針對實際應用中利用冷擠壓絲錐反復擠壓形成螺紋牙型的過程中，存在的由于工藝參數選擇不當造成絲錐斷裂、螺紋小徑過大等異常情況進行分析，并從擠壓絲錐的加工原理、加工的優缺點、加工參數及試驗驗證幾方面進行論述，確認了合理有效的工藝路徑及與之匹配的加工參數，對冷擠壓絲錐的實際應用具有較高的參考價值。
1 序言
近年來，隨著技術的快速發展，電子元器件趨向小型化、集成化，其裝配過程對緊固件的聯接要求也隨之提高。但這些零件上螺紋的加工精度、使用壽命一直難以取得重大的突破。傳統的螺紋加工方法采用普通絲錐進行切削加工，加工出來的螺紋內壁表面粗糙度值高，切屑易堵塞螺紋，不易清除，容易產生滑絲、絲錐斷裂的現象。而擠壓絲錐采用冷擠壓的加工方式，成形的同時能夠對加工材料進行冷卻硬化，提升材料的力學性能，是一種成本低、效果好且使用安全的替代方法。
2擠壓絲錐原理
擠壓絲錐不同于普通絲錐通過絲錐尖角切削金屬的方式形成螺紋，而是隨著絲錐下旋，擠壓金屬材料，沿螺旋線路徑流向絲錐各齒之間的間隙，在往復擠壓下形成螺紋。
在整個成形過程中，工件受到第一個棱齒擠壓，局部形成塑性變形，棱齒離開后由于負載力消失，彈性變形恢復，塑性變形部分保留。當第二個棱齒擠入時，再次發生塑性變形，而后部分彈性變形回復，如此往復隨著棱齒的旋入，牙型不斷增高，直至成形。每個牙型經歷旋入、擠壓變形、彈性回復與再次旋入四個過程，往復進行最終形成完整牙型[1]。
3擠壓絲錐成形工藝特點
3.1 加工優點
擠壓絲錐成形過程中齒端在閉式模腔內和強三向壓應力作用下逐漸成形，具有以下優點。
1）擠壓絲錐在成形過程中，隨著絲錐的旋入深度加深，金屬材料在背棱間反復擠壓，流向絲錐的小徑，其金屬纖維未被切斷，可以實現絲錐的全纖維成形，所以與普通切削絲錐相比成形的螺紋具有更好的負載能力。
圖2 切削絲錐、擠壓絲錐攻螺紋剖視
2）擠壓絲錐成形過程沒有切削金屬，不會產生金屬碎屑堵塞，避免發生絲錐斷裂現象，螺紋的表面質量好、齒型完整、絲錐使用壽命長且穩定性好。
3）冷擠壓成形的螺紋齒型精度高，嚙合深度可達70%～75%，并且螺距及中徑不會產生偏差，能夠穩定地控制螺紋加工全長。
4）對于延展性好的有色金屬、合金及各類具有良好塑性的材料，冷擠壓成形的絲錐具有更長的使用壽命，可連續使用數千次，經濟效益高，穩定性好。鋁合金鍛件
3.2 加工難點
由于擠壓絲錐要求較高的尺寸精度，而且冷擠壓成形過程是一個多因素影響、多缺陷約束的復雜過程，所以其成形工藝控制也存在以下難點。
1）螺紋底孔尺寸要求較高，不同于切削絲錐的底孔即為螺紋小徑，擠壓絲錐的螺紋小徑是預制孔經過絲錐擠壓變形后形成的，預制孔的尺寸直接決定螺紋牙型的飽滿度和尺寸。隨著預制孔直徑變小，絲錐負荷增大，磨損增加，極大地增加了絲錐斷裂的風險。若預制孔變大，螺紋牙型不飽滿，使用中無法咬合，不具備使用條件，也是絕不允許出現的情況。
2）傳統的螺紋加工驗證通過螺紋通止規檢測，此方法并不適用于擠壓絲錐加工的螺紋孔。因為通止規檢測的原理是基于對切削絲錐加工的螺紋孔，其檢測項為螺紋的螺距和中徑，而擠壓絲錐由于金屬塑性流動充填擠壓模具型腔的原因，所以擠壓螺紋的牙形呈M形。隨著螺紋底孔直徑的減小，牙型的全齒高比例隨之增大，但螺紋中徑及牙距并不會產生變化，因此使用通止規測量的同時，需要配合其他量具檢測螺紋小徑，以驗證螺紋的符合性。
