拋物線鉆頭在深孔加工中的應(yīng)用

1、拋物線鉆頭在深孔加工中的應(yīng)用東風(fēng)汽車公司在加工深孔零件時(shí)過去大多采用普通麻花鉆， 在加工過程中時(shí)常發(fā)生加工 質(zhì)量不合格或鉆頭折斷現(xiàn)象，造成零件報(bào)廢，有時(shí)廢品率可達(dá) 3% 以上。究其原因，主要是 因?yàn)橛闷胀榛ㄣ@進(jìn)行深孔鉆削時(shí)存在以下不利因素： 鉆頭細(xì)長， 剛性差， 加工時(shí)容易彎 曲和振動(dòng)， 難以保證孔的直線度； 普通麻花鉆的橫刃為負(fù)前角， 鉆削時(shí)橫刃處于擠刮狀態(tài)， 易引起鉆頭振動(dòng)；切屑長，且排屑通道長而窄，斷屑、排屑困難；切削液不易進(jìn)入切削 區(qū)，鉆頭易磨損；鉆頭螺旋角和主切削刃前角較小，切削刃不鋒利，排屑不暢。 為提高深孔加工質(zhì)量和加工效率， 我們采用拋物線鉆頭取代普通麻花鉆進(jìn)行深孔加工。 加

2、工 實(shí)踐表明，與普通麻花鉆相比，拋物線鉆頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：鉆芯厚，剛性好，不易彎曲； 修磨后的橫刃為正前角，減小了軸向力，切削輕快；通過修磨橫刃及齒背，改善了斷屑 作用；鉆頭螺旋角較大，排屑流暢；容屑空間大，冷卻液容易到達(dá)鉆尖，潤滑冷卻效果 好；工作壽命為普通麻花鉆的 34倍，刀具費(fèi)用僅為使用麻花鉆的 2/3 ；加工精度高， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率降低。1 加工實(shí)例空壓機(jī)曲軸油孔 油殼轉(zhuǎn)子惰輪軸油孔 油殼轉(zhuǎn)子上的惰輪軸材料為 15Cr，硬度v 179HB ，需在與軸線成 43 °方向上鉆一個(gè)？4 X 26mm 油孔。 在 Z525 立 式鉆 床上加 工， 切削速 度為 V=8.5m/mi

3、n ，主 軸轉(zhuǎn) 速為 n=680r/min ，進(jìn)給量為 f=0.13 O.17mm/r 。 15Cr 材料軟、粘，切屑細(xì)長 （長度 80 120mm） ，用普通麻花鉆加工時(shí)，經(jīng)常發(fā)生切屑緊緊纏繞鉆頭，將鉆模套研死，造成鉆頭折 斷的現(xiàn)象，廢品率達(dá) 3% 。鉆削時(shí)需反復(fù)退刀 2 3 次才能完成加工，每支鉆頭只能加工約30 件工件。此外，由于切屑飛舞，給操作安全造成威脅，常有切屑劃傷工人手指的事故發(fā) 生。改用拋物線鉆頭加工后，先用 ?5mm 鉆頭在斜面上锪一個(gè)平臺，然后用 ?4mm 拋物 線鉆頭一次鉆通。 在切削參數(shù)不變的情況下， 用拋物線鉆頭加工， 輕松省力， 退刀頻次減少， 每支鉆頭可加工工件

4、100件以上，切屑長度僅為 1530mm，操作安全。每加工 1000件 惰輪軸油孔， 采用普通麻花鉆的刀具費(fèi)用約 150 元，采用拋物線鉆頭的刀具費(fèi)用僅約 90 元。 油殼材料為 HT200，硬度170241 HB ，需在其上加工一個(gè) ？4 X57mm 油孔。用？4mm 普通麻花鉆加工時(shí)， 其主軸轉(zhuǎn)速為 n=1400r/min ，進(jìn)給量為 f=0.1mm/r ，在加工過程中需 退刀23次， 工序工時(shí)約需 40 秒。現(xiàn)采用 ?4mm 拋物線鉆頭加工， 可一次鉆通，其主軸 轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量分別提高為 2500r/min 和 0.2 mm/r ，工序工時(shí)減少為 25 秒。每加工 1000 件油殼油孔，采

