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一种钻削30×3mm不锈钢管的新型群钻

文章作者: 人气: 发表时间:2021-04-06 09:09:19

在机械加工中,钻削加工通常选用标准麻花钻头作为主要切削刀具。但在钻削不锈钢管时会经常发生钻头快速磨损、切削部位退火、切削力加大、摩擦噪声增大等现象,为此需要反复修磨钻头,严重影响生产效率。提出了一种新型高效、长寿的新型群钻的应用,适用于摇臂钻床或车床上钻削不锈钢管

在机械加工中,钻削加工通常选用标准麻花钻头作为主要切削刀具。但在钻削不锈钢管时会经常发生钻头快速磨损、切削部位退火、切削力加大、噪声增大等现象,为此要反复修磨钻头,严重影响生产效率,增加加工成本。针对上述问题设计了一种钻削不锈钢管的新型群钻,其特点是定心准、排屑好、散热快、可以进行大走刀、钻头寿命长,适合在钻床、车床上使用。

一般情况下,在钻孔前除根据加工要求选择好钻头材料外,还要合理选择刀具几何角度和切削用量,要克服标准麻花钻的缺点有两条途径:①在制造钻头时改变其结构参数和材料;②对其切削刃进行修磨,改变切削角度,提高切削性能,这种方法简单易行,收效也很显著。

某产品的零件其材料为马氏体型不锈钢热轧板,外圆直径为3m,厚度30mm,表面分布有一千多个中50mm通孔。在选择高速钢材料的标准麻花钻头进行钻削时,经常会发生钻头快速磨损、切削部位退火、切削力加大、噪声增大等现象。按照上述解决思路,将高速钢材料的标准麻花钻头重新磨削,通过对钻头的切削角度做较大的修改,磨出分屑槽等形状,设计了适合钻削不锈钢管的新型群钻。

1钻削加工特点

1.1标准麻花钻的缺陷

目前国内生产的标准麻花钻,切削部分由两条主切削刃和一条横刃构成。主要几何角度有锋角24、螺旋角B、前角y、后角a和横刃斜角/等,其前角在外缘处最大,自外缘向中心逐渐减小,靠近钻心处为负值;其后角根据直径的不同一般在8~14°左右。标准麻花钻在结构上存在许多缺点,钻削时后刀面与工件间摩擦严重,钻削时阻力很大,切削条件较差,根据使用情况其主要存在下列缺陷。

1)主切削刃上前角变化很大,在外缘处为30°,前角过大,刀刃强度较差,而接近钻心处前角又过小(接近-30°);钻削中挤压严重,切削条件很差。

2)横刃长,又有很大的负前角,挤刮严重,切削条件极为恶劣,轴向抗力大,定心不好。

3)主切削刃太长,切屑宽,各点切屑流出的速度相差很大,螺旋形切屑占有空间大,排屑不顺畅,冷却液难以注入切削区。

4)由于钻头副后角为零,而外缘处切削线速度又最大,棱边与孔壁摩擦严重,产生热量多,散热条件差,故沿主切削刃的磨损不均匀,外缘处磨损最快。

5)横刃的前、后角与主切削刃的后角密切相关,相互制约,但不能分别控制。

1.2群钻的优点

群钻是针对标准麻花钻的设计缺陷,经过合理修磨改变其几何角度,从而提高其切削性能的一种先进钻头。基本型的群钻是在两条主切削刃上磨出两条对称的月牙槽,形成圆弧刃,将标准麻花钻的“一尖三刃”.切削形式变成“三尖七刃”的切削形式,其与标准麻花钻比较具有下列优点。

1)钻削轻快省力。因前角增大,横刃经修磨后窄而尖,轴向力下降35%~50%,扭矩下降10%~30%

2)可以加大进给量,生产效率提高3~5倍。

3)钻头耐用度高。因群钻刃形比较合理,分屑好,排屑顺利,散热条件好。一般情况下钻头耐用度可提高3~5倍。

4)定心作用好。因群钻磨出对称的月牙槽,在钻削时受力分布合理,因此孔不易钻偏,孔壁的表面质量好,精度高。

2新型群钻的介绍

随着机械行业的发展,新材料的不断出现,标准麻花钻的切削角度越来越不适应生产的需求,为此,出现了很多高效、长寿、优质、安全的新型群钻2。这些新型群钻是根据传统基本型群钻的修磨原理,结合零件材料和加工条件等因素来确定其切削刃的形状和几何角度,下面介绍一种适合钻削不锈钢管的新型群钻。

