作为机械加工中孔类零件的加工较为常见,但是在实际生产过程中,一些特殊孔的加工会给生产上带来一定的困难,为满足设计要求,保证产品质量,确实需要认真分析,采取相应的措施。就此在本文中,重点对在薄板上钻孔和深孔加工所有刀具的改进及应用,结合生产实习的一些浅显经验介绍如下。
一、薄板钻头的改进
在军品生产中,一些电器元件所有的腔体、隔板和支架等零件上。按设计要求分布着许多大大小小不同的孔,常常遇到在 0.4~2�l的热轧,冷轧薄钢板,铝板、铜板、上进行钻孔加工,经常出现的现象有:(1)孔形不规整,如扁孔、多边形孔等。(2)钻孔时钻头易折断,尤其是钻小孔时。(3)钻头使用时间短,即钻头耐用度低。(4)钻出的孔表面粗糙度较低。
1.问题分析
用麻花钻床在薄板上钻孔,钻头的受力情况与在厚板上钻孔的受力情况有所不同,钻头上每一个切削刃上都受到切向作用在刀上的力主要是轴向力f和转矩t,根据经验和有关参考资料可知各切削刃,产生的轴向力f和转矩t的比例如下表所示:
从表中可以看出,在薄板上钻孔时,由于钻尖高,主切削刃低,当工件将要钻透时,钻头失去定心作用,57%的轴向力突然减小,加上工件得的弹性抖动,进给量瞬间急剧增大,会使钻头突然下降,从而造成两主切削刃的过多切入,出现“扎刀”进给,使钻出的孔不圆,空口毛边大,孔壁粗糙,并容易使钻头折断,严重影响产品质量,有时还容易造成刀具损坏或人身伤害事故。
2.问题的解决
显然,用标准麻花钻在薄板上钻孔是不适宜的。通过查阅资料,发现用薄板群钻削,效果很好。薄板群钻俗称“三尖钻”。主要的特点是:在标准麻花钻的基础上进行改进,即:在主切削刃上磨成圆弧形切削刃,而且两切削的外缘磨成锋利的刀尖,刀尖与钻心处在高度差0.5~1.5mm,这样就会在钻心未钻透工件时,两主切削刃的外尖已在工件上开始切削,起到了定心的作用,当钻心钻透工件时,就不至于失去稳定,切削力就不会发生太大的变化,从而满足设计工艺的要求。
3.存在的问题及改进
用“三尖钻”在薄板上钻孔,虽然满足了工艺的要求,但是,由于两个主切削刃太尖,耐磨度降低,钻30个孔后,钻头就不锋利了,刀具磨损后,致使轴向力和转矩增加,这时需要重新刃磨钻头,并且因钻头特殊,磨起来比较困难,影响工作效率。为了提高钻头的耐用度,对群钻进行进一步的改进。具体改进的方法如下:
在主切削刃处磨出类似倒凌的切削刃,前脚为零,倒凌宽度0.4~��0.8��mm,这时的刀尖高度最好不要超过0.5mm,这样,可以明显提高钻头的耐磨度,还可以提高孔的粗糙度,钻孔的数量约可增加到180个左右,实践证明:切削速度由原来的14m/min可提高到30m/min,进给量由原来的��0.12��mm/r可提高到0.24mm/r。钻头切削性能会有较大的提高,工件的表面质量也得到了明显的改善。
在磨钻头的同时要注意以下几个方面的问题:
(1)两主切削刃的对称性。(2)倒凌宽度控制在0.4~0.8mm之间,太宽则影响刀具的锋利,反而影响正常的切削。(3)为了防止钻孔时,产生弹性抖动,在薄板下面垫一块木板或铝板。(4)外圆处刀尖角尽可能大,以增大有效散热,改善切削能力。(5)修磨前刀面,尽可能减少前角的大小,但不要出现“负前角”,降低外圆处刀尖切削性能,增大切削杀热。
二、深孔切削
深孔是指孔的深度与直径的比大于5,甚至达到10以上的孔,其加工难度很大,主要有以下特点:
1.容易产生振动和让刀
因刀杆直径受孔的限制,故细而长,刚性差,加工时产生振动和钻头走偏,使孔端出现波纹、喇叭口,从而影响产品质量。
2.排屑困难
由于麻花钻地容屑空间小,排屑困难,易划伤已加工表面,且刀具磨损加剧,并且稍有疏忽,就会造成切屑在孔中堵塞,使钻头损坏甚至钻头折断在孔中,取出困难,使工件报废。
3.注意加工观察
加工过程中不能之间观察切削情况,只能听声音、看排屑、凭手感来判断钻削是否正常,因此质量难以控制。
4.冷却液不易进入加工部位,不能有效散热。工作环境的变化,严重影响钻削质量。
加工深孔最为先进是采用专用设备、工装和钻头,如单刃排屑枪钻、多刃内排喷吸钻和套料深孔钻等。为了保证质量,在没有专用设备和专用刀具的情况下,就必须想办法,采取一些工艺措施,或者在刀具上下功夫,针对使用刀具进行改进:
1.钻头的刃磨
如采用传统的钻头,应把钻头的顶角角度由原来的118°±2°改成135°~140°,钻头直径在5~50mm时,横刃该磨成0.3~1.3mm,钻头直径小的选小值,钻头直径大的选大值。为了克服锥柄部分无容屑槽的弊病,可将这段直径在磨床上将直径磨小0.5~1mm。这样,即使钻头折断在孔内也容易取出。
2.钻头长度不够可在钻柄后焊接直径相同或略小一些的钻杆,但一定要在焊接后进行整体的磨削,以保证焊接钻杆与原钻柄同心,使用起来不发生摆动,影响钻削的直径精度,常用于小批量的深孔加工。
3.小径深孔加工的钻头
这种钻头的柄部为薄壁异型钢管,直径略小于孔径,与钻头的柄部焊接,钻尖偏离中心0.8mm,在加工时能与圆柱孔同心的圆锥面,它与钻头背面圆弧同时起导向作用,使钻头的切入有良好的直线性。其尖角形钻刃还能起到分屑的作用。钻头的切削部分有小孔与钻柄相通,可以将冷却液送至切削区,起到很好的冷却作用,同时,用120°的凹面把切屑排出,这样就不必频繁地退出钻头排屑,提高了工作效率,适用于大批量的零件深孔加工。
4.单刃深孔钻这种钻头比较完善,有较长的导向部分,能有效地保证加工质量。导向部分与工件孔壁的接触弧长,略大于半圆周长,导向性能非常好。另外,它具有不大的倒锥度,可以减少于孔壁的摩擦。
5.用深孔钻钻孔时,除应遵循一般的钻孔规律外,还应注意以下几点:
(1)用中心钻钻中心孔,以保证深孔起钻时有稳定的定心。
(2)冷却液的压力要稳定,否则会引起钻头振动。
(3)随时观察排屑情况,发生切屑堵塞时,应立即退出钻头排屑,以免发生事故。
(4)工件夹持要牢靠,绝对不得发生转动,否则会使钻头损坏,甚至引起钻头折断和工件报废。
通过生产地验证,经过改进后的特殊钻头,在使用中能较好的改善切削环境,在加工中对钻头的过量磨损,从而增强了钻头的耐用性、稳定性,且使用方便,综合合格率大大提高,充分满足了大批量生产的要求,且创造了良好的经济效益。