新型高效深孔加工刀具研制

左偉彬，劉 虹，王蘭萍

（1. 哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2. 哈爾濱軸承集團公司 哈爾濱市香華高密封軸承廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機械工業(yè)突飛猛進地發(fā)展壯大。由于生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)形勢、生產(chǎn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對機械制造行業(yè)的要求也不斷地提高，對刀具生產(chǎn)廠家提出了新的課題。在機械行業(yè)中，隨著高精設(shè)備、高科技領(lǐng)域產(chǎn)品生產(chǎn)量的加大，對孔加工刀具的需求量也不斷加大，尤其深孔加工刀具的市場占有率將越來越大。

2 深孔加工的特點及使用情況

所謂深孔加工就是孔深與孔徑比大于10的孔，而加工此孔的刀具即為深孔刀具。其特點是：加工中不能直接觀察刀具的切削情況，只能憑聲音、輔助裝置及切削來判斷刀具在加工中磨損打刀情況，由于孔深切削路線長，使得排屑困難，切削熱不易擴散，切削熱集中，刀尖處的切削溫度不得超過400℃～600℃,另外，由于孔徑的限制不能有足夠剛性的鉆桿，細而長的鉆桿可能造成所加工的孔偏斜。為此我們企業(yè)自80年末—— 90年代以來，已經(jīng)先后研制生產(chǎn)了硬質(zhì)合金B(yǎng)TA單齒深孔鉆、噴射鉆、DF 子流深孔鉆、硬質(zhì)合金槍鉆、硬質(zhì)合金槍鉸刀等。這些深孔刀具基本上滿足了當時國內(nèi)用戶的使用要求，一些廠家現(xiàn)在仍然使用著此類產(chǎn)品。但隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，機械行業(yè)中對深孔鉆削刀具需求量的增大，特別是一些大型電站鍋爐，化工設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)的不斷擴大，生產(chǎn)產(chǎn)值的不斷增加，此前所提供的產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了要求了，為此這些廠家只好花費大量的資金從國外購進新型的深孔鉆頭，以完成生產(chǎn)加工，而這種刀具的價格非常昂貴，這也相應(yīng)增加了這些企業(yè)的生產(chǎn)成本。據(jù)不完全統(tǒng)計，幾大廠家從國外購進的此類刀具要花費8千到1億元左右。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計

以往生產(chǎn)的深孔鉆其形式如圖1 所示。

DF深孔鉆頭結(jié)構(gòu)由一個切削齒、兩個導(dǎo)向齒組成，切削齒磨削出三層分削臺，鉆頭在鉆削時切屑的分屑靠三層刃來完成，由此形成的深孔鉆頭在鉆削時，1處刃所形成的負前角，切削刃不是有效斷屑，而是靠擠壓切削來完成工作，因此鉆削時其抗力較大，就造成了切削加工中不是很暢快，切屑易發(fā)生堵塞情況，因而加工速度不能太高，加工效率較低。為處理好切削中的阻力大的問題，鉆頭中心處附近就必須有一良好的切削刃來完成較好的切削。為此對原來的DF深孔鉆進行了如圖2 所示的改進。此鉆頭切削刃由三個切削齒組成：外齒1、中心齒2和中間齒3，鉆頭的中心齒與外齒形成了反向排列。中心齒磨削出良好的斷屑臺，形成有效的切削，解決了過去深孔鉆心附近負角擠壓切削而產(chǎn)生較大抗力的問題。外齒與中心齒之間的空檔切削由中間齒來完成。同時三個齒相互完成好各自的切削，很好地解決了切削加工中的切屑分層問題。這種深孔鉆在鉆削中切削輕快，加工精度高，由于可選擇較高的切削轉(zhuǎn)數(shù)及進給量，大大地提高了生產(chǎn)效率，解決了以前生產(chǎn)周期長、完不成進度、拖延產(chǎn)品交貨期等問題。

圖1 DF深孔鉆

圖2 改進后的深孔鉆

4 生產(chǎn)工藝

改進后的深孔鉆從根本上解決了以往DF深孔鉆存在的問題。新型深孔鉆加工難度非常大，其主要原因是中心齒是反向釬焊在鉆頭刀體上的，釬焊后無法再進行磨削加工，只有中心齒在釬焊之前完成切削齒的全序加工。由于鉆頭的尺寸較小，刀齒之間加工時相互影響，為此，其他兩齒相應(yīng)的也只有在釬焊之前完成幾何尺寸的加工。過去深孔鉆切削齒的加工是將刀片毛坯釬焊在鉆體上再完成各項磨削加工，而今刀片必須在焊前完成，因此對合金刀片加工精度，鉆體刀槽的銑削精度要求就提高了。如果刀齒、刀槽的加工精度達不到要求，刀齒釬焊在刀體上以后就會出現(xiàn)偏斜，幾何參數(shù)、幾何角度達不到鉆頭的要求。切削刃尺寸高于中心或低于中心過多，就會造成鉆削時鉆頭鉆不進去、打刀、刀齒破碎、鉆削壽命低等現(xiàn)象。對于三個刀齒的加工，制作了專用的刀片磨削夾具，角度磨削在專用的高精度專用磨床上完成，所使用的砂輪都是專用的成型訂制砂輪，各項尺寸參數(shù)的檢驗，由高精度的光學(xué)顯微鏡和檢具來控制保證。合金刀片的毛坯特殊定制。根據(jù)不同用戶的使用要求，訂制國外或國內(nèi)的刀片，其切削性能完全滿足用戶的加工要求。而對鉆體刀槽的加工，采用了專用的數(shù)控工具銑床，加工中有專用的成型銑刀和專用的檢測工具，保證了刀槽尺寸精度及三個刀槽相互之間的位置關(guān)系。

新型深孔鉆另一重點攻關(guān)難題就是釬焊問題，由于刀具結(jié)構(gòu)尺寸小、三個切削齒與兩個導(dǎo)向齒之間的距離較近，像過去焊接逐個完成，這里是行不通的。要保證釬焊后的質(zhì)量即釬焊后的三個切削齒的尺寸精度，釬焊過程中必須時間要短，迅速將三個切削齒及兩個導(dǎo)向齒同步焊接完成，這在以往的釬焊操作中是無法做到的。通過多次試驗摸索并與焊接專家咨詢請教，我們與焊接制造廠共同開發(fā)并由他們制作了專用焊接機，這種焊接機采取了等料、等溫的加工工藝，其生產(chǎn)效率高，焊接精度準確，焊接后具有產(chǎn)品清潔、焊接強度高等優(yōu)點，達到了新型深孔鉆的釬焊要求。任何刀具的使用好壞，其刀具的定位、連接作用的影響也是很大的，新型深孔鉆鉆體定位采用兩個定位環(huán)一個端面的定位方式，連接采用四頭方牙螺紋。此定位連接方式達到了裝夾迅速、定位準確的要求。新型深孔鉆鉆體定位環(huán)，螺紋的加工是在專用的數(shù)控機上進行，保證了各項尺寸的精度及所有鉆體加工尺寸的一致性和互換性，使用戶使用時每支鉆頭安裝更換后保證刀具的同一位置不變。

5 結(jié)束語

新型深孔鉆的研發(fā)成功，對國內(nèi)深孔加工起到了積極推動作用，為用戶節(jié)省了大量資金，提高了經(jīng)濟效益，為刀具行業(yè)發(fā)展上新臺階奠定了基石。