新型高效深孔加工刀具研制

2013-10-11左伟彬王兰萍

哈尔滨轴承 2013年2期

左伟彬，刘虹，王兰萍

（1. 哈尔滨第一工具制造有限公司，黑龙江哈尔滨 150078；2. 哈尔滨轴承集团公司哈尔滨市香华高密封轴承厂，黑龙江哈尔滨 150036）

1 前言

随着科学技术的高速发展，机械工业突飞猛进地发展壮大。由于生产规模、生产形势、生产产品的更新换代，对机械制造行业的要求也不断地提高，对刀具生产厂家提出了新的课题。在机械行业中，随着高精设备、高科技领域产品生产量的加大，对孔加工刀具的需求量也不断加大，尤其深孔加工刀具的市场占有率将越来越大。

2 深孔加工的特点及使用情况

所谓深孔加工就是孔深与孔径比大于10的孔，而加工此孔的刀具即为深孔刀具。其特点是：加工中不能直接观察刀具的切削情况，只能凭声音、辅助装置及切削来判断刀具在加工中磨损打刀情况，由于孔深切削路线长，使得排屑困难，切削热不易扩散，切削热集中，刀尖处的切削温度不得超过400℃～600℃,另外，由于孔径的限制不能有足够刚性的钻杆，细而长的钻杆可能造成所加工的孔偏斜。为此我们企业自80年末—— 90年代以来，已经先后研制生产了硬质合金BTA单齿深孔钻、喷射钻、DF 子流深孔钻、硬质合金枪钻、硬质合金枪铰刀等。这些深孔刀具基本上满足了当时国内用户的使用要求，一些厂家现在仍然使用着此类产品。但随着经济的高速发展，机械行业中对深孔钻削刀具需求量的增大，特别是一些大型电站锅炉，化工设备制造企业生产的不断扩大，生产产值的不断增加，此前所提供的产品已经满足不了要求了，为此这些厂家只好花费大量的资金从国外购进新型的深孔钻头，以完成生产加工，而这种刀具的价格非常昂贵，这也相应增加了这些企业的生产成本。据不完全统计，几大厂家从国外购进的此类刀具要花费8千到1亿元左右。

3 产品结构设计

以往生产的深孔钻其形式如图1 所示。

DF深孔钻头结构由一个切削齿、两个导向齿组成，切削齿磨削出三层分削台，钻头在钻削时切屑的分屑靠三层刃来完成，由此形成的深孔钻头在钻削时，1处刃所形成的负前角，切削刃不是有效断屑，而是靠挤压切削来完成工作，因此钻削时其抗力较大，就造成了切削加工中不是很畅快，切屑易发生堵塞情况，因而加工速度不能太高，加工效率较低。为处理好切削中的阻力大的问题，钻头中心处附近就必须有一良好的切削刃来完成较好的切削。为此对原来的DF深孔钻进行了如图2 所示的改进。此钻头切削刃由三个切削齿组成：外齿1、中心齿2和中间齿3，钻头的中心齿与外齿形成了反向排列。中心齿磨削出良好的断屑台，形成有效的切削，解决了过去深孔钻心附近负角挤压切削而产生较大抗力的问题。外齿与中心齿之间的空档切削由中间齿来完成。同时三个齿相互完成好各自的切削，很好地解决了切削加工中的切屑分层问题。这种深孔钻在钻削中切削轻快，加工精度高，由于可选择较高的切削转数及进给量，大大地提高了生产效率，解决了以前生产周期长、完不成进度、拖延产品交货期等问题。

图1 DF深孔钻

图2 改进后的深孔钻

4 生产工艺

改进后的深孔钻从根本上解决了以往DF深孔钻存在的问题。新型深孔钻加工难度非常大，其主要原因是中心齿是反向钎焊在钻头刀体上的，钎焊后无法再进行磨削加工，只有中心齿在钎焊之前完成切削齿的全序加工。由于钻头的尺寸较小，刀齿之间加工时相互影响，为此，其他两齿相应的也只有在钎焊之前完成几何尺寸的加工。过去深孔钻切削齿的加工是将刀片毛坯钎焊在钻体上再完成各项磨削加工，而今刀片必须在焊前完成，因此对合金刀片加工精度，钻体刀槽的铣削精度要求就提高了。如果刀齿、刀槽的加工精度达不到要求，刀齿钎焊在刀体上以后就会出现偏斜，几何参数、几何角度达不到钻头的要求。切削刃尺寸高于中心或低于中心过多，就会造成钻削时钻头钻不进去、打刀、刀齿破碎、钻削寿命低等现象。对于三个刀齿的加工，制作了专用的刀片磨削夹具，角度磨削在专用的高精度专用磨床上完成，所使用的砂轮都是专用的成型订制砂轮，各项尺寸参数的检验，由高精度的光学显微镜和检具来控制保证。合金刀片的毛坯特殊定制。根据不同用户的使用要求，订制国外或国内的刀片，其切削性能完全满足用户的加工要求。而对钻体刀槽的加工，采用了专用的数控工具铣床，加工中有专用的成型铣刀和专用的检测工具，保证了刀槽尺寸精度及三个刀槽相互之间的位置关系。

新型深孔钻另一重点攻关难题就是钎焊问题，由于刀具结构尺寸小、三个切削齿与两个导向齿之间的距离较近，像过去焊接逐个完成，这里是行不通的。要保证钎焊后的质量即钎焊后的三个切削齿的尺寸精度，钎焊过程中必须时间要短，迅速将三个切削齿及两个导向齿同步焊接完成，这在以往的钎焊操作中是无法做到的。通过多次试验摸索并与焊接专家咨询请教，我们与焊接制造厂共同开发并由他们制作了专用焊接机，这种焊接机采取了等料、等温的加工工艺，其生产效率高，焊接精度准确，焊接后具有产品清洁、焊接强度高等优点，达到了新型深孔钻的钎焊要求。任何刀具的使用好坏，其刀具的定位、连接作用的影响也是很大的，新型深孔钻钻体定位采用两个定位环一个端面的定位方式，连接采用四头方牙螺纹。此定位连接方式达到了装夹迅速、定位准确的要求。新型深孔钻钻体定位环，螺纹的加工是在专用的数控机上进行，保证了各项尺寸的精度及所有钻体加工尺寸的一致性和互换性，使用户使用时每支钻头安装更换后保证刀具的同一位置不变。