[发明专利]一种硬脆材料小孔螺纹成形磨削方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工及工具技术领域，涉及一种小孔螺纹加工方法，特别涉及一种硬脆材料小孔螺纹成形磨削方法。

背景技术

以高体积分数颗粒增强金属基复合材料、陶瓷、石英等为代表的硬脆材料由于具有良好的性能，被广泛应用于现代科技领域。尤其是高体积分数颗粒增强金属基复合材料具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点，在航空航天、汽车、战略性武器等领域有广泛的应用。但是硬脆复合材料的高比强度和高比刚度等特点使其成为难加工材料，特别是在硬脆材料零件上加工M2~M5的小孔螺纹更为困难。目前国内研究单位大多采用硬质合金丝锥手工攻丝的方法来加工硬脆材料零件小孔螺纹，为防止昂贵的硬脆复合材料零件在攻丝工序中因刀具折断而变成废品，许多相关制造企业不得已在手工攻丝过程中采用“攻丝-退刀-排屑-攻丝-退刀-排屑”重复步骤加工。加工效率极为低下，而且不能完全保证丝锥在攻丝过程中不发生折断情况。这种落后的小孔螺纹加工技术严重制约了新产品的研制进度和量产能力。采用盘状成形砂轮磨削加工螺纹方法，对于外圆螺纹，包络角度小，加工误差小，因此在生产中已经得到应用。但是对于内孔螺纹的加工，特别是小孔螺纹，由于包络角度大，加工过程中因存在严重的干涉现象，产生原理性误差，因而现实生产中几乎不采用该工艺方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬脆材料小孔螺纹成形磨削方法。解决硬质合金丝锥在攻丝中急剧磨损或因强度不足而折断导致材料报废的问题、排屑不及时对螺纹表面划伤的问题和加工效率低下的问题。

本发明采用的技术方案是：硬脆材料小孔螺纹加工是用特殊截形的盘状成型砂轮，采取刀轴与孔轴中心平行的螺旋磨削方式加工成形，其中：工件不动，砂轮在自转的同时，以偏心距e沿孔轴以螺旋轨迹公转，如图1所示。

理论上，盘状成型砂轮螺旋磨削螺纹孔时，只有当刀盘倾斜安装且倾斜角度等于螺纹角度时，加工不会产生干涉，即不会产生原理性误差，如图2所示。但是由于机床结构、工件结构和操作等方面的限制，尤其是加工小孔螺纹，刀具倾斜加工较难实现，因此生产实践中很少采用刀盘倾斜的加工方式。若采用图3所示的刀轴与孔轴中心平行的方式加工，因盘形刀具在沿螺旋轨迹加工，砂轮与已加工螺纹表面必然存在干涉导致螺纹形状超差，即产生原理性误差。为了消减这一误差，要求盘状成型砂轮进行特殊修形，即盘状成型砂轮切削刃部分夹角为α=α_o-Δα，其中α_o是标准螺纹角度，通常取60°；Δα为盘状成型砂轮修形角度，根据内螺纹公称直径和盘状成型砂轮直径等参数的不同，Δα取值范围为0°～6°，如图4所示。

实际加工误差阈值δ_o主要由加工原理性误差δ、工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形误差等组成。其中原理性误差阈值δ理论上至少应当控制在允许的加工误差δ_o三分之一以内。当盘状成型砂轮原理性误差小于实际加工误差δ_o的三分之一时，盘状成型砂轮不用修形即可满足加工要求。当盘状成型砂轮原理性误差大于实际加工误差δ_o的三分之一时，需要对盘状成型砂轮进行修形。

设d=ηD，d为盘状成型砂轮直径，D为标准内螺纹公称直径，η为盘状成型砂轮直径与标准内螺纹公称直径的比例系数。根据误差计算公式（1）可以求得系数η的临界值[η]。式中：δ为原理性误差值；δ_o为实际加工误差阈值；D为标准内螺纹公称直径；d为盘状成型砂轮直径；P为螺距。