2.1几何角度的选择

不锈钢管又黏又硬,韧性很大,加工硬化趋势强,导热性差,在切削加工中属于难切削的金属材料范畴。由于不锈钢具有高硬度、高强度等材料特性,钻削时切削温度较高,刀刃容易磨损,甚至烧坏刀刃,所以其前角宜选大些;为了增加钻头强度,减少切削时后刀面与工件间摩擦,后角宜选择较小值。具体做法是将标准麻花钻磨成双重锋角,形成双重锋刃,前4/5部分主切削刃角度为120°±2°,后1/5部分的辅切削刃角度为88±2°;在主切削刃上磨出非对称的圆弧形R分屑槽,在后刀面上对称磨出副后角,距离切削刃2mm,其角度为20°;修磨横刃长为2mm,刃带宽度修磨为原来的1/2。钻头锋角度大小可根据不锈钢管的硬度来确定,材料偏硬可选较大角度,材料偏软可选较小的角度。具体结构如图1所示,修磨的具体要求如下。

1)修磨主切削刃。在钻头主切削刃处磨出双重锋角,形成双重锋刃,前4/5部分主切削刃角度为24,后1/5部分的辅主切削刃角度为21

2)修磨横刃H。沿钻头主后刀面的背棱刃将原来的横刃磨短到2mm,横刃两端磨出对称的小月牙形弧面,使钻心处的主切削刃上形成两条内直刃。

3)修磨主后刀面。在主后刀面上,距离主切削刃2mm处对称磨出副后角a1

4)修磨棱边B(副切削刃)。沿钻头外缘处的副后刀面方向修磨棱边,将棱边磨到原来宽度的一半,长度一般在1.5~5mm

5)修磨分屑槽。在钻头的前刀面和后刀面上分别磨出半圆弧形分屑槽,两条主切削刃上分屑槽的位置必须错开,分屑槽半径R必须大于进给量。

2.2切削用量的选择

在钻削时根据不锈钢的切削加工性,正确选择切削用量非常重要。笔者通过对标准麻花钻有关参数的不断改进和试验,掌握了麻花钻在钻削不锈钢时的几何形状及角度等工艺参数。加工的基本原则是在机床允许的条件下,综合考虑钻头的强度、耐用度等因素,进给量尽量选大值,但切削速度不宜太快,并选择合适的冷却润滑剂。一般钻头直径在5~50mm的切削用量为:转速n=200~320r/min,进给量f=0.2~0.4mm/r,线速度v=5~30m/min,冷却液为10%~20%极压乳化液或含氯的切削油,其中转速应随着钻头直径的增大而取较小值,而进给量可随着钻头直径的增大而取较大值。

2.3应用效果

2010年开始在加工中使用该新型群钻技术,按照钻削一个p50mm、深30mm的孔,用标准麻花钻需要4min左右,使用上述新型群钻并采用相应的工艺参数,只需要1min左右,钻孔效率提高了3倍多。标准麻花钻在钻削约20个孔左右就会出现严重磨损,切削力明显加大,而使用新型群钻修磨一次可以连续钻削约120个孔,被加工孔的精度高,表面质量好。该技术的推广使用,不仅保证了产品质量,提高了生产效率,而且降低了加工成本,在科研生产中取得了良好的经济效益。现场实际应用情况如图2所示。通过在产品零件加工中群钻的使用特点如下。

1)有圆弧形分屑槽,排屑好,可以进行大走刀;

2)切削刃加长,散热好,提高刀具寿命;

3)磨出副后角可减小后刀面的摩擦,有利于刀具冷却;

4)横刃短,定心准,轴向力小;

5)刃带宽度变窄,减小刀具与工件摩擦。

3结论

上述介绍的思路和工艺方法具有通用性,可推广到其它难切削的金属、非金属材料和不同工艺特性情况下的加工中,并为今后加工类似零件提供了解决方法和借鉴。