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断丝锥的取出方法:按情形判断的流程与防止折断的对策

先别急着敲。丝锥的槽形不同,能用的工具也不同。

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断丝锥的取出方法:按情形判断的流程与防止折断的对策

丝锥断在孔里了——着急乱敲,或用钻头乱搅,会连螺纹孔带零件一起报废。取出方法由“丝锥是否露出”“丝锥的类型(槽形)”“丝锥与母材的材质”“可用的机床”来决定。本文根据刀具厂商的资料和现场实例,整理了不同情形下的取出流程,以及从根本上避免折断丝锥的对策。

先停手,戴好护目镜硬拧下去,丝锥会进一步碎裂,更难取出。丝锥又硬又脆,碎片会飞溅。敲击、扭转、切削时请戴护目镜,不要戴着手套去碰旋转中的刀具[7][1]。

不同情形下的取出流程

丝锥断了露出孔外吗?能夹住吗?能① 用钳子夹住反向拧小幅正转、反转反复晃动使其松动不能(在孔内)丝锥的类型(槽形)是?手用丝锥(直槽)螺旋槽、螺尖挤压丝锥(无槽)② 取丝器把爪插入槽中旋转(咬得浅、咬得轻时也可用冲子)不能用取丝器爪插不进螺旋槽→ 见下方“材质与机床”不能用取丝器很多去除钻头也不能用→ 见 ⑤ 电火花加工取不出来时丝锥的材质和可用的机床是?高速钢 × 钢母材+加工中心硬质合金丝锥/都不行③ 断丝锥去除钻头或用硬质合金立铣刀破碎中心,再把残留的刃挑出来⑤ 用电火花加工去除中心不限丝锥材质。用便携式设备或外包加工④ 溶解法(最后手段)仅限母材为铝、黄铜,且丝锥为钢制时取出之后:螺纹受损时用螺纹镶套(钢丝螺套)恢复原公称直径。不行的话,把螺纹加大一个规格,或重做零件
这是把刀具厂商的资料与现场实例结合起来整理的流程图(并非某一份资料中有这张图)。编号对应下面各节。

“反牙取出器(Easy-Out)”对断丝锥无效用来拧出螺栓的反牙工具无法在坚硬的丝锥上钻出底孔,所以用不了[11]。取丝锥要使用把爪插入槽中的“取丝器”。

先分辨丝锥的类型

手用丝锥直槽切屑积在槽里取丝器 ○螺尖丝锥前端有左旋槽把切屑向前推出取丝器 ×螺旋槽丝锥右旋槽把切屑向后(向上)排出取丝器 ×挤压(滚压)丝锥无槽不产生切屑取丝器 ×
橙色箭头表示切屑排出的方向。只有槽是直的手用丝锥,才能插入取丝器的爪(示意图)。

取丝器是手用丝锥(直槽)专用,销售方标明不能用于螺旋槽丝锥、螺尖丝锥和喷射丝锥(Jet Tap)[10]。没有槽的挤压丝锥也没有可插入爪的地方。请先确认断丝锥的槽形和槽数(3 槽、4 槽等)。

① 丝锥露出时:用钳子反向拧

如果断掉的部分露出孔外、能够夹住,就用钳子或夹紧钳牢牢夹住,向反方向一点一点地转。不要一下子转很大,小幅正转、反转反复晃动使其松动是诀窍[11][12]。如果丝锥在螺纹孔里咬得很紧,可能会在夹持处再次折断。

也有在露出的部分焊上螺母再去拧的方法,但热量会使零件变质,所以有的资料推荐,有的资料不推荐[11]。这是适合有技术和设备的人的方法。

② 手用丝锥:用取丝器

工件断丝锥爪(插到槽底)夹持器(降到断口处)套筒(降到工件表面)丝锥扳手
  1. 清除全部切屑:用压缩空气或细针清除残留在槽里的切屑
  2. 把爪插到槽底:选择与丝锥公称直径和槽数相符的取丝器
  3. 把夹持器降到断口处,把套筒降到工件表面:两者都要降下去,爪才不会扭歪,这一点很重要
  4. 用丝锥扳手正反向晃动几次,使其松动后,再反向拧出[8]

