用金属钼加工磁控管调谐杆螺纹时的工艺分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)国营第七七八厂 作者:陈小红

  金属钼及其合金因为在高温下具有良好的导电性、与玻璃和陶瓷有良好的结合性、较高的强度和低的蒸汽压,在870℃以上仍有良好的抗蠕变性能,所以常用于制造电子管、气体管和电光源的电极、引出杆、调谐杆等各种耐高温零部件,但是金属钼在常温状态时硬而脆,切削加工性能较差。本文结合实际零件加工时刀具的材料、角度、切削用量的选择和对金属钼热处理方式的选择,详细分析了用金属钼加工磁控管调谐杆螺纹时为保证产品质量所采取的工艺措施,为金属钼的常温切削加工提供了有效的方法。

  金属钼在化学元素周期表中排在第42位,属于ⅥB族过渡元素,钼是一种坚硬的银色金属,来源于灰钼矿(MoS2),瑞典化学家卡尔.威尔海姆.席勒于1778年首次从灰钼矿中分离出钼。由于钼在高温下具有特殊的物理、机械性能,所以为了满足电真空器件的特殊需要,常用它来加工一些零件。表1列出了金属钼的主要物理特性和机械性能。

表1 金属钼的主要物理特性和机械性能

金属钼的主要物理特性和机械性能

  从表中可以看出金属钼具有熔点高,弹性模量大,热膨胀系数小等特点,钼在高温下还有较高的强度和低的蒸气压以及良好的导电性,在870℃以上仍有良好的抗蠕变性能,所以常用于制造电子管、气体管和电光源的电极、引出杆、调谐杆等各种耐高温零部件。金属钼是采用粉末冶金技术,经压制、烧结、锻压和拉制等工艺制成棒、片状或丝状,经过切削加工还可以获得各种形状的零件。但是由于金属钼硬而脆,在常温下切削加工性能较差,切削加工时易断裂,对刀具磨损严重,如果不采取合理的工艺措施,很难生产出符合要求的零件。

1、问题的提出

  我们需要的磁控管调谐螺杆零件结构如图1所示,该零件是用直径为Ф12mm、牌号为Mo1的钼棒加工,零件的加工工步是:车外圆→切断→平总长→车台阶外圆→切槽→螺纹加工,在这个零件中,螺纹的加工难度最大,是产生废品的主要原因,废品特征是螺纹掉渣烂牙造成螺纹牙型不完整,然而螺纹牙型的形状、尺寸精度及表面粗造度会直接影响磁控管的装配精度,影响磁控管的工作性能。

磁控管调谐螺杆零件结构

图1 磁控管调谐螺杆零件结构

2、加工螺纹时掉渣烂牙的原因分析

  在加工中发现该材料的密度较低,硬度很高,韧性差,导热慢,使用普通高速钢(W18Cr4V)或硬质合金(YG8,YG6,YW1)刀具加工非常困难。首先,切削时刀具前、后刀面及刀尖磨损很快,加注切削液、使用常态下不同切削用量多次试验,均无法获得满意效果,一般外圆刀片加工不过4件就需更换;其次是零件在刀具稍有磨损时即出现掉渣缺陷;外圆及端面加工在精车刀保持锋利情况下可基本满足图样要求,在加工M6-6g螺纹时,用板牙套丝加工时扭矩大,不易夹紧,更严重的是由于材料的特殊性,螺纹会产生严重掉渣缺陷,使牙型不完整,使用板牙无法加工出合格的产品。在车床上使用螺纹车刀车削螺纹,刀具采用高速钢(W18Cr4V),使用低速(50r/min)加工,刀具很快达到磨损极限,切削效果非常不理想,采用硬质合金YG8,YG6,YW1等焊接刀具,使用900r/min以下各转速试验,效果也都不理想,螺纹加工掉渣烂牙始终无法避免。通过对上面的试验,经分析认为造成螺纹掉渣烂牙、造成螺纹牙型不完整的因素有:

  (1)钼材料本身是粉末烧结而成,气孔较多,材料本身不够致密,晶粒粗大,在切削过程中,首先从组织疏松部位开始松动,出现了裂纹,从而造成了大片“脱离”即掉渣现象,宏观表现就是螺纹牙型不完整。

  (2)钼材料的硬度高,在常温下脆性大,易产生加工硬化,尤其是在加工螺纹时工件的边缘极易发生崩、裂、掉等现象,从而影响加工质量。

  (3)钼的粘附性大,切削时易与刀具前、后刀面发生粘接;弹性模量大,吃刀抗力大,切削加工硬化倾向严重,使切削力增大,切削温度升高,当吃刀抗力超过基体颗粒之间的结合强度时,被加工表面极易发生崩、裂、掉等现象。

  针对用钼材料加工螺纹造成掉渣烂牙的三种因素,我们认为通过对钼进行热处理来改变材料的金相组织,从而改善钼材料的常温切削加工性能是事半功倍的首选方法,再选用合适的刀具材料、刀具几何角度、合理的切削用量和对切削过程施以冷却润滑,就可以改善钼材料的加工状况,比较容易地生产出合格的零件。为了验证我们的想法,我们又进行了下面的试验。

4、结论

  试验结果表明,我们前面对钼材料特性进行的分析是正确的,所选择的切削加工规范比较合理,采取的热处理措施妥当。现在我们在用钼材料加工零件时,为了得到较高的产品质量,提高刀具的耐用度和劳动生产率,都要先进行退火处理,然后再进行切削加工,较长时间的实践结果也证实我们现在所采取工艺的正确性,这个工艺的使用,为工厂创造了效益。

5、建议

  由于普通钼材料相对疏松,脆硬,加工时除了需要结合热处理,还应该经常磨刀,这时尽管加工出的螺纹外观质量已经很好,但是因为普通钼材料本身疏松、脆硬的特点,对即使没有掉牙的螺纹,其在使用时的可靠性我们也有所怀疑,担心加工后材料应力发生变化或有隐性裂纹的存在,在使用过程中发生螺纹失效。为此建议使用材料生产厂家经过高温处理和工艺改性的钼加工有细小结构的钼零件,其机械加工特性大幅改良,成品率和可靠性有良好保证,综合经济效益也比用普通钼更好一些。

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