手
①固定式扳手。扳手的两端是手柄,中部方孔适合一种尺寸的丝锥方尾。
因为方孔的尺寸是固定的,不能适合于多种尺寸的丝锥方尾。在使用时要根据丝锥尺寸的大小,来选择不同规格的攻螺纹扳手。此种扳手的优点是制造方便,可随便找一段铁条钻上个孔,用锉刀锉成所需尺寸的方形孔就可使用。当经常攻一定大小的螺纹时,用就会它很适宜。
②活络式扳手(调节式扳手)。这种扳手的方孔尺寸经过调节后,可适合不同尺寸的丝锥方尾,使用很方便。比较常用的攻螺纹扳手规格见表2-6。
表2-6 常用攻螺纹扳手规格
③丁字形攻螺纹扳手。这种扳手常用在较小的丝锥上。当需要攻工件高台阶旁边的螺纹孔或者攻箱体内部的螺纹孔时,用普通扳手要碰工件,此时则要用丁字扳手。小的丁字扳手有做成活络式的,它是一个4爪的弹簧夹头。通常用于装M6以下的丝锥。大尺寸的丝锥通常都用固定的丁字扳手。固定丁字扳手往往是专用的,根据工件的需要确定其高度。
(4)攻螺纹前螺纹底孔直径的确定
攻螺纹时丝锥对金属有切削与挤压作用,若螺纹底孔与螺纹内径一致,会产生金属咬住丝锥的现象,造成丝锥损坏与折断。所以,钻螺纹底孔的钻头直径应比螺纹的小径稍大些。
如果大得太多,会致攻出的螺纹(丝扣)不足而成废品。底孔直径的确定跟材料性质有很大关系,可通过查表2-7与表2-8或用公式计算法来确定底孔直径。
表2-7 攻常用公制基本螺纹前钻底孔所用的钻头直径
表2-8 常用英制螺纹、管子螺纹攻螺纹前钻底孔的钻头直径
简单计算法常用下列经验公式。
①常用公制螺纹底孔直径的确定。
钢料及韧性金属 D≈d-t(mm)
铸铁及脆性金属 D≈d-1.1t(mm)
式中,D为底孔直径(钻孔直径);d为螺纹大径(公称直径);t为螺距。
②英制螺纹底孔直径的确定。
钢料及韧性金属
铸铁及脆性金属
式中,D为钻孔直径;d0为螺纹大径,in;n为螺纹每英寸牙数。
③不通孔钻孔深度的确定。不通孔攻螺纹时,因为丝锥切削刃部分攻不出完整的螺纹,所以,钻孔深度应要超过所需要的螺纹孔深度。钻孔深度是螺纹孔深度加上丝锥起切削刃的长度,起切削刃长度大约等于螺纹外径d的0.7倍。所以,钻孔深度可按照下式计算:
钻孔深度=需要的螺纹孔深度+0.7d (2-1)
(5)攻螺纹方法及注意事项
①用丝锥攻螺纹的方法与步骤如图2-108所示。
图2-108 攻螺纹的基本步骤
a.钻底孔。攻螺纹前在工件上钻出适宜的底孔,可查表2-7与表2-8,也可用公式计算将底孔直径确定,选用钻头。
b.锪倒角。钻孔的两面孔口用90°的锪钻倒角,使倒角的最大直径与螺纹的公称直径相等。这样,丝锥易起削,最后一道螺纹也不至在丝锥穿出来时候崩裂。
c.将工件夹入虎钳。一般的工件夹持在虎钳上攻螺纹,但较小的工件可放平,左手紧握工件,右手使用扳手攻螺纹。
d.选用合适的扳手。根据丝锥柄上的方头尺寸来选用扳手。
e.头攻攻螺纹。将丝锥切削部分放入工件孔内,必须使丝锥与工件表面垂直,并且要认真检查矫正,如图2-109所示。攻螺纹开始起削时,两手要加适当压力,并按照顺时针方向(右旋螺纹)将丝锥旋入孔内。当起削刃切进后,两手不要再加压力,只用平稳的旋转力攻出螺纹,见图2-110。在攻螺纹中,两手用力要均衡,旋转要平稳。每当旋转至1/2~1周时,将丝锥反转1/4周,以割断和排除切屑,防止切屑堵塞屑槽,造成丝锥的损坏及折断。
图2-109 丝锥找正方法
