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高效復(fù)合中心鉆的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2014-1-18 來(lái)源：陜西法士特齒輪有限公司作者：唐永鵬

　　我公司加工生產(chǎn)的中間軸類零件端面有一種復(fù)合中心孔，其作用是為后序加工用做定位基準(zhǔn)和裝配用的螺紋孔。原加工方法生產(chǎn)效率低，燒刀問(wèn)題嚴(yán)重，精度難以保證，機(jī)床工時(shí)費(fèi)用高，不能充分發(fā)揮機(jī)床效能等問(wèn)題。近年來(lái)筆者針對(duì)加工材料為20CrMnTi （ 8620H） ,硬度為197 ~200HBW 軸類產(chǎn)品復(fù)雜的中心孔，摸索設(shè)計(jì)出了高效的復(fù)合中心鉆，有效地解決了此類問(wèn)題。

1. 原刀具存在的缺陷

　　此軸類工件如圖1 所示。孔口60°倒角起著軸類產(chǎn)品各道工序加工定位基準(zhǔn)的作用，孔精度直接影響軸的后序加工質(zhì)量，尤其對(duì)于彎曲及表面有缺陷的軸類毛坯件是至關(guān)重要的，關(guān)系到該工件是否有合適的加工余量。并且在加工中孔口倒角、臺(tái)階孔、螺紋底孔必須保證同心度要求，軸端面中心孔對(duì)軸在變速箱中安裝都很重要。

圖1 制件截形示意圖

　　原加工方法分兩道工序完成，一是先用圖2 所示中心鉆一次加工出孔口60°的倒角（用于軸后序加工的定位基準(zhǔn)）和？？17mm 臺(tái)階孔；第二道工序用鉆頭加工??14. 5mm 螺紋底孔。分兩道工序加工存在如下問(wèn)題：第一道工序，刀具加工出現(xiàn)斷屑困難，切屑容易纏繞在中心鉆60°的護(hù)錐處，影響了切削液流入鉆頭部位，切削區(qū)溫度高，很容易使鉆頭出現(xiàn)過(guò)熱，并很快磨損，大大地降低了鉆頭的壽命。且切屑易刮傷已加工表面，造成孔口倒角表面粗糙度值大，直接影響定位基準(zhǔn)精度要求。第二道工序，是用麻花鉆加工出？？14. 5mm 的孔，容易出現(xiàn)孔鉆偏現(xiàn)象，難以滿足孔同心度要求。

圖2

　　兩道工序存在時(shí)間長(zhǎng)，刀具損耗大，機(jī)床工時(shí)費(fèi)用高，不能使機(jī)床發(fā)揮最大效能的缺陷。尤其是在市場(chǎng)形勢(shì)一片大好，產(chǎn)品供不應(yīng)求的情況下是不可取的，這就需要探索更科學(xué)更合理的加工刀具簡(jiǎn)化工序，淘汰不科學(xué)的加工方法。

2. 高效復(fù)合中心鉆的設(shè)計(jì)

　　高效復(fù)合中心鉆加工分三部分，如圖3 所示，前刃部是采用兩刃式麻花鉆頭，中間刃部是加工臺(tái)階孔刃部，后刃部是加工孔口倒角刃部。

　　由于該中心鉆有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從而解決了以上述存在的缺陷。

圖3 高效復(fù)合中心鉆

1. 麻花鉆頭2. 臺(tái)階孔刃3. 孔口倒角刃

　　（ 1）中心鉆槽形采用兩種25°~30°的螺旋槽形式，E 槽和F 槽有利于排出切屑均制成螺旋曲面。切削刃分別分布在兩種容屑槽上，提高了螺旋槽的鋒利程度。14. 5mm 鉆頭前刀面B 面在F 螺旋槽上， 17mm 臺(tái)階孔切削刃C 面和60°的護(hù)錐切削刃A 面均在F 螺旋槽上。在初期試制時(shí)這兩處的前刀面都在F 槽上（見(jiàn)實(shí)物圖4） , 便出現(xiàn)了兩處切削部分排出的切屑發(fā)生干擾而雜亂的堆積在60°的護(hù)錐處，燒壞切削刃，大大降低了刀具的使用壽命。通過(guò)多次試制改進(jìn)中心鉆結(jié)構(gòu)，采用了E 槽和F 槽的形式后，排屑流暢，解決了燒刀問(wèn)題。

