李西濤，紀(jì)洪凱

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾 161002）

0 引言

淺孔鉆又叫U 鉆，底部配有出水孔，與普通鉆頭比具有很高的加工效率，在刀具穩(wěn)定性較高的情況下可加工5 倍于直徑的深孔，其特殊造形的切屑槽可順利無(wú)阻地排屑，由于淺孔鉆較普通鉆削加工優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代工業(yè)中得到較為普遍的使用。

1 產(chǎn)品工藝分析

鍛造鉤尾框（如圖1所示）是鐵路貨車的重要零件，由于所采用的材質(zhì)的特殊性，采用普通鉆鏜加工方法加工成本高、效率低，利用淺孔鉆的加工優(yōu)勢(shì)在鍛造鉤尾框的鉤尾銷孔進(jìn)行一次嘗試，取得事半功倍的效果。

圖1 鍛造鉤尾框

鍛造鉤尾框質(zhì)材質(zhì)為25MnCrNiMoA，鉤尾銷孔的直徑尺寸為φ92+0.87-0.36mm，兩側(cè)銷孔同軸度為φ0.45 mm，表面粗糙度為Ra12.5，單側(cè)壁厚60 mm，調(diào)制處理后的硬度241～311HBW。

1）鉤尾框經(jīng)鍛造后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其內(nèi)部組織發(fā)生了變化，調(diào)質(zhì)處理前材料的組織為珠光體和鐵素體，調(diào)質(zhì)后材料的組織為回火索氏體［1］。從鍛造鉤尾框的材質(zhì)和調(diào)制前后的組織變化情況分析，材質(zhì)易粘刀，采用普通的高速鋼刀具進(jìn)行加工，刀具磨損較快，耐用度低，批量生產(chǎn)精度難以保證，應(yīng)采用硬質(zhì)合金刀具。

3）采用普通鏜床加工，需要分兩工序加工完成，即先進(jìn)行鉆孔加工，然后再進(jìn)行鏜孔加工。優(yōu)點(diǎn)是可以保證孔的尺寸加工精度和兩側(cè)銷孔同軸度的要求；缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低。

針對(duì)上述分析，在保證鍛造鉤尾框鉤尾銷孔質(zhì)量前提下，滿足大批量生產(chǎn)的要求，又要減少加工設(shè)備的數(shù)量，降低操作強(qiáng)度和加工成本，鉤尾銷孔采用專用設(shè)備進(jìn)行加工。

2 加工刀具選擇及參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 刀具選擇

由于淺孔鉆在切削速度80 m/min 以上時(shí)，生產(chǎn)效率比麻花鉆高3～5 倍；加工質(zhì)量好，表面粗糙度能達(dá)到Ra3.2～Ra6.3。如果采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片，可以節(jié)約刀具更換的輔助時(shí)間；淺孔鉆必須采用內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，且壓力要充足，不僅保證了刀具的耐用度，而且還利于斷屑排除；除鉆孔加工外，還能實(shí)現(xiàn)鏜孔、锪孔的功能。通過分析，專機(jī)的鉆削加工刀具采用可轉(zhuǎn)位淺孔鉆。

2.2 參數(shù)選擇

可轉(zhuǎn)位淺孔鉆是一種高效率的內(nèi)冷卻孔加工刀具，適用于長(zhǎng)徑比小于4 的淺孔加工，鉆削速度可達(dá)70～125 m/min，進(jìn)給量可達(dá)0.1～0.2 mm/r；由于淺孔鉆的刀片形狀分為四邊形、三角形、等邊不等角六邊形、菱形和圓刀片形等形式。本次設(shè)計(jì)采用山特維克可樂滿880 等邊不等角六邊形刀片，速度為80 m/min，進(jìn)給量為0.15 mm/r。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可轉(zhuǎn)位淺孔鉆刀片結(jié)構(gòu)分為單刀片、多刀片、模塊式、分離式四種形式。其中單刀片適用孔的直徑范圍為12～16 mm；多刀片適用孔的直徑范圍為16～35 mm；模塊式適用孔的直徑范圍為35～80 mm；當(dāng)孔徑＞80 mm 采用刀頭與刀體分離式，中間用螺釘聯(lián)接。由于鍛造鉤尾框的鉤尾銷孔為φ92 mm，采用刀頭與刀體分離式結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

通過淺孔鉆和鏜刀塊復(fù)合在同一刀體上（如圖3 所示），為減少機(jī)床功率，即鉆銑不能同時(shí)加工，鏜刀與鉆頭之間距離應(yīng)大于60 mm，本次設(shè)計(jì)選擇65 mm，下面對(duì)兩動(dòng)力頭同時(shí)加工切入后的距離進(jìn)行分析，切入的實(shí)際距離為2×（60+5）＝130 mm＜180 mm（鉤尾銷孔內(nèi)側(cè)空刀距離），兩淺孔鉆加工時(shí)不能產(chǎn)生切削干涉現(xiàn)象。

圖2 淺孔鉆刀具結(jié)構(gòu)圖

圖3 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆加工示意圖

3 機(jī)床設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)床參數(shù)確定

通過上述切削參數(shù)的確定，即直徑d＝92 mm，切削速度Vc＝80 m/min，進(jìn)給量fc＝0.1 mm/r，利用山特維克計(jì)算器（如圖4）對(duì)機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)算，可以確定機(jī)床功率應(yīng)大于10 kW，主軸扭矩應(yīng)大于359 N·m，純加工時(shí)間為130 s，如果上下料及裝夾時(shí)間按180s 計(jì)算，鉤尾銷孔的加工節(jié)拍為5.2 min，按年基數(shù)為250 天（雙休雙班），一臺(tái)機(jī)床完全可以滿足8 000 輛/年的生產(chǎn)能力。

圖4 山特維克計(jì)算器

3.2 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)床采用雙側(cè)動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)，由床身、中間底座、2 個(gè)機(jī)械滑臺(tái)、2 個(gè)動(dòng)力頭、夾具系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等組成，如圖5 所示。

圖5 鉤尾銷孔加工組合機(jī)床示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

隨著加工行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)入了“高速、高效、智能、復(fù)合、環(huán)保”的階段，高速、高效的刀具應(yīng)運(yùn)用是降低成本、提高了生產(chǎn)效率、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的保證，通過淺孔鉆對(duì)鉤尾銷孔實(shí)例的應(yīng)用，為其他類似產(chǎn)品的孔加工提供了新的思路。

［1］呂震洲，韓建民，李衛(wèi)京，等.實(shí)時(shí)測(cè)溫技術(shù)確定熱處理工藝規(guī)范研究［J］.材料工程，2007（6）：39-42.