图2-110 攻螺纹操作
f.二攻、三攻攻螺纹。头攻攻过之后,再用二攻、三攻扩大及修光螺纹。二攻、三攻必须先用手旋进头攻已攻过的螺纹中,使其得到良好的引导之后,再用扳手,按照以上方法,前后旋转直到攻螺纹完成为止。
②及时清除丝锥和底孔内的切屑。深孔、不通孔以及韧性金属材料攻螺纹时,必须随时旋出丝锥,清除丝锥和底孔内的切屑,这样,可以防止丝锥在孔内咬住或折断。
③正确选用冷却润滑液。为了改善螺纹的粗糙度,保持丝锥良好的切削性能,依据材料性质的不同及需要,可参照表2-9所示选用冷却润滑液。
表2-9 切螺纹常用的冷却润滑液
(6)丝锥手工刃磨方法
当丝锥切削部分磨损时,常借助手工修磨其后隙面。比如丝锥切削部分崩了几牙或断掉一段时,先把损坏部分磨掉,然后,再刃磨切削部分的后隙面。磨时要使各刃的半锥角与刀刃的长短一致。若采用磨钻头的方法磨丝锥时,要尤其注意磨到刃背最后部位时,防止把后一齿的刀刃倒角。为了避免这一点,丝锥可立起来刃磨,如图2-111所示。此时,摆动丝锥磨切削部分后角,就看得清后面一齿的位置,不至将后面一齿磨坏。有时,为了防止碰坏后一齿,磨切削部分后隙面时,也可不摆动丝锥而磨成一个斜度为α角的平面。
图2-111 手工刃磨丝锥切削部后隙面的示意图
当丝锥校准部分磨损(刃口出现圆角)时,经常靠手工在锯片砂轮上修丝锥的前倾面,将刃口圆角磨去,使丝锥锋利。这时,如图2-112所示,要控制前角γ。丝锥要轴向移动,使整个前倾面均磨到。磨时要常用水冷却,防止丝锥刃口退火。
图2-112 手工修磨丝锥的前倾面示意图
(7)丝锥折断在孔中的取出方法
丝锥折断在孔中,根据不同情况,采用不同方法,从孔中将断丝锥取出。
①丝锥折断部分露出孔外,可用钳子拧出,或用尖錾及样冲轻轻地剔出断丝锥,如图2-113所示。如果断丝锥与孔咬得太死,用如以上方法取不出时,可将弯杆或螺母气焊在断丝锥上部,然后,旋转弯杆或用扳手扭动螺母,即可取出断丝锥,如图2-114所示。
图2-113 用錾子或冲子剔出断丝锥法
图2-114 用弯杆或螺母焊接取出断丝锥法
②丝锥折断部分在孔内,可以用钢丝插入到丝锥屑槽中,在带方头的断丝锥上旋上两个螺母,钢丝插入断丝锥与螺母间的空槽(丝锥上有几条屑槽应插入几根钢丝),然后,用攻螺纹扳手反时针方向旋转,取出断丝锥,如图2-115所示。还可以用旋取器将断丝锥取出,如图2-116所示。在弯杆的端头上钻3个均匀分布的孔,插入3根短钢丝,钢丝直径根据屑槽大小而定,形成三爪形,插入到屑槽内,按照丝锥退出方向旋动,取出丝锥。
图2-115 用钢丝插入丝锥屑槽内旋出断丝锥法
图2-116 用弯曲杆旋取器取断丝锥法
在用上述方法取出断丝锥时,应适当加入润滑剂。
③在用上述几种方法都不能取出断丝锥时,如有条件,可以用电火花打孔方法,取出断丝锥,但往往受设备及工件太大所限制。其次,还可以将断丝锥退火,然后,用钻头取出钻削,此种方法只适用于可以改大螺孔的情况。
断丝锥也会遇到难以取出的情况,从而造成螺孔或工件的报废。所以,在攻螺纹时,要严格按照操作方法及要求进行,工作要认真细致,避免丝锥折断。
(8)攻螺纹时产生废品及丝锥折断的原因及防止方法
①攻螺纹时产生废品的原因及防止方法见表2-10。
表2-10 攻螺纹时产生废品的原因及防止方法
②攻螺纹时丝锥折断的原因及防止方法见表2-11。
表2-11 丝锥折断原因及防止方法