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)結構，其總厚度可達工件原始壁厚的3倍左右。通過改變工件結構和加工方式，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)熱熔鉆頭結構簡單，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)品結構設計和工藝路線，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 轉數(shù)  馬達功率  加工時間  攻絲轉速

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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