5、用普通麻花鉆的刀具費(fèi)用約為 80 元，采用拋物線鉆頭的刀具費(fèi)用僅約 55 元。油殼油孔空壓機(jī)曲軸材料為 45 鋼，鍛件，毛坯硬度 163 196HB ，需在與軸線成 50°方向上鉆一 個(gè)？4 X70mm 油孔。加工在組合機(jī)床上分四個(gè)工步完成：用？4.5mm 鉆頭锪一個(gè)小平臺；用？4.9 X150mm 拋物線鉆頭加工 1/3孔深；用？4.5 X175mm 拋物線鉆頭加工 剩余孔深的1/2 ;用？4.0 X200mm 拋物線鉆頭將孔鉆通。切削速度為V=14m/min ,主軸轉(zhuǎn)速為 n=99Or/min ，進(jìn)給量為 f=0.24mm/r 。用普通麻花鉆以相同切削參數(shù)加工時(shí)， 切屑經(jīng)常纏繞鉆

6、頭，打刀現(xiàn)象十分嚴(yán)重，工序廢品率高達(dá)3%4% ，每支鉆頭只能加工約30 件工件。改用拋物線鉆頭加工，每只鉆頭可加工工件100 件以上，廢品率在 1%以下，鉆頭壽命為普通麻花鉆的 34 倍。切屑可分段排出 （長度 3070mm） 。每加工 1000 件空 壓機(jī)曲軸油孔，采用普通麻花鉆的刀具費(fèi)用約為 500 元，采用拋物線鉆頭的刀具費(fèi)用僅約 330 元。2 拋物線鉆頭鉆尖的刃磨經(jīng)過幾年的加工實(shí)踐，我們在拋物線鉆頭的使用（尤其是鉆尖修磨 ）上積累了一些經(jīng)驗(yàn)。拋物線鉆頭磨出后角后，其橫刃仍然較長，需經(jīng)過修磨才能發(fā)揮其特點(diǎn)。通常采用十字修磨法，修磨后的橫刃長 0.30.9mm，橫刃前角3。弋。頂角的修磨

7、應(yīng)根據(jù)被加工材料而定，加 工鑄鐵工件時(shí)頂角為 110 °，加工鋁合金工件時(shí)頂角為 118 °，加工鋼件時(shí)頂角為 130 °。刃 溝角為 110 °120 °。若采用鉆模套， 頂角均可磨成 130 °。幾年來，拋物線鉆頭在東風(fēng)汽車 公司的應(yīng)用越來越廣泛， 不僅應(yīng)用于深孔加工， 在淺孔加工中也得到應(yīng)用。 拋物線鉆頭的應(yīng) 用一方面提高了刀具耐用度，減少了換刀次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本，另一方面由于刀具精度和性能穩(wěn)定性的提高，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了廢品率。拋物線鉆頭基礎(chǔ)知識當(dāng)機(jī)械加工工藝人員為某一特定的孔加工任務(wù)選擇鉆頭時(shí)，首先需要

8、考慮被加工孔的深度，被加工的孔越深，則加工過程中需要排出的切屑量越大，如果加工中產(chǎn)生的切屑不能及時(shí)、 有效地排出，則可能阻塞鉆頭的排屑槽， 從而延緩加工進(jìn)程， 并最終影響孔的加工質(zhì)量。因 此，有效排屑是成功完成任何材料的孔加工任務(wù)的關(guān)鍵因素。鉆頭的長徑比當(dāng)工藝人員為特定的孔加工任務(wù)選擇最合適的鉆頭類型時(shí)，需要計(jì)算鉆頭的長徑比。長徑 比為被加工孔的深度與鉆頭直徑之比，例如，鉆頭直徑為12.7mm ，需要加工的孔深度為38.1mm ，則其長徑比為 3:1 。當(dāng)長徑比約為 4:1 或更小時(shí)，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭的排屑槽 均能較順利地排出鉆頭切削刃切除的切屑。 而當(dāng)長徑比超出上述范圍時(shí)， 則需采用專門設(shè)

9、計(jì) 的深孔鉆頭才能實(shí)現(xiàn)有效的加工。一旦被加工孔的長徑比大于 4:1 ，標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆就很難將切屑頂離切削區(qū)并排出孔外，切屑 很快會阻塞鉆頭排屑槽， 此時(shí)需要停止鉆削， 從孔中退出鉆頭，清除排屑槽中的切屑， 然后 重新下鉆繼續(xù)切削， 上述操作需重復(fù)多次才能加工出要求的孔深， 這種鉆削方式通常稱為 “啄 擊”法。采用“啄擊”法加工深孔會縮短刀具壽命，降低加工效率，影響被加工孔的質(zhì)量。每一次將鉆頭從孔中退出，清除切屑后重新插入孔中時(shí)，都有可能偏離孔的中心線，從而使孔徑變大，超出規(guī)定的尺寸公差范圍。為了解決深孔加工難題，近年來鉆頭制造商開發(fā)出了兩種新型深孔加工鉆頭一一普通拋物線型鉆頭和寬刃拋物線型鉆頭。普