　　（ 2）中心鉆頭部設(shè)計(jì)成麻花鉆頭的形式，為了保持鉆頭強(qiáng)度和剛度，鉆頭兩主切削刃不通過(guò)鉆頭中心，而是互相平行并錯(cuò)開(kāi)而形成橫刃。不但提高了加工效率和減少工序，而且也大大地提高了中心鉆的鋒利程度，減少了加工過(guò)程中鉆頭與工件之間的摩擦力，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。

圖4

　　（ 3）在鉆頭的后刀面處磨出二次后角面，非常有利于斷屑（見(jiàn)圖3 所示D 面） .特殊的槽形可提高刀具的剛性，可以改善切削狀況，也有利于排出切屑。為了保護(hù)主切削刃，在切削刃上磨出倒棱，增加另一個(gè)倒棱保護(hù)鉆頭轉(zhuǎn)角和副切削刃。用特殊的結(jié)構(gòu)和切削刃幾何角度的鉆頭加工，有利于排出碎狀切屑。如果不斷屑就會(huì)出現(xiàn)排屑不利，從鉆頭F 容屑槽里出來(lái)長(zhǎng)的切屑與中心鉆護(hù)錐刃產(chǎn)生的切屑容易發(fā)生干擾，雜亂纏繞在中心鉆的護(hù)錐處，易燒壞護(hù)錐處的刃口，降低刀具的使用壽命，大大降低加工精度。

　　（ 4）軸端面中心孔一次加工出來(lái)，簡(jiǎn)化了工序，保證了中心孔的同心度要求，提高機(jī)床利用率，很大程度上降低了加工成本和刀具費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率。

　　3. 高效中心鉆的合理使用

中心鉆在使用過(guò)程中要根據(jù)所加工的工件材料、硬度等實(shí)際情況，合理選擇鉆頭的幾何參數(shù)和鉆削用量。

　　要控制在加工過(guò)程中刃口出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，切削速度不可過(guò)高，要提高潤(rùn)滑和充分冷卻效果。加工一定數(shù)量的工件后，要及時(shí)刃磨，確保鉆頭鋒利，不能使鉆頭過(guò)度磨損，以防燒壞切削刃而嚴(yán)重地影響鉆頭的壽命和加工孔的表面粗糙度。

　合理刃磨鉆頭對(duì)中心鉆的壽命有很大的影響，這種新型中心鉆其前端鉆頭相對(duì)其他部分刃口磨損較快。刃磨時(shí)注意： ①提高刀具刃磨質(zhì)量，保證各刀面有低的表面粗糙度值，一般要求Ra = 0. 4μm, 這樣可以減小切屑與前刀面和工件與刀具間的摩擦，保證生產(chǎn)效率和提高刀具壽命的有效措施。②刃磨刃口還必須將后刀面磨出一個(gè)大后角（ 8°~12°） , 否則就會(huì)出現(xiàn)鉆頭中心鉆各后刀面與工件嚴(yán)重摩擦和抗刀，不利于切削。③鉆頭主要刃磨兩個(gè)主后刀面，刃磨時(shí)除了保證頂角和后角的大小合適，還應(yīng)保證兩條主切削刃對(duì)稱，以防止孔徑擴(kuò)大和孔軸線不直，容易出現(xiàn)孔鉆偏。④修磨橫刃一般保證在0. 50 ~1mm, 以減小軸向抗力和擠刮現(xiàn)象，提高鉆頭的定心作用和切削的穩(wěn)定性。⑤該中心鉆在使用中主要是斷屑，根據(jù)實(shí)踐所得刃磨鉆頭保證橫刃長(zhǎng)0. 50 ~1mm時(shí)，在鉆頭后刀面磨出6°~8°的二次后角D 面（見(jiàn)圖3） .兩個(gè)后角面相交便出現(xiàn)一條棱邊，斷屑效果十分理想，便于斷屑后的碎切屑在切削液的沖擊下很容易從螺旋槽里排出來(lái)，避免了切屑雜亂卷繞在刀具上，以防止切屑堵塞而影響正常加工。

　　4. 結(jié)語(yǔ)

上述高效率復(fù)合中心鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其合理使用的方法，都是結(jié)合實(shí)踐不斷試制、不斷探索、不斷積累經(jīng)驗(yàn)所得。有效地保證中心孔精度要求，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。不但提高了機(jī)床的利用率，而且提高了刀具壽命，降低了刀具的損耗和刀具成本。

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