張學(xué)海 白宏博 孫新宇 梁 琪

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司,內(nèi)蒙古 包頭 041030)

在專用量具的修理與制造中,很多量規(guī)采用的是可調(diào)節(jié)測量頭,可以通過調(diào)整墊片厚度或增加相應(yīng)厚度的薄墊片來調(diào)節(jié)量規(guī)的尺寸,因此涉及到超薄墊片的制作,墊片厚度在0.05～3mm之間,用薄板群鉆鉆0.1mm以下的超薄板時(shí),會(huì)出現(xiàn)卷邊及毛刺較大的問題,影響零件的加工質(zhì)量。

1 麻花鉆簡介

1.1 麻花鉆的結(jié)構(gòu)

麻花鉆由柄部、頸部、工作部分組成,工作部分又包括切削部分和導(dǎo)向部分(如圖1所示)。

柄部:鉆孔時(shí)用于對鉆頭的夾持定心及傳遞扭矩和軸向力,分為直柄和莫氏錐柄兩種。一般直柄鉆頭的直徑<13mm,莫氏錐柄鉆頭的直徑均在13mm以上。

頸部:用于刻印鉆頭的直徑、材料牌號及制造廠商標(biāo),在加工鉆頭的螺旋槽時(shí)用來退刀。工作部分:包含切削部分和導(dǎo)向部分。切削部分在鉆孔時(shí)起主要的切削作用;導(dǎo)向部分在鉆孔時(shí)用于引導(dǎo)鉆頭,同時(shí)也是切削部分的備用部分,其螺旋槽又是排屑通道。

圖1 (a)錐柄;(b)直柄

1.2 麻花鉆的優(yōu)點(diǎn)

鉆頭螺旋槽形成的前刀面一般不需要刃磨;鉆頭上的兩條刃帶在孔內(nèi)起到導(dǎo)向作用,使鉆孔軸線不易歪斜;鉆頭的切屑部分與柄部成倒錐狀,減少刀具與孔壁的摩擦;切削時(shí),雙刃對稱,受力平衡,不易產(chǎn)生振動(dòng);通用性好,且市場價(jià)格相對低廉。

1.3 麻花鉆的缺點(diǎn):

鉆頭橫刃較長,橫刃的前角為負(fù)值(-55°-60°)。鉆孔時(shí)橫刃處于擠刮狀態(tài),產(chǎn)生的軸向抗力較大,溫度升高較快;橫刃過長不利于鉆頭定心,鉆孔時(shí),易將鉆孔中心引偏,致使加工孔的位置偏移;橫刃過長還會(huì)導(dǎo)致 鉆孔時(shí)鉆頭產(chǎn)生抖動(dòng)和搖擺,致使加工孔的孔徑增大、孔型不圓或孔的軸線歪斜等。

標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆主切削刃上各點(diǎn)處的前角數(shù)值相差太大。鉆頭外緣處主切削刃的前角約為+30°;而接近鉆心處,前角約為-30°,近鉆心處前角過小,造成切屑變形大,切削阻力大,摩擦嚴(yán)重,導(dǎo)致麻花鉆切削部分溫度升高,影響刀具使用壽命。

標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的刀尖角處刀刃強(qiáng)度較薄弱,鉆孔時(shí),該處的在切削過程中線速度又最高,因此,鉆頭刀尖角處的磨損較快。尤其在鑄鐵上鉆孔,磨損特別嚴(yán)重。

標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的副后角為零度,刃帶較寬,造成副后刀面與孔壁摩擦較大,致使孔的加工表面粗糙度較大。

鉆削加工過程是半封閉加工。鉆孔時(shí),主切削刃全長同時(shí)參加切削,切屑較寬;而各點(diǎn)切屑的流出方向和速度各異,切屑呈螺卷狀,而容屑槽尺寸又受鉆頭本身尺寸的限制,因而排屑困難,切削液也不易注入切削區(qū)域,冷卻和散熱不良,導(dǎo)致麻花鉆切削部分溫度升高,影響刀具使用壽命。

2 麻花鉆鉆薄板時(shí)存在的問題

2.1 麻花鉆在鉆薄板時(shí)產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象的原因

用麻花鉆在薄板上鉆孔,當(dāng)鉆尖已鉆穿工件時(shí),鉆削時(shí)的軸向阻力會(huì)突然減小,機(jī)床因軸向阻力的減小產(chǎn)生的回彈力,使麻花鉆主切削刃突然扎入工件,留下的兩塊應(yīng)切除但還未切除的部分,間接起了導(dǎo)向鍵的作用,鉆頭的螺旋槽順著其已形成的導(dǎo)向鍵迅速滑下。這就是薄板鉆削過程中的“扎刀現(xiàn)象”。

