切削刀具的改進(jìn)與研究

北京電子科技職業(yè)學(xué)院 （100029） 劉文平 李玉蘭

金屬切削刀具在機(jī)械制造工業(yè)中起著日益重要的作用，許多技術(shù)革新和技術(shù)改造往往是從刀具改革開始的。筆者所在企業(yè)生產(chǎn)的高速切管鋸片（見圖1），主要服務(wù)于鋼管廠、鋼窗廠等企業(yè)，其主要功能是對(duì)薄壁鋼管和異型鋼材進(jìn)行快速切斷。

高速切管鋸片的加工工藝為：毛坯材料65 M n，4.5mm×1000mm×2000mm板材→剪板機(jī)裁成650mm×650mm方料→鉆中心孔：Z35K搖臂鉆床，打孔φ52mm→鏜孔：X53K銑床鏜孔至尺寸φ60mm→立式車床車至粗加工尺寸φ（610±0.50）mm→精車外圓：立式車床以中心孔φ60mm為基準(zhǔn)，車至尺寸φ（600±0.08）mm→銑齒形：X62W銑床銑周齒（B型齒）→鉆傳動(dòng)孔：Z 5140 B鉆孔2個(gè)φ18 m m，中心距（120±0.10）mm，8～10片為一摞進(jìn)行打孔→熱處理淬火：48～51 HRC→磨床磨兩平面：M7475B磨至尺寸4mm→調(diào)平→磨床磨隙角：M7475B直徑至200mm處→檢驗(yàn)齒形、厚度及隙角角度。

圖1 鋸片示意圖

1.生產(chǎn)制造過程中的問題

在制造高速切管鋸片中，經(jīng)常遇到由于一些工人的工作失誤導(dǎo)致后道工序無法加工的問題。在加工中，由于中轉(zhuǎn)工的工作失誤，在銑齒形后就轉(zhuǎn)入熱處理淬火，淬火后磨平面和調(diào)平繼續(xù)加工完成，檢驗(yàn)查出沒鉆傳動(dòng)孔，此時(shí)由于催貨很急，再投入生產(chǎn)已經(jīng)不可能，于是讓鉗工補(bǔ)鉆傳動(dòng)孔，當(dāng)鉆床鉆孔到一半時(shí)，由于淬硬鋼的硬度很高，再加上軸向力很大，鉆頭竟被折斷。車間領(lǐng)導(dǎo)緊急組織了一個(gè)攻關(guān)小組，大家一起研究、解決此問題。

切管鋸片材料是65Mn彈簧鋼，淬火硬度48～51HRC，抗彎強(qiáng)度達(dá)到1800MPa，可想而知在這種硬度材料上進(jìn)行孔加工是件很棘手的問題。首先分析鉆頭折斷的原因，它的強(qiáng)度和韌性雖好，但它對(duì)應(yīng)力集中非常敏感，帶缺口崩刃試件的抗彎強(qiáng)度比不帶缺口試件可降低一半。由于普通角度118°的鉆頭在加工硬度很高的工件時(shí)，前刀刃有崩刃現(xiàn)象，再有軸向力和轉(zhuǎn)矩加大，才導(dǎo)致鉆頭折斷，根據(jù)這種情況，我們制定了以下幾個(gè)方案。

（1）第一種方案 首選鑲齒硬質(zhì)合金麻花鉆頭，如圖2所示。調(diào)整合理的切削速度和進(jìn)給量，對(duì)鋸片進(jìn)行孔加工，由于工件硬度很高不易被切削，加工較短時(shí)間，鉆頭刃部鑲齒焊接處開焊。

