馮亞坤，魏培杰，謝志紅

（珠海格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

鈑金模具硬料材質(zhì)在經(jīng)過(guò)熱處理后，硬度值一般能達(dá)到55～62HRC，材料硬度越高，切削性能越差，且硬料的螺絲底孔特征直徑?。ㄒ话愠叽鐬?10.6mm、?8.7mm、?6.8mm、?5.2mm、?4.3mm、?3.4mm）且深度一般能達(dá)到15～30mm，利用小刀銑削時(shí)間長(zhǎng)，難排屑，且為了滿足螺絲底孔的加工深度，還不得不人為拉長(zhǎng)銑刀的裝刀長(zhǎng)度，大大提高了斷刀的概率，增加了刀具成本，有時(shí)，為了減少斷刀還會(huì)降低下切量Ap和進(jìn)給速度Vf，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)加工效率太低，制造成本高，這種加工方式已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)于模具制造短周期、高效率、高質(zhì)量的要求。

2 硬料孔特征加工現(xiàn)狀

以PowerMILL編程軟件為例，鈑金模具硬料螺絲底孔的加工一般選用D6R0.5、D4R0.5或者D3R0.5的圓鼻刀運(yùn)用等高開粗的方式逐層銑削，考慮硬料銑螺絲底孔時(shí)會(huì)因側(cè)面擦刀桿而導(dǎo)致斷刀，因此在編程前，先將螺絲底孔單邊拔模0.15°以防止斷刀，如圖1所示，以M12mm的螺絲底孔?10.5mm為例，編程選用D6R0.5圓鼻刀采用等高加工，切削方式為順銑，螺旋下刀切削，如圖2所示，下切步距（Ap）為0.06mm，進(jìn) 給 率（Vf）為700mm/min，銑削深度為25mm，加工一個(gè)螺紋底孔需要耗時(shí)約5min，從產(chǎn)能方面已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，且由于材質(zhì)較硬，特征較深，鐵屑無(wú)法順暢排出，極易發(fā)生斷刀異常，且螺絲底孔精度要求較低（公差要求一般為±0.1mm），用如此耗時(shí)費(fèi)力的加工方式來(lái)加工此類特征，得不償失。

圖1 螺絲底孔單邊拔模0.15°示意圖

圖2 硬料螺絲底孔傳統(tǒng)加工方式

根據(jù)不同大小的螺紋底孔，選用不同的刀具，加工參數(shù)如表1所示。

表1 各螺紋底孔銑削加工參數(shù)表

3 工藝革新探索

眾所周知，粗加工工序?qū)τ诼萁z底孔的加工都是采用同直徑的內(nèi)冷鉆或者外冷鉆加工達(dá)圖，這種加工方式效率高，幾秒鐘便能加工完一個(gè)孔特征，解決了用銑刀加工難排屑的問(wèn)題，大大降低了非刀具正常磨損外的斷刀異常。據(jù)此，能否用內(nèi)冷鉆或者外冷鉆代替銑刀通過(guò)改變其加工參數(shù)達(dá)到可加工硬度為55～62HRC的加硬材料的目的。

內(nèi)冷鉆和外冷鉆主要的區(qū)別在于內(nèi)冷鉆鉆尖部位有兩個(gè)跟隨螺旋槽的中心出水孔，在加工時(shí)，內(nèi)冷鉆通過(guò)這兩個(gè)出水孔噴射出高壓水，鐵屑跟隨高壓水通過(guò)鉆頭周圍的排屑槽反沖出特征，起到排屑的作用；而外冷鉆沒(méi)有中心出水孔，需要通過(guò)外部冷卻水沖出鐵屑來(lái)排屑。根據(jù)鉆孔加工工時(shí)的計(jì)算公式可知：

式中Vf——進(jìn)給速度

N——主軸轉(zhuǎn)速

Fz——每齒進(jìn)給

Zn——刀具齒數(shù)

綜合上述所知，提高進(jìn)給速度能夠降低孔加工的時(shí)間，提升效率，而內(nèi)冷鉆的進(jìn)給速度是外冷鉆的幾倍甚至十倍。且在加工時(shí)，內(nèi)冷鉆的循環(huán)方式是單次啄鉆，而外冷鉆的循環(huán)方式為深鉆，如圖3所示，單次啄鉆的在加工中的抬刀次數(shù)明顯少于深鉆，在兩種鉆頭都能使用的粗加工工序中，當(dāng)然優(yōu)先選擇內(nèi)冷鉆作為加工孔特征的主要手段。

