帶內(nèi)冷卻鉆鉸一體刀具的研制

孫成建，張 昆，李曉峰

（1.沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，遼寧 沈陽110034；2.沈陽航天新樂有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110034）

為解決鑲齒類合金刀具刀片在高速切削時刀片過燒易脫落的問題，使得合金刀具在準(zhǔn)5 mm以下小直徑的制造有新突破，因此采用整體硬質(zhì)合金材料制造鉆鉸復(fù)合刀具。

此鉆鉸一體復(fù)合刀具兼具了鉆頭與鉸刀的雙重加工能力，既有鉆頭的加工效率又有鉸刀的加工精度。用來加工鈦合金材料零件起到了事半功倍的效果，極具推廣價值。

1 制造鉆鉸一體復(fù)合刀具的意義

為了改善刀具的質(zhì)量，提高刀具對鈦合金零件的加工能力，研制了準(zhǔn)4 mm及以下小直徑整體硬質(zhì)合金鉆鉸復(fù)合刀具，填補了鑲嵌式合金刀具在小直徑范圍為內(nèi)的空白，并且提高刀具的加工效率和延長刀具的使用壽命，提高孔加工的同軸度及圓度。

2 鉆鉸復(fù)合刀具的設(shè)計

2.1 刀具材料的選擇

選用廈門金鷺硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的GU20硬度HRa91.8，帶兩個30°螺旋內(nèi)冷卻孔的硬質(zhì)合金棒。

2.2 刀具切削參數(shù)的選擇

2.2.1 螺旋角ω

螺旋角ω是指鉆頭外圓柱面展開，螺旋線與軸線之間的夾角。ω角不僅決定刀具的前角，而且影響排屑。考慮被加工材料的切削能力及ω的幾何角度特性，復(fù)合刀具的螺旋角選擇為35°。

2.2.2 不等分螺旋槽

復(fù)合刀具選擇183.5°與176.5°的不等分螺旋槽，一邊鉆孔，一邊鉸孔，螺旋槽底為R1.3的R型槽底，增加了排屑的能力，寬刃背起到了支撐的作用，提高了刀具在切削過程中的穩(wěn)定性。

2.2.3 頂角2ψ

為了使刀具刀尖與被加工材料由一點接觸向頂角大的圓錐面過度，迅速增大刀具與被加工材料的接觸面積，提高刀具的定心性，刀具的頂角為140°。

3 鉆鉸一體復(fù)合刀具的加工難點

針對鈦合金的材料性能，對鉆鉸復(fù)合刀具的鉆頭部分的螺旋角、螺旋槽形狀、前角、后角等刀具幾何參數(shù)作以改進，并且需要用數(shù)控磨床加工刀具的刃部型面，而且需要該復(fù)合刀具鉆孔鉸孔一步完成，因此，對鉆頭的橫刃修磨提出了更高的要求。

鈦合金的變形系數(shù)小于或接近于1，切削變形系數(shù)小，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速了刀具的磨損。合金棒料帶螺旋內(nèi)冷卻孔給加工帶來了更大的難點，在進行加工前需要數(shù)控模擬刀具的走刀形式，測量模擬后刀具形狀的尺寸，并且要計算出砂輪的入刀點。

4 復(fù)合刀具的加工

編制正確、科學(xué)的加工工藝，可以降低成本，提高生產(chǎn)效率。為了節(jié)約鈦合金的加工時間，提高刀具的加工效率，研制鉆鉸復(fù)合一體的硬質(zhì)合金刀具，可采用粗精加工一次完成。復(fù)合刀具在加工鈦合金時，一邊進行切削加工一邊進行已加工孔表面的光度修磨工作，起到了鉆頭、鉸刀多步驟協(xié)作加工的作用。

4.1 砂輪參數(shù)的選擇的依據(jù)

加工硬質(zhì)合金棒料，選用1A1、4F1、11V9金剛石砂輪來加工復(fù)合刀具，其線速度為25 m/s。選取此種速度加工出來的刀具，其表面光潔度好，砂輪的磨損程度最小。

考慮到施力博格機床的性能及硬質(zhì)合金的加工特點，被加工材料的轉(zhuǎn)速選定為300 rpm，砂輪的切削深度0.5 mm，通過線速度公式并且參考機床的加工能力，參考實際情況最后選定砂輪的線速度為25 m/s。

4.2 砂輪入刀點的確定

選擇一個合理的砂輪入刀點，有效地避讓開合金棒的內(nèi)冷卻孔，使得刀具的走刀形式在符合自身螺旋溝槽的條件下，又符合合金棒的螺旋曲線。

在選擇入刀點時，要考慮到砂輪的擺角范圍，夾持工件A軸的旋轉(zhuǎn)角度，當(dāng)砂輪的偏擺角度一旦定下來后，砂輪就只能沿著自身軸線作圓周運動，要再次調(diào)整砂輪切削的入刀點只能依靠轉(zhuǎn)動A軸旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)。

