加工不锈钢硬质合金群钻钻尖的试验研究

2014-05-11李梦龙贺凤宝胡建忠

制造业自动化 2014年10期

关键词：硬质合金圆弧不锈钢

李梦龙，王蔓，张伟，贺凤宝，胡建忠

（大连工业大学机械工程与自动化学院，大连 116034）

加工不锈钢硬质合金群钻钻尖的试验研究

李梦龙，王蔓，张伟，贺凤宝，胡建忠

（大连工业大学机械工程与自动化学院，大连 116034）

0 引言

群钻是在普通麻花钻的钻尖基础上，磨出两个对称的月牙形圆弧槽，形成钻心退缩，从垂直于钻头轴线可看到三尖“W”刃形；再进一步修磨，减窄横刃，修出油隙面和两条较锋利的内刃。对于直径较大（d＞15mm）的钻头，还在一侧外刃上再磨出1―2条分屑槽[1]（如图1所示）。群钻的这种特殊刃形使其排屑效果明显。

某公司在使用普通麻花钻钻不锈钢时出现了断屑不好，切屑缠刀、粘刀，崩刃现象，刀具磨损严重。为了解决断屑问题，本文设计了具有群钻钻尖的硬质合金麻花钻。而群钻钻尖传统应用于高速钢麻花钻，应用在硬质合金材料时原有的钻尖参数已不再适用[2]。鉴于此本论文设计一种具有新的钻尖参数的硬质合金群钻，使在加工不锈钢时，可以起到良好的断屑作用，提高刀具的使用寿命。不锈钢（1Cr18Ni9）因为良好的综合机械性能而被广泛应用，故对其进行钻削试验具有实际的指导意义。

图1 基本型群钻钻尖

1 试验方法

本试验采用三支具有不同钻尖参数的硬质合金群钻，直径为φ10mm，槽长60mm，总长100mm。三支刀编号分别为1、2、3,三支刀变化的参数主要是尖高、圆弧半径、外刃长度和外刃峰角[3]，其钻尖参数如表1所示。在较合理的切削参数下钻削不锈钢（1Cr18Ni9），并分析刀具断屑和刀具磨损情况。

表1 三支群钻钻尖参数

2 对比试验及结果分析

2.1 对比试验

在较合理的切削参数[4](进给量0.25mm/r)下，用三支刀具分别以切削速度28.26m/min和34.54m/min，钻削1Cr18Ni9，钻孔深为30mm。试验用美国HASS VOP-D VF5型加工中心，采用浇注式乳化液冷却，钻削过程中用YDZ-II02压电钻削测力仪可测量轴向力和扭矩[5]，收集切屑，并对所得到的数据和切屑进行分析，观察刀具磨损。

2.2 试验结果与分析

表2 试验数据

图2 三支刀具轴向力、扭矩柱状图

将表2的数据绘制成直观的柱状图（如图2），从图中可以看出，2号刀的最大轴向力和最大扭矩均为最小。1号刀外刃峰角最小，切削刃上各点的切削速度梯度最大，外缘处前角减小，外刃峰角小会使切削宽度增加，切削厚度减小，切削时所需的力会有所增加。另外1号刀的圆弧半径较小，外刃与圆弧刃的交点B处刃尖角较小，散热不好，也会增加轴向力和扭矩。而3号刀外刃峰角最大，切削刃长度缩短最多，单位长度上的负荷增加，外缘转点处刃尖角减小过多，刀具散热条件差，也会使轴向力增加。再加上3号刀的圆弧半径过大，圆弧过于平低，外刃与圆弧刃的交点B处刃尖角过大，使两段切削刃的变形程度较小，相关联程度较大，虽然增加了B点的强度，但对分屑作用影响较大，产生较宽的切屑，这种切屑变形所需的能量大，故使得扭矩值也变大。

三支刀在转速为900r/min和1100r/min，切削速度为28.26m/min和34.54m/min，进给量为0.25mm/r下，钻孔所得的切屑如图4所示。

图4 切屑形状图

从图中可以看到，切削参数为900r/min，0.25mm/r时三支刀的切屑较短，为海螺型切屑，其中2号刀切屑形状最好，长度最短；1100r/min，0.25mm/r时3号刀切屑最差，1号和2号相差不多，2号刀相对较短。三支刀都具有群钻钻尖，断屑效果明显，但由于三支刀钻尖参数不同，造成切屑形状有所差异。3号刀由于圆弧半径过大，过于平低，使两段切削刃的变形程度较小，相关联程度较大，产生的切屑较宽。1号刀外刃较长，外刃形成的切屑较宽，在断屑难易程度上比2号刀难。

三支刀经过刃口处理，每支刀在加工30个孔后，用刀具几何参数测量仪测量的钻尖前刀面磨损情况，对比如图3所示。

图3 钻尖前刀面磨损对比

从图中可以看出，三支刀在内刃前刀面部分都有烧黑现象，试验过程中采用浇注式切削液冷却，效果不是很理想。不锈钢在加工时因发热严重，且切削液不能及时到达加工区域进行冷却，造成高温下刀具烧伤，形成黑色表面。三支刀靠近主切削刃处磨损都不大，其中2号刀磨损最小，且2号刀无崩刃现象出现。而1号刀和3号刀外缘转点处都有崩刃现象，因为3号刀的外刃峰角最大，外刃长度最短，外缘转点处的刀尖角最小，单位长度上的负荷大，刀具散热条件不好，导致崩刃最严重。1号刀由于外刃长度最长，所受扭矩大，故其也有较严重的崩刃。

综上分析可知：2号刀切削力较小，刀具磨损量小，切屑呈短海螺型，断屑效果比较理想，2号刀切削性能最好。