取丝器每种槽数的零件互不通用,所以要按丝锥的槽数(3 槽还是 4 槽)来选。爪是会弯曲、折断的消耗品,有替换爪[8]。日本国内市售的产品中,有把 3 爪(3–6 mm)和 4 爪(8–12 mm)组合在一起的套装[10]。

如果只是在浅处咬得很轻,也可以把细冲子顶在槽上,沿反转方向轻敲使其转动。但对于细丝锥或较深的位置,往往会进一步碎裂,使情况恶化[13][12]。

③ 有机床时:用去除钻头、硬质合金立铣刀破碎中心

如果高速钢切削丝锥残留在钢母材中,可以在加工中心上使用断丝锥去除用的硬质合金钻头,钻掉丝锥的中心,把残留的刃崩碎。某刀具厂商的 FAQ 给出了如下使用方法和限制[2]。

  • 把工件和钻头牢牢固定,对准断丝锥的中心。如果丝锥头露出,先用砂轮机磨平再钻
  • 切削速度 20–25 m/min,进给为手动(不要用自动进给)
  • 中心钻通后,用划针等把残留的刃的碎片挑出来
  • 不能用的情况:硬质合金丝锥、挤压丝锥、断掉的钻头或螺栓。母材为铝时,可能损伤母材[2][3]

另一家刀具厂商的案例指出:螺旋槽丝锥的刃会缠绕在内螺纹上,不易产生碎片;直槽丝锥在较深处容易产生碎片,所以出现异响或碎片时要停下来,边清除碎片边继续加工[6]。如果手边没有去除钻头,也可以用直径小于丝锥谷径的中心切削型硬质合金立铣刀,以高转速、缓慢的啄式进给来铣削[11][12]。

④ 母材为铝、黄铜时:溶解法(最后手段)

仅当母材为铝或黄铜、丝锥为钢(高速钢)时,有一种已知的方法:把零件整个浸入明矾(硫酸铝钾)的浓水溶液中加热,只溶解丝锥。需要数小时到 2 天[13]。

也有失败案例有报告称,数小时后丝锥依然残留,而铝零件的整个表面变粗糙,只能报废[14]。母材是钢铁的话,母材也会被溶解,所以不能使用。也有使用硝酸的方法,但硝酸会严重腐蚀皮肤和眼睛,浓度超过 10% 的属于日本法规规定的“剧物”(毒性物质)。溶解钢时还会产生有害气体,所以一般现场不建议使用[16]。

⑤ 都不行时:用电火花加工去除中心

电火花加工是靠电极与丝锥之间的放电一点点熔化金属,所以不论丝锥是什么材质都可以。对硬质合金丝锥和挤压丝锥来说,实际上它是首选。断丝锥去除用的便携式电火花加工机中,有产品宣称可用 AC100V 供电,加工液用自来水,电极用市售黄铜棒,适用 M2–M30,也能加工硬质合金[9]。手边没有的话,委托有电火花加工机的加工公司最稳妥。

使用油作加工液的成形电火花加工机,属于当地政府防火条例的管制对象。其中有液温和液面高度的管理、禁止喷淋加工等规定(使用水基加工液的机床不在此列)[15]。

取出之后:螺纹受损时

即使丝锥取出来了,螺纹也可能已经受损。想保留同样的公称直径时,用螺纹镶套(钢丝螺套)修复是常规做法。用专用钻头钻底孔,用专用丝锥攻螺纹,拧入镶套,再折断安装柄[2]。壁厚不够时,就把螺纹加大一个规格,或者重做零件。