10、通拋物線型鉆頭拋物線型鉆頭的排屑槽型為拋物線，專門用于連續(xù)鉆削加工長徑比達(dá)15:1、材料硬度不超過2526HRC （包括低碳鋼、各種鋁合金、銅合金等）的深孔。例如，直徑為12.7mm 的拋物線型鉆頭可成功加工出孔深達(dá)190mm 的孔。由于具有較大的排屑空間，普通拋物線型鉆頭可將切削刃處的切屑快速排出，同時(shí)可容許更多的切削液進(jìn)入切削區(qū)，從而顯著減小切削摩擦以及發(fā)生切屑焊死現(xiàn)象的可能性，此外還可減小加工時(shí)的功率消耗、扭矩載荷和切削沖擊。拋物線型鉆頭的螺旋角為36 ° -38。，大于標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角（28 °30 °）。螺旋角可表示鉆頭的“扭轉(zhuǎn)”程度，螺旋角越大，鉆頭

11、排屑速度越快。普通拋物線型鉆頭適合深孔加工的另一特點(diǎn)是鉆芯較厚（鉆頭的鉆芯是指鉆頭排屑槽成形后未被磨削的中心部分）。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的鉆芯部分約占整個(gè)成品鉆頭的20 %，而拋物線型鉆頭的鉆芯則可占到整個(gè)鉆頭的約40 %。在深孔鉆削中，較厚的鉆芯可增加鉆頭的剛性，提高鉆削加工的穩(wěn)定性。拋物線型鉆頭的鉆尖處開有槽口，因此可采用較大的鉆芯直徑，此外還可防止鉆孔開始階段容易發(fā)生的鉆頭移位現(xiàn)象。拋物線型鉆頭采用高速鋼材料制造，為強(qiáng)化切削性能，也可對鉆頭進(jìn)行表面涂層處理。寬刃拋物線型鉆頭為了適應(yīng)難加工材料（冷作硬化材料）深孔鉆削加工的需要，一些刀具制造商開發(fā)出了寬36刃拋物線型鉆頭。這種鉆頭的許多特點(diǎn)與普通拋物

12、線型鉆頭類似，如螺旋角較大（38 °），易于排屑；鉆芯較厚，深孔加工時(shí)鉆頭剛性和穩(wěn)定性較好等。它與普通拋物線型鉆 頭的不同之處在于排屑槽和刃帶形狀。寬刃拋物線型鉆頭的刃帶平滑過渡到排屑槽，從而使鉆頭切削刃具有較高的強(qiáng)度和剛性，同時(shí)切屑也可通過排屑槽順利排出。在深孔鉆削中，摩擦引起的高溫可能引起鉆頭切削刃輕微軟化或回火，從而加速鉆頭磨損。鉆頭切削刃在加工中保持硬度的能力可用"紅硬性”來表示。寬刃拋物線型鉆頭通常采用高速鋼和鈷高速鋼材料制造，由于鈷高速鋼寬刃拋物線型鉆頭具有較高的紅硬性，因此刀具壽命更長，抗磨損能力更強(qiáng)。鉆頭表面涂層普通拋物線型鉆頭和寬刃拋物線型鉆頭經(jīng)常采用以下

13、幾種表面涂層：氮化鈦（TiN ）涂層：該涂層可顯著改善鉆頭的使用壽命和被加工孔的質(zhì)量，與未涂層鉆頭相比，TiN涂層鉆頭更適合對多種材料工件（尤其是各種鋼件）進(jìn)行高速鉆削加工。碳氮化鈦（TiCN ）涂層：在適當(dāng)?shù)那邢鳒囟认?，TiCN涂層比TiN涂層硬度更高、韌性更強(qiáng)、耐磨性更好，同樣適合對多種工件材料（尤其是鋼件）進(jìn)行高速鉆削加工。但在加工有色金屬材料時(shí)應(yīng)特別小 心，因?yàn)門iCN涂層與有色金屬具有較高化學(xué)親和性，極易磨損。氮化鋁鈦（TiAlN ）涂層：該涂層可改善鉆頭的使用壽命，尤其適用于切削溫度較高的加工場合。與TiCN涂層類似，TiAlN涂層也不太適合加工有色金屬材料。鉆削參數(shù)的優(yōu)化在深孔加工中，為了最大限度地發(fā)揮鉆頭的切削性能，必須根據(jù)特定的長徑比優(yōu)化調(diào)整鉆削速度和進(jìn)給量。當(dāng)鉆削加工的長徑比為 4: