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对于金属加工材料而言,硬度值HRC36通常被视为软材料与硬材料的分界线。将HRC36作为硬材料的起点值,是因为硬度大于该值后,材料的延伸率通常就会小于10%。一般来说,这种硬度的材料已不适合用冷挤压成形丝锥或滚压成形丝锥来加工螺纹。因此,硬材料的螺纹加工通常需要采用切削丝锥或螺纹铣刀。, F7 `- M+ [( @
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0 p+ z& O" @9 X# x' i; h3 d但是,这种一般性限制条件也并非绝对不可逾越。某些冷挤压成形丝锥也可以在硬度高达HRC44的材料上加工螺纹。而切削丝锥则既可在软材料,也可在硬材料上加工螺纹。不过,在对硬材料进行攻丝时,需要对丝锥的结构设计进行一些改动。' P3 @/ V* G, z" D. G& I
; z& I' W- o5 b$ k* t3 L ~应用领域
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制造商需要在包括航空零件和医用零件在内的各种硬材料工件上进行螺纹加工。例如,美国CIM公司需要对硬度HRC32-39的医用零件(如骨锯导向器)以及硬度HRC48-52的材料(如用于光学工业的不锈钢激光器件)进行螺纹加工。CIM公司最初是一家涡轮机制造商,涡轮零件通常用镍基合金(如STELLITE31)制造,其热处理后的硬度达到HRC48-52。
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模具制造商也需要在硬材料上加工螺纹。模具通常用工具钢(如H-13、P-20等)材料制造。H-13的硬度为HRC48-52,而P-13的硬度可达HRC50-52。模具用硬材料还包括可热处理合金和钴基合金。3 m' v5 l' e5 G9 D; ^6 L8 q- u) T
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虽然采用HSS-E高速钢(E指“特级”,表示富钴高速钢)丝锥可对硬度高达HRC55的材料进行攻丝加工,但制造商应该采用可加工更高硬度的硬质合金丝锥。硬质合金丝锥可用于加工高硬度的马氏体不锈钢(400系列的硬度为HRC50-60),这些不锈钢的主要合金元素是11.5%-18%的铬。" s$ d- T) f$ W/ u: h+ a
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硬材料攻丝还可应用于一些过程控制零件的加工。例如,镍基合金可用于制造测量化学品(包括酸液)流速的零件,这种材料必须对腐蚀性化学品具有很好的耐受力。3 v5 r; H( ]( l$ m
" p" s J3 q4 D: }8 W9 L丝锥设计
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- l' T1 M3 j2 C& G; ^与加工软材料相比,加工硬材料的丝锥需要采用更硬的涂层(如TIN和TICN涂层)。此类丝锥还包括其他一些结构特点。9 S+ g$ }. D/ u( t
" J7 k; x4 N$ ^/ {( ?- s一个特点是丝锥的槽数。为了加工硬材料,需要采用较多的槽数。例如,二槽丝锥适合加工铝,而用于加工硬材料的丝锥可能需要采用5-6槽。更多的槽数可以产生更多的切削刃,从而分散和减小切削力与刀具磨损。
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; P: }8 ^5 ~; r9 W: p1 i) w另一个特点是刀具的铲磨量,设计用于加工软材料的丝锥铲磨量较小,因为减小铲磨量可以提高加工这些材料的稳定性。加工硬材料的丝锥则需要采用较大的铲磨量。增大铲磨量的目的是为了形成负的(径向)切削面,而加工软材料的丝锥会形成正的切削面,有点类似于锋利的鹰爪,这种鹰爪形切削面可能会对较硬的工件材料造成损坏。此外,通过对丝锥导向部或切削刃的倒棱铲磨、偏心铲磨(它会影响螺纹攻丝的螺距和小径)和牙型铲磨(它会影响大径、螺距和小径),也可以获得较大的铲磨量。增大铲磨量可以减小丝锥的切削抗力,有利于硬材料的加工,因为硬材料的弹性较小,如果切削抗力过大,有可能造成丝锥折断。此外,减小切削抗力可以提高丝锥的自由切削能力,并减小攻丝所需的扭矩。但是,减小扭矩不应与很小的扭矩混为一谈。在硬材料上攻丝需要消耗很大的功率,丝锥切削刃也要承受很大的切削力。. D9 G+ f; Z& k4 t
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除了增大铲磨量以外,加工硬材料的丝锥还需要采用较大的前角。丝锥前角对切削刃稳定性的影响比后角的影响更大。减小前角可以提高切削刃运动的稳定性,并且通常会产生更有利的切屑形状。但是,减小前角——这对于加工硬材料也有必要——会增大切削力和扭矩。4 K2 t; S1 e# v* j5 Q
; X. x+ F& W8 u( s s1 h此外,在加工硬材料时,制造商应该预计到,即使对丝锥结构进行了专门改进,其使用寿命仍然比较短。专用丝锥的使用寿命取决于螺纹孔的深度和工件材料的硬度。制造商还应该预计到,加工硬质材料的丝锥价格比加工软质材料的丝锥更昂贵。例如,为了加工硬度特别高的工件材料,通常必须使用成本更高的硬质合金丝锥。, @. I b1 u0 W h; u# I7 F
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