防止折断丝锥的 7 项对策

原因对策
底孔太小底孔在内螺纹小径的允许范围内尽量加大。例如 M8×1.25 的底孔从 6.8 mm 加大到 6.9 mm,切削量约减少 15%[7][1]。底孔直径请查螺纹底孔表。
切屑堵塞盲孔用螺旋槽丝锥,通孔用螺尖丝锥,不想让切屑排出时用挤压丝锥。螺旋槽丝锥在深度 2D 以内比较稳定[1][5]
盲孔触底底孔要足够深(见下方计算器)。盲孔中不要突然反转[4]
偏心、底孔倾斜消除底孔的弯曲,把工件牢牢固定。容易偏心时,用能在径向浮动的刀柄。硬质合金丝锥尤其严禁偏心[1]
切削油不足使用攻丝专用的油或膏。水溶性切削液要提高浓度[1]
进给与转速不同步即使是同步进给(刚性攻丝),也要用带极小浮动量的浮动刀柄吸收正转→反转切换时的冲击。进给量为转速×螺距(丝锥计算器)[1]
继续使用磨损的丝锥锋利度下降就更换。出现问题时,先降低切削速度[1]

计算器:盲孔的底孔深度

有效螺纹长度(所需螺纹深度)切削锥部长度(不完整螺纹部分)余量(约 1 个螺距)钻头尖端(钻头直径 × 0.3)合计=底孔深度(含尖端)
切削锥部长度—mm
底孔深度(不含尖端)—mm
底孔深度(含尖端)—mm

底孔深度 = 有效螺纹长度 + 切削锥部长度(牙数×螺距)+ 余量(1 个螺距)+ 钻头尖端(钻头直径×0.3)

这是按刀具厂商 FAQ 的思路进行的计算[4]。切削锥部牙数因丝锥类型和产品而异,请按所用丝锥的样本值设定。

常见问题

可以用钻头在断丝锥上钻孔吗?
普通高速钢钻头根本钻不动,钻头会打滑,损伤母材的螺纹孔。如要使用,请在刚性好的机床上使用断丝锥去除用的硬质合金钻头或硬质合金立铣刀[2]。
铝零件里断了钢丝锥。怎样做比较安全?
手用丝锥用取丝器,其他情况建议用电火花加工。刀具厂商提醒,去除钻头可能损伤铝母材[2],而用明矾溶解的方法有表面变粗糙的失败案例[14]。
有个孔里的丝锥经常折断。该从哪里改起?
先在允许范围内加大底孔,盲孔则加深底孔。如果还是折断,请重新检查丝锥的类型(螺旋槽、挤压)、切削油和刀柄[7][1]。各原因的对策也汇总在加工问题排查百科“丝锥折断”中。

参考资料

  1. 刀具厂商的丝锥技术资料(底孔、切削油、刀柄、故障对策表、安全注意事项,PDF)
  2. 刀具厂商的 FAQ“如何取出断丝锥?”
  3. 刀具厂商的 FAQ“断掉的挤压丝锥可以用去除钻头取出吗?”
  4. 刀具厂商的 FAQ“丝锥底孔深度的确定方法”
  5. 刀具厂商的 FAQ“螺旋槽丝锥的加工要点”
  6. 刀具厂商的断丝锥去除工具加工案例(手用丝锥、螺尖丝锥)
  7. 刀具厂商的丝锥样本(加大底孔的示例、安全警告,英文 PDF)
  8. 取丝器样本(尺寸、槽数、使用方法,英文 PDF)
  9. 断丝锥去除用便携式电火花加工机的产品介绍
  10. 断丝锥去除工具的销售页面(标明仅限手用丝锥)
  11. American Machinist“Tapping out”(取出断丝锥的实务文章)
  12. Make It From Metal「How to Remove a Broken Tap」
  13. yarchive“tap_remove”(冲子、药剂溶解法等的投稿汇总)
  14. Hobby-Machinist“Dissolving a Broken Tap”(用明矾溶解失败的案例)
  15. 船桥市消防局 防火条例运用标准“电火花加工机”(PDF)
  16. 职场安全网站(日本厚生劳动省)硝酸的 GHS 标签信息

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