高溫無屑擠壓熱熔鉆孔／無屑擠壓攻絲技術原理及其應用

在機械加工中，常常需要解決薄壁型、板條型或管型工件的相互聯(lián)接問題。但是，這些聯(lián)接方式及其相關技術存在一定的缺陷或不足。
a是在薄壁通孔中直接攻絲，通過螺栓(釘)實現(xiàn)薄壁工件的螺紋聯(lián)接。由于薄壁工件壁厚不足，螺紋牙數(shù)少，造成螺紋聯(lián)接的強度、自鎖性和可靠性較差。b是在聯(lián)接孔處焊(鉚)接一個輔助螺母，以增加聯(lián)接螺紋長度，提高聯(lián)接強度。但是，薄板焊(鉚)接操作煩瑣，技術要求較高，很容易燒穿板件，點焊強度也不高。c是在聯(lián)接螺栓(釘)上加裝螺母。這種方法會增加工序，降低效率，加大生產(chǎn)成本；此外，額外增加外部元件還會對裝配操作帶來不便，影響產(chǎn)品質(zhì)量等。以上幾種聯(lián)接方式還有一個共同的缺點：在聯(lián)接部位鉆孔切削會降低強度、浪費材料、產(chǎn)生切屑，不利于5s生產(chǎn)管理。

為了實現(xiàn)簡便快速、經(jīng)濟有效的薄壁工件聯(lián)接，F(xiàn)DRILL公司開發(fā)出了一種無屑鉆孔技術——熱熔鉆(Fdrill熱熔鉆頭)。它可通過一次加工，在實現(xiàn)無屑鉆孔的同時，利用加工部位的材料形成支承襯套。在該襯套上可采用熱熔絲錐攻制螺紋，形成強度更高的螺紋孔，避免了另外焊(鉚)接聯(lián)接用螺母，從而使傳統(tǒng)的薄壁工件聯(lián)接方式發(fā)生了根本變革。

1熱熔鉆工作原理及加工孔型

(1)Fdrill熱熔鉆工作原理

熱熔鉆采用碳化鎢硬質(zhì)合金材料制造，其端部呈30-60。的錐尖形，錐面上無切削刃口。當熱熔鉆在金屬薄壁工件表面高速回轉(zhuǎn)并被施以向下的軸向壓力時，熱熔鉆的頭部與金屬材料劇烈摩擦，產(chǎn)生高達650～750℃的高溫，使與錐頂接觸的局部金屬材料升溫變紅并迅速軟化，隨著軸向壓力加大和進給加深，端部錐面與金屬材料的接觸面積增大，發(fā)熱進一步增加，加工區(qū)溫度繼續(xù)上升而使變紅區(qū)域擴大。隨著孔內(nèi)原來的熔融實體材料在鉆頭的軸向進給和旋轉(zhuǎn)作用下沿徑向和軸向作熱塑性流動而形成環(huán)頸和襯套，并快速加工出孔洞，而襯套的形成正是熱熔鉆所需要的加工效果。同理，使用熱熔絲錐可以在加工出的孔中進一步攻制螺紋，以達到增大聯(lián)接長度、提高聯(lián)接強度的效果。此外，加工出的襯套還可作為軸承支撐座、分叉歧管等用途。

(2)FDRILL熱熔鉆加工孔型

標準熱熔鉆FDRILL可以鉆削或攻螺紋的孔型包括長型、長平型、短型和短平型。加工不同孔型時使用的熱熔鉆頭形狀也有所不同：加工長型、短型孔的熱熔鉆頭端部是平整的；而加工長平型、短平型孔的熱熔鉆頭端部有一定的弧度。因此，加工出長平型、短平型孔的工件表面是平整的；而加工出長型、短型孔的工件表面則有凸臺階。

2、FDRILL熱熔鉆的特點與優(yōu)勢： 

熱熔鉆孔／攻絲技術具有如下特點和優(yōu)勢： 

(1)可使傳統(tǒng)鉆孔／攻絲時產(chǎn)生的切屑轉(zhuǎn)化為聯(lián)接薄壁工件所需的環(huán)頸(位于工件表面以上)和襯套(位于工件表面以下)結(jié)構(gòu)，其總厚度可達工件原始壁厚的3倍左右。通過改變工件結(jié)構(gòu)和加工方式，提高了螺紋的成型精度、拉伸強度、聯(lián)接扭矩值和穩(wěn)定性。

(2)加工表面因熱熔鉆頭部與金屬材料劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，然后在空氣中冷卻而獲得正火處理效果，使孔的表層硬度及防銹、耐腐蝕性能得以提高

(3)熱熔鉆加工速度快，循環(huán)時間短。根據(jù)材料厚度及孔徑大小的不同，加工1個孔僅需2—6秒鐘，大大提高了生產(chǎn)效率。

(4)熱熔鉆實現(xiàn)了無屑加工，無需處理切屑等廢料，簡化了工序，提高了材料利用率。

(5)熱熔鉆頭結(jié)構(gòu)簡單，易于制備和維護，刀具壽命較長。熱熔鉆頭圓柱面磨損小，錐面磨損不影響加工孔側(cè)面的成形，無需刃磨刀具。

(6)熱熔鉆可在標準鉆床或數(shù)控鉆床上進行加工(加工功率水平1．5～3．5kW，主軸轉(zhuǎn)速1000～3500)；鉆頭夾持采用套筒夾頭，刀柄采用莫氏錐柄或直圓柱柄。無需額外增加專用設備和配件。

(7)熱熔鉆加工可優(yōu)化、簡化和改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計和工藝路線，有利于后續(xù)裝配加工。

4熱熔鉆的應用范圍

(1)工件材料

熱熔鉆技術適用于加工壁厚O．5～12．5mm的多種金屬材料，如低碳鋼、不銹鋼、鈦、鋁、銅、紫銅、黃銅(Zn含量低于40％)、鋁合金(si含量低于0.5%)等

（2）應用領域

熱熔鉆可廣泛應用于機械、汽車、航空航天、家用電器、自行車、金屬建筑、金屬家具、中央空調(diào)、照明等行業(yè)，可加工各種標準螺紋、公制螺紋和NPT螺紋。

(3)FDRILL熱熔鉆的加工參數(shù)

目前已獲得有效應用的熱熔鉆頭／擠壓絲錐加工參數(shù)見表1。

表1熱熔鉆頭／絲錐的加工參數(shù)

螺紋  熱熔鉆直徑 轉(zhuǎn)數(shù)  馬達功率  加工時間  攻絲轉(zhuǎn)速

尺寸   (mm)     (r／min)  (kW)    (s)     (r／而n)

M2    1．8     3200     O．5       2         1600

M3    2．7     3000     0．6       2         1350

M4    3．7     2600     O．7       2         1000

M5    4．5     2500     0．8       2          800

M6    5．3     2400     1．0       2          650

M8    7．3     2200     1．3       2          500

MlO   9．2     2000     1．5       3          400

M12   10，9    1800     1．7       3          330

M16   14．8    1400     2．2       4          350

M20   18．7    1200     2．7       5          200

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