热熔钻孔／攻丝技术原理及其应用

株洲宏达模具热熔钻孔／攻丝技术原理及其应用
在机械加工中，常常需要解决薄壁型、板条型或管型工件的相互联接问题。

但是，这些联接方式及其相关技术存在一定的缺陷或不足。

a是在薄壁通孔中直接攻丝，通过螺栓(钉)实现薄壁工件的螺纹联接。

由于薄壁工件壁厚不足，螺纹牙数少，造成螺纹联接的强度、自锁性和可靠性较差。

b是在联接孔处焊(铆)接一个辅助螺母，以增加联接螺纹长度，提高联接强度。

但是，薄板焊(铆)接操作烦琐，技术要求较高，很容易烧穿板件，点焊强度也不高。

c是在联接螺栓(钉)上加装螺母。

这种方法会增加工序，降低效率，加大生产成本；此外，额外增加外部元件还会对装配操作带来不便，影响产品质量等。

以上几种联接方式还有一个共同的缺点：在联接部位钻孔切削会降低强度、浪费材料、产生切屑，不利于5s生产管理。

为了实现简便快速、经济有效的薄壁工件联接，星火公司开发出了一种无屑钻孔技术——热熔钻(Flowdrill)。

它可通过一次加工，在实现无屑钻孔的同时，利用加工部位的材料形成支承衬套。

在该衬套上可采用热熔丝锥攻制螺纹，形成强度更高的螺纹孔，避免了另外焊(铆)接联接用螺母，从而使传统的薄壁工件联接方式发生了根本变革。

1热熔钻工作原理及加工孔型
(1)热熔钻工作原理
热熔钻采用碳化钨硬质合金材料制造，其端部呈30。

60。

的锥尖形，锥面上无切削刃口。

当热熔钻在金属薄壁工件表面高速回转并被施以向下的轴向压力时，热熔钻的头部与金属材料剧烈摩擦，产生高达650～750℃的高温，使与锥顶接触的局部金属材料升温变红并迅速软化，随着轴向压力加大和进给加深，端部锥面与金属材料的接触面积增大，发热进一步增加，加工区温度继续上升而使变红区域扩大。

随着孔内原来的熔融实体材料在钻头的轴向进给和旋转作用下沿径向和轴向作热塑性流动而形成环颈和衬套，并快速加工出孔洞，而衬套的形成正是热熔钻所需要的加工效果。

同理，使用热熔丝锥可以在加工出的孔中进一步攻制螺纹，以达到增大联接长度、提高联接强度的效果。

此外，加工出的衬套还可作为轴承支撑座、分叉歧管等用途。

(2)热熔钻加工孔型
标准热熔钻可以钻削或攻螺纹的孔型包括长型、长平型、短型和短平型。

加工不同孔型时使用的热熔钻头形状也有所不同：加工长型、短型孔的热熔钻头端部是平整的；而加工长平型、短平型孔的热熔钻头端部有一定的弧度。

因此，加工出长平型、短平型孔的工件表面是平整的；而加工出长型、短型孔的工件表面则有凸台阶。

2热熔钻的特点与优势：
热熔钻孔／攻丝技术具有如下特点和优势：
(1)可使传统钻孔／攻丝时产生的切屑转化为联接薄壁工件所需的环颈(位于工件表面以上)和衬套(位于工件表面以下)结构，其总厚度可达工件原始壁厚的3倍左右。

通过改变工件结构和加工方式，提高了螺纹的成型精度、拉伸强度、联接扭矩值和稳定性。

(2)加工表面因热熔钻头部与金属材料剧烈摩擦产生高温，然后在空气中冷却而获得正火处理效果，使孔的表层硬度及防锈、耐腐蚀性能得以提高
(3)热熔钻加工速度快，循环时间短。

根据材料厚度及孔径大小的不同，加工1个孔仅需2—6秒钟，大大提高了生产效率。

(4)热熔钻实现了无屑加工，无需处理切屑等废料，简化了工序，提高了材料利用率。

(5)热熔钻头结构简单，易于制备和维护，刀具寿命较长。

热熔钻头圆柱面磨损小，锥面磨损不影响加工孔侧面的成形，无需刃磨刀具。

(6)热熔钻可在标准钻床或数控钻床上进行加工(加工功率水平1．5～3．5kW，主轴转速1000～3500)；钻头夹持采用套筒夹头，刀柄采用莫氏锥柄或直圆柱柄。

无需额外增加专用设备和配件。

(7)热熔钻加工可优化、简化和改进产品结构设计和工艺路线，有利于后续装配加工。

4热熔钻的应用范围
(1)工件材料
热熔钻技术适用于加工壁厚O．5～12．5mm的多种金属材料，如低碳钢、不锈钢、钛、铝、铜、紫铜、黄铜(Zn含量低于40％)、铝合金(si含量低于0.5%)等
（2）应用领域
热熔钻可广泛应用于机械、汽车、航空航天、家用电器、自行车、金属建筑、金属家具、中央空调、照明等行业，可加工各种标准螺纹、公制螺纹和NPT螺纹。

(3)加工参数
目前已获得有效应用的热熔钻头／丝锥加工参数见表1。

表1热熔钻头／丝锥的加工参数
螺纹热熔钻直径转数马达功率加工时间攻丝转速
尺寸(mm)(r／min)(kW)(s)(r／而n)
M21．83200O．521600
M32．730000．621350
M43．72600O．721000
M54．525000．82800
M65．3／5．424001．02650
M87．322001．32500
MlO9．220001．53400
M1210，918001．73330
M1614．814002．24350
M2018．712002．75200。