《钳工》第七章 手工切削螺纹.docx

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《钳工》第七章手工切削螺纹

第七章手工切削螺纹

螺纹零件，在机器制造中是必不可少的。

它可用作联接、紧固和调整各种零部件，并可用来传递动力或改变运动形式等。

人们日常应用的如自行车、钟表，还有各种机械设备，都是靠螺纹零件装配成的。

因此，对于螺纹的基本原理，我们有必要加以了解，以便适应生产需要，选用合适的螺纹。

作为钳工，还要懂得手工切削螺纹。

下面介绍的便是螺纹的基本概念和手工切削螺纹的操作技术。

第一节螺纹基本概念

1．螺纹的基本原理：

用一张剪成直角三角形ABC的纸（如图7—1），以一直角边AC挨着一假设直径为a的圆柱底面边缘绕圆柱旋转，其斜边AB在圆柱上就形成了一条螺旋曲线，旋转一周后，相邻两点距离（即BC两点距离），称为螺线节距（S），又叫导程，按照这个原理产生螺纹，如图7—1b）螺纹自左向右升起为右旋螺纹，螺纹自右向左升起为左旋螺纹。

螺纹有单头和多头，螺纹头数多少都要在螺线节距（s）范围之内，这样才能保证螺纹足够强度。

设螺纹头数n、螺纹节距（螺距）t，那么，螺线节距（s）和螺纹节距（螺距）t的关系便是：

s=nt

从上式知道，多头螺纹节距和螺旋线节距是不相等的。

只有单头螺纹，螺距和螺线节距相等。

2．螺纹种类：

螺纹在应用中可分为联结螺纹和传动螺纹两大类。

从螺纹配合要素（牙形、螺距、外径）是否符合国家规定螺纹标准来看，又可分标准螺纹、特殊螺纹和非标准螺纹三种。

标准螺纹——牙形、螺距、外径都符合国家颁布的标准规定。

特殊螺纹——牙形符合标准，螺距、外径都不符合标准规定。

非标准螺纹——牙形、螺距、外径都不符合标准规定。

以螺纹的牙形来区分：

有三角形螺纹、梯形螺纹、方形螺纹、半圆螺纹、锯齿形螺纹等多种（如图7—2）。

3．三角形螺纹应用和代号：

三角形螺纹多用于联结上，是应用得比较广泛的一种螺纹。

它可以分成下面三种。

（1）普通螺纹：

公制单位，以毫米（mm）为尺寸单位，分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹两种，牙形角α=60°，如图7—3所示。