飛鋸由于切削加工時(shí)產(chǎn)生很大變形又受軸向力的下壓，4m m的工件出現(xiàn)了裂紋。針對(duì)焊接開焊進(jìn)行技術(shù)分析，硬質(zhì)合金鉆頭最大的障礙是鉆頭有崩刃傾向，由于鉆頭的強(qiáng)度和剛性不足，以及橫刃處極小的切削速度，刀片易在該處損壞，還有鉆頭的強(qiáng)度與抗振性隨著鉆頭在機(jī)床主軸的伸出量的縮小而提高，此外，鑲齒部位和刀體焊接處離切削區(qū)很近等等，這些都是造成硬質(zhì)合金刀片脫焊的原因。再有硬質(zhì)合金鉆頭價(jià)格高，刃磨困難，所以這一方案很快就被否定了。

圖2 鑲齒硬質(zhì)合金麻花鉆頭

（2）第二種方案 根據(jù)材料上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鉆頭頂角2φ大體可以根據(jù)被加工材料選擇：普通鋼2φ頂角 116°～120°，高強(qiáng)度鋼2φ頂角 125°～150°。

分析后采用了可鉆不銹鋼和高強(qiáng)度鋼的群鉆來加工淬硬的65Mn材料（見圖3），它的2φ頂角為125°～150°，有兩個(gè)斷屑槽，而實(shí)際操作表明由于頂角2φ的加大，軸向力增加，整個(gè)工件又是4mm厚的65Mn彈簧淬硬鋼，試切入一半，鉆頭與工件之間，磨損加劇，產(chǎn)生尖銳摩擦聲，工件發(fā)生變形、下凹，鉆頭尖部磨損較為嚴(yán)重，呈球狀，無法繼續(xù)切削。

此方法要求刃磨工有高超的手藝，對(duì)稱難度不易掌握，對(duì)硬度高的材料，有些費(fèi)力。

（3）第三種方案 綜上述兩種方案都不可行，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，確定解決方案為：①在機(jī)床切削三要素上采用合理的速度。②在裝夾上將原來的八片為一組打孔，改為單片加工。③在工件底部選擇合適的有孔墊鐵（見圖4），主要是為了減少由于軸向力很大，消除薄片工件易變形和下凹的因素。④在刀具上需要改進(jìn)鉆頭的角度。

圖3 群鉆

圖4 鉆孔夾具

2.刀具改造效果

圖5 改進(jìn)后的麻花鉆頭

資料顯示，65Mn材料是合金材料鋼，硬度49HRC，有1800MPa的抗彎強(qiáng)度，這樣的高強(qiáng)度鋼，加工孔確實(shí)有一定難度，通過查閱金屬切削材料與刀具、金屬切削手冊(cè)等，明確了橫刃是在沉重的條件下工作的，由于大的切削角，橫刃在相當(dāng)大的程度上是不能切削的，而是擠刮材料，橫刃所引起的進(jìn)給力占鉆頭總進(jìn)給力的40%～50%，因此在鉆頭切出與橫刃工作結(jié)束的瞬間軸向力急劇下降，應(yīng)用這個(gè)原理，設(shè)計(jì)為鉆頭2φ頂角為75°左右（見圖5），為了消除上述試驗(yàn)群鉆鉆頭尖部被磨鈍現(xiàn)象，改為有2.0～2.5mm的橫刃，使鉆頭尖部更有耐磨性，為了使鉆頭在孔加工中孔壁有較好的表面粗糙度，在鉆頭的切削刃部位用折線代替曲線切削刃，雙重刃磨時(shí)折線由兩部分組成，雙重刃磨時(shí)，鉆頭磨成75°～80°，而在鉆頭外緣處形成長(zhǎng)度為0.2倍的直徑，頂角為55°～60°的附加切削刃。同時(shí)為了加強(qiáng)前刀刃對(duì)工件的耐用度，磨出了接近于負(fù)角，這樣在加工薄件時(shí)，帶有橫刃的鉆頭尖部首先鉆通工件，然后通過兩邊的前刀刃刮削出大孔，再由鉆頭的附加切削刃完成擴(kuò)孔并使表面粗糙度符合圖樣要求。通過這樣的刀具改造，使產(chǎn)品如期完成。