2.2 產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象的后果

產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象會(huì)造成以下幾種后果,如圖2所示。定心不良,鉆孔時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng),導(dǎo)致鉆出的孔形不圓,孔底毛刺較大;鉆孔時(shí)易扎刀,產(chǎn)生撕扯現(xiàn)象,把工件孔拉壞;若工件強(qiáng)度較高時(shí),產(chǎn)生扎刀后,憋住鉆頭,會(huì)造成鉆頭折斷,出現(xiàn)安全事故。

圖2 扎刀后的撕裂現(xiàn)象

3 薄板群鉆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 薄板群鉆的鉆削原理

將薄板群鉆的切削部分磨成如圖3所示形狀。該鉆頭又稱為三尖鉆,在鉆削過程中,利用短橫刃定心,兩外緣處刀尖在薄板上劃圓的原理對薄板零件進(jìn)行鉆削。其主要特點(diǎn)是:主切削刃外緣磨成鋒利的刀尖;外緣刀尖處與鉆尖的高度差為0.5～1.5mm。

圖3 薄板群鉆

這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:在鉆削過程中,鉆頭尚未鉆穿薄板,兩切削刃外緣刀尖已在工件上切出一條圓環(huán)槽。這不僅起到了良好的定心作用,同時(shí)對所加工孔的圓整和光滑均取得了良好的效果,并且不會(huì)引起“扎刀“現(xiàn)象。

3.2 薄板群鉆加工過程存在的問題

圓弧槽較淺為0.5～1.5mm,造成圓弧刃參與切屑的刀刃長度較長,對零件的切削力較大,在加工厚度為0.1mm以下的材料時(shí),容易造成零件變形,甚至撕裂。

頂角為110°,在加工厚度為0.1mm以下的材料時(shí),鉆頭鉆心處為負(fù)前角切削,零件的切削軸向抗力較大,容易造成定心不穩(wěn)及零件變形。

兩主切削刃外緣處刃尖角為40°,刀尖部位非常尖銳,極易磨損或崩刃。

4 超薄板群鉆的磨制

針對薄板群鉆在薄板加工中存在的問題,要解決超薄板零件的加工,必須要改善薄板群鉆的切削方式,因此對薄板群鉆切削角度進(jìn)行改變和優(yōu)化,如圖4所示。

圖4 超薄板群鉆

將主切削刃與橫刃之間磨出2～3毫米的圓弧槽,減小了圓弧刃參與切削的刀刃長度,對零件的切削力相應(yīng)減少,零件不易發(fā)生變形;頂角改為60°～90°,減小了切削軸向抗力,同時(shí)提高了定心的穩(wěn)定性和定心精度;刃尖角改為25°～35°,減小刃尖角,減小了刀具切入材料的橫截面積 ,以此降低鉆孔時(shí)的切削阻力;在主切削刃外緣刀尖處磨制0.5～1mm的短外刃,將原刃尖角的頂端改為70°～90°,這樣刀尖部位實(shí)體材料增加強(qiáng)度得到大幅提升,避免了快速磨損和崩刃。

5 超薄板群鉆的鉆削要點(diǎn)

切削速度一般在8～10m/min;進(jìn)給量為0.02mm/r;用臺(tái)鉆鉆孔時(shí),鉆速不用過高,一般為400 r/min,以免出現(xiàn)安全事故;超薄板在鉆孔時(shí),一定要固定牢靠;材料要平整,不得有褶皺、翹曲等現(xiàn)象,鉆削時(shí),在固定牢靠后,可用手輔助壓平板料。

6 效果對比

在生產(chǎn)實(shí)踐過程中,采用標(biāo)準(zhǔn)薄板群鉆加工薄板孔的過程中存在定心不穩(wěn)、零件變形甚至撕裂、鉆頭極易磨損和崩刃等問題,致使鉆孔的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都不是很高?，F(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)薄板群鉆的切削角度進(jìn)行改進(jìn),提高了薄板零件在加工過程中定心精度,有效地控制了零件的變形,大幅提升了薄板鉆孔的質(zhì)量和效率,如圖5所示,同時(shí)解決了薄板群鉆極易磨損和崩刃的問題。

圖5 超薄板群鉆與薄板群鉆加工孔對比

7 結(jié)論

在生產(chǎn)中要解決超薄板零件的加工,必須要改善薄板群鉆的切削方式,通過多年的實(shí)踐和總結(jié),針對薄板群鉆在薄板加工中存在的問題,對薄板群鉆切削角度進(jìn)行了改進(jìn)創(chuàng)新,磨制出超薄板鉆頭,采用超薄板鉆頭鉆孔實(shí)現(xiàn)了厚度為0.1mm以下材料的孔加工,可獲得較高精度和較好表面質(zhì)量的孔,在設(shè)備修理、模具、夾具的修理和制造中應(yīng)用效果顯著,完成了正常加工方法無法保證的各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù),不但有效提升了加工質(zhì)量,還取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,經(jīng)測算平均提高效率4倍以上。