粗牙普通螺纹代号以字母“M”及直径（公称直径）来表示，尺寸单位不必标明；细牙普通螺纹代号以字母“M”及直径×螺距表示，尺寸单位不必标明。

如M10，即表示粗牙普通螺纹，公称直径10毫米，螺距1.5毫米；M10×1.25即表示细牙螺纹，公称直径10毫米，螺距1.25毫米。

普通螺纹公称直径与螺距系列。

可参看表7—1

（2）吋制螺纹：

以英吋（”）为尺寸单位，现在机械制造中少采用，多配制于旧机器吋制螺纹零件，牙形如7—4所示。

吋制螺纹代号以外径（公称直径）及每吋牙数表示。

如3/16”-18或5/16”×18，即表示吋制螺纹公称直径3/16”或5/16”每吋牙数18。

如表7—2为粗牙吋制螺纹和每吋牙数系列表。

（3）管子螺纹：

管子螺纹用于管件联接，它与其他螺纹不同的是螺距比较小，牙的深度也比较浅。

公称直径是指管子孔径，因此螺纹外径比公称直径要大。

管螺纹分圆柱管螺纹（代号G），圆锥管螺纹（代号KG）牙形角α=55°和吋制圆锥管螺纹（代号K又叫布锥管螺纹，）牙形角α=60°三种。

管螺纹有左旋和右旋之分，左旋的管螺纹在代号中标注“左”，右旋一般不加标注。

如G3/8”，即表示圆柱管螺纹，公称直径3/8”右旋。

G3/4”-2左，即表示圆柱管螺纹，公称直径为3/4”，2级精度，左旋。

KG2”左，即表示圆锥管螺纹（α=55°），公称直径2”，左旋。

K3/4”左，即表示吋制圆锥管螺纹（α=60°），公称直径3/4”，左旋。

管螺纹具体尺寸可参看如表7—3、7—4

第二节螺纹切削工具

要从金属圆柱或钻孔中切削出螺纹，就要使用切削螺纹刀具。

钳工通常使用的切削螺纹刀具有丝锥（丝攻）和圆板牙（丝板）两种。

1．丝锥：

（1）丝锥的基本构造：

丝锥是加工内螺纹用的工具，它的基本结构形状像一个螺钉，轴向开有几条出屑槽，相应地形成几瓣刀刃。

整个丝锥分成工作部分和扳柄部分。

1）工作部分：

由切削部分和修光部分组成。

切削部分主要担负起切螺纹的工作；修光部分有完整的齿形，用作修光螺纹和校定螺纹直径。

在工作部分，轴向一般开有3~4条切削刀刃和容屑槽，切削刃切削出来的断屑可从容屑槽中排出。

切削刃的几何角度：

前角（γ）和后角（α）大小是根据加工材料来确定的。

标准丝锥，前角（γ）一般取5°~10°，适用于钢或铸铁材料。

后角（α），一般手用丝锥取6°~8°，机用丝锥取10°~12°。

2）扳柄部分：

呈圆柱形，末端是方头（方榫），用以套上扳手，传递扭力，进行切削工作。

机用丝锥柄部比手用丝锥柄部稍长，并开有一半圆环槽。

（2）丝锥种类：

常用的有手用丝锥，机用丝锥和管子丝锥三种。

1）手用丝锥（如图7—6）：

运用手工操作切削内螺纹用，一般由两把或三把组成一套。

两把一套的分头攻、二攻，分别担任先后的切削螺纹工作。

2）机用丝锥（如图7—7）：

机用丝锥可装夹在车床尾座或经过减速的钻床上攻丝，为了防止丝锥在工作时松脱，柄部除有方头外，还设计有半圆环槽。

由于丝锥工作导向较好，故常用单把攻丝。

但在加工材料较硬、较韧和直径较大的螺纹时，应采用两把一套的机用丝锥。

3）管子丝锥（如图7—8）。

可铰切管路附件和一般机件上内管螺纹，分圆柱管螺纹（α=55°）、圆锥管螺纹（α=55°）和布氏管螺纹（α=60°）三种。

一般圆柱管螺纹丝锥两把一套，圆锥管螺纹丝锥单把。

2．圆板牙：

是在圆柱形工件上铰切外螺纹的一种刀具，有开缝和不开缝两种，外圆表面开有顶丝窝，用于定紧在扳手上。

板牙的基本结构像一个螺母，开有几个排屑孔。

由于板牙螺纹廓形是内螺纹表面，较难磨制（一般不磨），热处理后产生的变形和表面脱碳等缺陷未能消除，因此，用板牙加工出来的外螺纹光洁度较低。

圆板牙中心有螺纹，端面钻头3~7个出屑孔（视直径大小而定），形成刀刃并磨出前角（γ），一般取前角（γ）15°~20°。

板牙两端均做出切削锥，并经铲磨形成齿顶后角（α）为7°~9°。

切削锥角2φ为40°~60°，当螺纹需要切到轴肩时，取2φ=90°。

校准部分起校准的导向作用，为了减少螺距的积累误差，其长度不宜过大，一般取（4~4.5）s，圆板牙的构造如图7~10所示。

圆板牙可以一次完成整个螺纹的攻丝工作。

因此，单个成套。

用来切削管子外螺纹的管子牙板，必须嵌在活络板牙的板牙架上，图7—11是管子板牙架，这种活络板牙架可以装三种板牙，即切削直径13~19毫米（

），切削直径25~38毫米（

）和切削直径33~50毫米（1

）三种。

第三节切削螺纹的操作技术

1．攻丝前钻孔直径、钻孔深度和丝锥的确定：

（1）钻孔直径的确定：

攻丝前，钻孔直径的确定是切削螺纹的关键。

钻孔直径的选择是否适当，对于攻丝操作的效率和螺纹使用寿命有密切的关系。

钻孔直径过大了，就不能攻出螺纹或者螺纹深度不够，从而削弱了螺纹的使用强度，或出废品；钻孔直径过小，攻丝时，丝锥就会被卡住，造成切削困难，甚至发生丝锥折断的危险。

从图7—12中，我们可以看到丝锥在孔内切削时的工作情况：

它一方面切下了切屑，另一方面也把材料挤压上来，嵌到螺牙里去，从周围向丝锥挤压。

如果攻丝前钻孔直径选择得太小，就会把丝锥卡住。

因此，在钻孔时的钻头选择要大于螺纹内径。

钻孔直径可参考如表7—5、表7—6、表7—7。

攻丝前，钻孔直径可按下列公式选取。

1）攻公制螺纹：

螺距：

t<1时，钻头直径d2=d-t

t>1时，钻头直径d2=d-（1.04~1.06）t

式中：

d为螺纹公称直径，t为螺距。

[例]攻M10螺纹，求钻头直径d2。

[解]代入上式：

d2=d-1.04t=10-1.56≈8.4（毫米）。

2）攻吋（英）制螺纹：

式中：

d2为钻头直径，d为螺纹公称直径，n为每吋牙数。

[例]攻3/8”吋制螺纹，每吋牙数16，求攻丝前钻头直径d2。

[解]当铸铁或青铜材料，代入上式：

d2=25（d-

）=25×（

-

）≈7.8（毫米）

当钢或黄铜材料时，代入上式：

d2=25（d-

）+0.1=25×（

-

）+0.1≈7.9（毫米）

（2）钻孔深度的确定：

在攻制不通孔的螺纹时，由于丝攻起切削刃部分不能达到螺纹尺寸要求，但这个部分占了一定的高度，因此要达到图纸要求攻牙的深度，就必须再加上其起削刃部分高度，这个高度大约是螺纹外径的0.7倍。

即：

h1=h+0.7d

式中：

h1为钻孔深度，h为螺纹需要深度，d为螺纹公称直径。

[例]螺纹外径d=10毫米，螺纹需要深度h=20毫米，求钻孔深度h1。

[解]代入上式：

h1=h+0.7d=20+0.7×10=27（毫米）

（3）丝锥的确定：

1）严格按图纸选用合适大小、长度、柄部磨制、手用或机用的丝锥，以免丝锥折断（攻丝时丝锥断在工件内，尽可能取出来）或完成不了攻丝。

2）丝锥柄部写有螺纹公称直径d，但小的丝锥（如M2）它的螺纹外径（公称直径）是做成等于或略小于柄部直径的。

假如要攻的螺纹深度比丝锥工作部分长或要攻至通孔，丝锥在工作部分都进入工件以后，便因为柄部大小与工作部分大小一样、并没有切削刃不能继续攻丝。

若使用该丝锥继续强行攻丝，丝锥便断在工件里。

此时便要选用柄部经过砂轮磨制，其柄直径小于螺纹内径d1的特殊小丝锥，以完成深螺纹或通孔螺纹的攻制，使螺纹合格、可用。

3）在使用大的丝锥（如M10）攻通孔的螺纹，必须先用头攻（头锥）先切削试攻。

因为丝锥工作部分（螺纹的外径与内径）比柄部粗，应该把整条丝锥正转，从攻丝的孔另一端旋出，使整个通孔的螺纹牙形合格、可用。

2．板牙前圆杆直径的确定：

板牙圆柱直径也是根据材料性质决定的，由于板牙时也有挤压，因此圆杆直径亦应小于螺纹外径。

其具体数据，可参考表7—8。

3．切削螺纹的操作方法：

（1）攻丝操作方法：

1）根据螺纹的要求，通过计算或查表确定钻孔直径和深度，然后钻孔。

2）固定被切削螺纹的零件，选择合适扳手，先用头攻攻丝，导出螺纹。

丝锥初进孔时，两手用力要轻而均匀，以适当压力和扭力把丝锥切入孔中，这时，要从四个方向用角尺校正丝锥与工件表面的垂直度（也可以用螺母旋入丝锥，丝锥进孔后，便可检查螺母平面各个方向与工件表面距离是否一致，以判别螺纹垂直度）。