圖3 兩種鉆頭的不同循環(huán)方式a——單次啄鉆 b——深鉆

而對(duì)于硬料（55～62HRC）的鉆孔加工，內(nèi)冷鉆的優(yōu)勢(shì)將蕩然無(wú)存，由于材料硬度高，內(nèi)冷鉆的中心出水孔就會(huì)成為強(qiáng)度的最薄弱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在其周圍很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致刀具碎裂，不適合硬料孔類的加工，所以運(yùn)用強(qiáng)度相對(duì)均勻的外冷鉆，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的加工現(xiàn)狀，測(cè)試出合適的加工參數(shù)是解決硬料螺絲底孔以鉆代銑的唯一途徑。

外冷鉆一般有螺旋槽型和近直槽型兩種類型，如圖4所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工得知，近直槽型外冷鉆在加工硬料時(shí)，聲音刺響，纏屑明顯，斷刀現(xiàn)象嚴(yán)重，如圖5所示。而螺旋槽型外冷鉆表面有一層黃色PVD高速涂層，增加了鉆頭的耐磨性和剛性，更適合硬料的加工。

圖4 兩種不同類型的外冷鉆 a——近直槽型外冷鉆b——螺旋槽型外冷鉆

圖5 直槽型外冷鉆纏屑嚴(yán)重

綜合上述分析，運(yùn)用螺旋槽型外冷鉆通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)加工參數(shù)解決加硬材料（55～62HRC）螺絲底孔的加工問(wèn)題是目前最符合實(shí)際需求、最高效的一種方法。

在表2所示的加工參數(shù)及加工環(huán)境下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試可知，對(duì)于M8mm、M6mm、M5mm、M4mm的螺絲底孔的加工，在鉆孔過(guò)程中，斷屑良好，均未出現(xiàn)斷刀、纏屑現(xiàn)象；對(duì)于M10mm和M12mm的螺絲底孔的加工，孔的中上段斷屑良好，在接近鉆穿時(shí)，會(huì)出現(xiàn)斷屑不良現(xiàn)象，但鐵屑不會(huì)纏繞在刀具上，對(duì)鉆孔加工的影響幾乎可以忽略，加工過(guò)程中均無(wú)異常聲響且在加工完10個(gè)通孔后未出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象。以M12mm的螺絲底孔為例，?10.5mm外冷鉆加工完10個(gè)通孔后刀具磨損情況和加工的通孔實(shí)際情況如圖6所示。

圖6 刀具磨損情況及加工特征的實(shí)際情況

通過(guò)上述工藝，基本實(shí)現(xiàn)螺絲底孔以鉆代銑新工藝，以PowerMILL軟件統(tǒng)計(jì)理論加工10個(gè)?10.5mm深度為25mm的螺絲底孔的時(shí)間為例，其加工效率對(duì)比如表3所示，精度也滿足圖紙公差要求（實(shí)測(cè)尺寸為10.52mm），在刀具的使用壽命內(nèi)，也大大減少了斷刀率，降低刀具成本。

表3 新舊工藝加工效率的對(duì)比

需要注意的是，以鉆代銑新工藝除了增效以外，還解決了非正常斷刀問(wèn)題，但是由于材料過(guò)硬，外冷鉆沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何其他處理，只是通過(guò)控制加工參數(shù)來(lái)保證加工的穩(wěn)定性，所以，和粗加工使用鉆頭加工孔特征相比，外冷鉆的損刀現(xiàn)象比較嚴(yán)重，刀具壽命的管控將顯得尤為重要，根據(jù)刀具的磨損情況和加工特征的表面粗糙度合理分析，外冷鉆鉆硬料單條程序需要控制在200～250mm內(nèi)。

4 各切削要素的理論分析

硬料螺絲底孔的鉆孔加工，為了取得最高的加工效率，要加大主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，但是矛盾的是轉(zhuǎn)速和進(jìn)給的不合理增加會(huì)加速刀具的磨損，甚至造成非正常斷刀。所以，為了保證刀具的使用壽命，對(duì)應(yīng)的啄孔深度即下切步距就要降低，而下切步距的降低又會(huì)反過(guò)來(lái)影響加工效率。固主軸轉(zhuǎn)速（N）、下切步距（Ap）、進(jìn)給速度（Vf）和加工效率、刀具磨損程度之間相輔相成、相互影響，如何才能達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到。

5 結(jié)束語(yǔ)

用普通外冷鉆頭代替銑刀加工硬料孔特征，加工效率提高了200%，減少甚至杜絕了因排屑不良導(dǎo)致的非正常斷刀，打破了數(shù)控加工硬料無(wú)法鉆孔加工的行業(yè)現(xiàn)狀?！耙糟@代銑”新工藝不僅僅是一場(chǎng)技術(shù)革新，其發(fā)展和推廣應(yīng)用將帶動(dòng)了整個(gè)制造業(yè)的進(jìn)步和效益的提升,是現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展方向[3]，更是為廣大從事制造行業(yè)的同事們推陳出新提供借鑒和指導(dǎo)。