4擠壓絲錐成形工藝優化
4.1 加工材料
對于擠壓成形螺紋， 直徑和牙距越小，則可加工的材料的范圍就越廣， 而大直徑和大牙距的擠壓絲錐只適用于加工很軟的材料。
4.2 螺紋底孔孔徑
通過查閱資料，可知預鉆孔直徑的理論值計算公式為
D＝d－0.68LP
式中，D為預鉆孔直徑（mm）；d為絲錐的公稱外徑（mm）；L為螺紋的牙距（mm）；P為螺紋牙形百分比，P值等于螺紋牙形與理論全齒高之比[3]。
實際加工時，由于底孔尺寸太小，擠壓扭矩較大，封閉的金屬無處移動，所以絲錐磨損較快，甚至造成擠壓絲錐折斷。底孔尺寸太大，擠出的金屬量較少，內螺紋小徑過大，螺紋牙型高度不夠，強度較差。因為擠壓成形時的金屬機械硬化作用，使擠壓螺紋的牙型百分比只要達到60%就可滿足強度要求[4]。
4.3 數控加工參數優化
通常數控加工中心加工螺紋一般采用剛性攻螺紋，這就要求加工的進給量與轉速相匹配，否則將會對絲錐甚至主軸產生沖擊，導致爛牙或斷刀，故進給量也可轉化為轉速，降低了工藝參數的復雜性。因此為了保證加工質量，延長刀具壽命，探究轉速與加工時間的關系，選取常用的M1.6～M2.5螺紋進行試驗，分別加工100個深6mm的螺紋孔，統計加工時間，歸納邏輯關系。鋁合金鍛件
加工時間并非隨轉速的提高而呈現線性變化，其在2000r/min附近下降趨勢明顯變緩，以M1.6螺紋為例，轉速每提升500r/min，其時間縮短分別為4.88min、1.88min、0.73min、0.50min、0.07min、0.10min，自2500r/min開始加工效率的提升已微乎其微。這是由于剛性攻螺紋并非一個連續加工的過程，其反復進行著主軸加速進給主軸減速停止主軸反轉加速進給主軸減速停止的動作，轉速越快主軸負載越大，存在機床減速的情況，并且也會加速機床損耗，因此設備一般會自動降低加工速度。
通過上述分析可知，M2.5以下的小孔徑螺紋孔轉速以2000r/min左右為宜，可獲得較好的加工質量及效率。
4.4 切削液
由于擠壓絲錐在成形過程中無金屬碎屑排出，會造成絲錐與工件間切削液流淌不流暢，不能及時帶走加工過程中的熱量，所以切削液的黏度及潤滑作用對成形質量及絲錐的使用壽命有重要影響。
通常數控加工切削液濃度為7%～8%，考慮到擠壓成形的特殊性，需適當降低切削液的黏度同時兼顧潤滑、冷卻的作用，避免因潤滑不好而導致的螺紋表面褶皺、撕裂甚至絲錐斷裂現象。因此，切削液濃度一般控制在5%～6%。但由于切削液濃度測量方法是觀察折光儀，在長期使用過程中機油、污物等多余物在切削液中腐敗變質產生絮狀物會干擾測量結果，使觀測值略高于實際值，所以在實際生產中，可根據實際情況提高1%～2%的濃度。
5試制試驗
通過上述分析，確定了有限的工藝參數，為驗證其有效性，選取5A06鋁板進行擠壓絲錐螺紋成形的試制試驗。按照加工1000個M2×0.4-6H深8mm、孔深9mm，加工參數依照前述結論，全齒型牙高比65%，預制孔直徑1.82mm，攻螺紋轉速2000r/min，進給速度800mm/min。
加工完成后對其進行通止規檢測和剖切，牙型飽滿，表面質量好，各項性能均滿足要求，驗證了分析的合理性。