当丝锥正确导入了孔内进行切削时，就不必再使用压力，只施旋转扭力就行了（如图7—13）。

3）在右旋螺纹的攻丝过程中，旋扭的方向不时正转（顺时针方向）和倒转（逆时针方向），一般每正转1/2~1圈就倒转1/4~1/2圈，以使切屑切断并从出屑槽中排出。

4）要经常旋出丝锥进行孔内清屑，丝锥顶底时不能过于用力旋扭，以防止丝锥在过大的扭力下折断。

5）使用头攻切削完后，继续用二攻，三攻。

在加工较硬的金属材料或铜时，特别要注意使用丝锥次序，且要施用润滑冷却液。

当出现旋扭回应力（即不能再前进，感觉扳手有弹性）时就要停止用力，退出并换另一丝锥，以防丝锥折断。

6）当工作孔周围不能容纳一般扳手攻丝时，可采用丁字扳手。

丁字扳手套杆较长，操作时要特别小心，要保持扭距平行，并要经常倒后转动，以消除切屑阻塞现象。

（2）板牙操作方法：

1）根据螺纹大小选择圆杆直径，并在要铰牙一端倒斜角，以便套扣。

2）圆杆要夹持牢固，圆板牙套上圆杆后，应垂直于圆杆中心，两手均匀地施以一定的压力，进行旋扭。

3）圆板牙在圆杆切削出几个螺纹后，已导出了正确方向，就不再需要施以压力，只要扭力，同时注意经常进行倒转（逆时针方向），用以断屑，并施加润滑冷却液。

（3）机械攻丝：

切削螺纹时，刀具的运动不是靠手来操作，而是借助机械来完成，机械切螺纹是用丝锥在专用攻丝机或减速的钻床、手电钻、风钻进行。

用机械攻丝时，注意丝锥与孔轴线不能倾斜。

为了防止丝锥折断，还要装上丝锥保险夹头（如图7—15）。

丝锥保险夹头是利用摩擦力原理，在里面装上几块内外摩擦片（内摩擦片与夹头插尾用滑键相联，外摩擦片与外壳相连，丝锥套在外壳上），当丝锥在切削时遇到较大切削阻力时，内外摩擦片产生自滑，丝锥就不能转动了。

（4）冷却液的选择：

用丝锥和圆板牙进行切削螺纹时，经常注入冷却润滑液，既可以减少切削螺纹过程中的阻力，又可提高螺纹的光洁度和延长丝锥、圆板牙的使用寿命。

冷却润滑液的选择主要根据加工材料的性质而定，加工钢料一般采用肥皂水，加工铜料、铝料一般也用肥皂水或者煤油冷却。

（5）取出断杆丝锥的方法：

用丝锥切螺纹的时候，由于不小心、扭力不均匀、强行正转，把丝锥折断在孔内，尤其是M10以下的小直径的丝锥，是比较容易折断的。

如果不把折断在孔内的丝锥取出，就会影响机械装配工作，甚至使工件变成废品。

因此，我们应该尽量设法取出丝锥。

以下介绍几种取出断丝锥的方法。

1）找一跟与断丝锥直径大小相当的钢管，在管口上锉出若干个叉（视丝锥出屑槽数量而定），经淬硬后把钢管插入孔内，使叉尖插到断丝锥出屑孔内，然后转动钢管，拧出断丝锥。

2）在切通孔螺纹时折断丝锥，可用两根细钢条（钢条的直径根据断丝锥出屑槽的大小而定），对称地插在断丝锥出屑槽内，向反螺纹方向旋转，拧出断丝锥。

3）用中心冲或小錾尖顶在断丝锥出屑槽壁，以适当的锤击力（这时可采用手挥锤），向反时针方向（以右旋的螺纹为例）敲击，使断丝锥逐渐退出。

4）在断丝锥孔的周围加热，使工件材料产生热膨胀，然后用钢丝钳拧出断丝锥，这个方法适用于断丝锥露出材料外的情况。

5）将断丝锥进行喷灯退火，使它变软，然后用小直径钻头钻孔攻切螺纹（螺纹旋向与断丝锥旋向相反），用螺丝旋出断丝锥，这个方法适用于直径较大的断丝锥。

6）以上五种方法都不能取出断丝锥时，视工件的价值和用途，在条件允许下，可采用电火花击碎断丝锥然后取出。