4.3 復(fù)合刀具的加工方法

4.3.1 金剛石砂輪的型號選擇

復(fù)合刀具螺旋溝槽槽底R為1.3 mm，不能一次加工完全，故選擇1A1和4F1(R0.75)兩種砂輪協(xié)作加工。槽底R1.3需要4F1兩次磨制完成加工。1A1具有P面和F面，刃部開槽需要選擇F面進行粗開槽，再由4F1修磨出螺旋溝槽的底部R。切削角需要修磨兩側(cè)選擇11V9。

4.3.2 砂輪參數(shù)的選擇

（1）砂輪的擺角只有與復(fù)合刀具的螺旋角一致才可以加工出圖紙要求的螺旋溝槽。

（2）砂輪直徑：準(zhǔn)50 mm。

（3）線速度：25 m/s。

（4）砂輪擺角（與刀具螺旋角一致）為35°。

4.3.3 探測砂輪

在加工刀具時先選擇砂輪的型號、砂輪直徑，測砂輪與中心距離，采用探測棒探測砂輪加工面與回轉(zhuǎn)軸距離，當(dāng)砂輪貼合標(biāo)準(zhǔn)探測棒時，機床控制面板上自動顯示距離數(shù)值，記錄機床坐標(biāo)的A0點，此點做為以后加工的加工原點。

4.3.4 刀具參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)圖紙選擇數(shù)控磨床控制面板上的刀具參數(shù)，在刀具加工的主界面內(nèi)輸入：齒數(shù)2，鉆尖角140°，前角0°，后角輸入14.5°，刃長選項輸入25mm，槽深輸入1.3 mm，鉆鉸復(fù)合刀具的實心直徑輸入為準(zhǔn)0.96 mm，在開槽界面內(nèi)輸入不等螺旋槽角度183.5°與176.3°。

4.3.5 加工步驟與方法

由于刀具的刃部直徑比較小，加工時易出現(xiàn)問題，從工藝安排及被加工材料性能入手，提出了刀具加工的方法。

（1）磨刃部直徑

刀具的直徑為準(zhǔn)5.9因此選擇毛料直徑為準(zhǔn)6的合金棒材；刃部直徑是準(zhǔn)4，選用1A1磨外圓，A軸300 mm/min。

（2）開槽

選用1A1 T=10型號砂輪的開槽面面加工刀具的端面；選用4F1 R=0.75型號砂輪修磨刀具螺旋溝槽槽底R。由于刀具具有不等分螺旋槽，在選擇開槽角度及砂輪每次的入刀點選擇都需要特別注意。

（3）磨刃背刃帶

選擇1A1 T=10型號砂輪的修磨面修磨刀具的刃背。刀具在鉆頭的刃背f=0.3上又接連一個支撐刃帶f=0.8，只起到支撐的作用不參與切削，磨削時要注意區(qū)分。

（4）磨切削角

選擇1A1 T=10型號砂輪的開槽面加工切削角，磨削刀具頂角2ψ時，一定過刀具的中心，保持兩側(cè)切削刃長度均等，刀具在切削鈦合金時，兩側(cè)切削刃同時受力，在加工孔時穩(wěn)定不易發(fā)生鉆偏現(xiàn)象，保證加工出孔的同軸度與圓度。

（5）磨橫刃

修磨刀具的橫刃選擇11V9 70°型號碗型砂輪磨刀具橫刃。橫刃對刀具的影響比較大，直接影響到刀具的定心性及導(dǎo)向性，用數(shù)控磨可以很好地控制橫刃的過刀具中心對稱及橫刃長度的對稱。

（6）切削數(shù)字模擬

在所有的刀具幾何參數(shù)、砂輪型號及切削參數(shù)都設(shè)置好后，還需要進行刀具的切削模擬，等模擬顯示成品刀具的三維形狀后，可以觀測模擬三維圖形的完整與否再修改各個參數(shù)的設(shè)置。如果有修改，再進行模擬，直到完全符合要求為止。

（7）模擬通過加工

模擬成功后就可以進行加工了，送生產(chǎn)處試驗檢測，再次對所選擇格刀具參數(shù)進行優(yōu)化，彌補機器自動選擇帶來的偏差。檢測完全合格后就可以進行大批量的生產(chǎn)了。同時，在刀具加工時保證冷卻油的充分供給。

5 結(jié)束語

此刀具的優(yōu)點在于加工效率高，采用內(nèi)冷卻形式，排屑效果好，加工孔的精度高能到到H7以上，采用整體硬質(zhì)合金材料大大提高了刀具孔的數(shù)量及質(zhì)量；節(jié)約加工成本，提高了鈦合金材料的可加工性能及加工質(zhì)量，發(fā)揮了專用于加工鈦合金材料刀具的優(yōu)越性。采用數(shù)控磨床加工很好的控制了產(chǎn)品的一致性及可換性。

[1]航空工藝裝備設(shè)計手冊編寫組.航空工藝裝備設(shè)計手冊-量具設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[2]航空工藝裝備設(shè)計手冊編寫組.航空工藝裝備設(shè)計手冊-刀具設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[3]袁哲俊，等.金屬切削刀具[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1992.