新型高效深孔加工刀具研制

左偉彬，劉 虹，王蘭萍

（1. 哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 哈爾濱市香華高密封軸承廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械工業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展壯大。由于生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)形勢(shì)、生產(chǎn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的要求也不斷地提高，對(duì)刀具生產(chǎn)廠家提出了新的課題。在機(jī)械行業(yè)中，隨著高精設(shè)備、高科技領(lǐng)域產(chǎn)品生產(chǎn)量的加大，對(duì)孔加工刀具的需求量也不斷加大，尤其深孔加工刀具的市場(chǎng)占有率將越來越大。

2 深孔加工的特點(diǎn)及使用情況

所謂深孔加工就是孔深與孔徑比大于10的孔，而加工此孔的刀具即為深孔刀具。其特點(diǎn)是：加工中不能直接觀察刀具的切削情況，只能憑聲音、輔助裝置及切削來判斷刀具在加工中磨損打刀情況，由于孔深切削路線長，使得排屑困難，切削熱不易擴(kuò)散，切削熱集中，刀尖處的切削溫度不得超過400℃～600℃,另外，由于孔徑的限制不能有足夠剛性的鉆桿，細(xì)而長的鉆桿可能造成所加工的孔偏斜。為此我們企業(yè)自80年末—— 90年代以來，已經(jīng)先后研制生產(chǎn)了硬質(zhì)合金B(yǎng)TA單齒深孔鉆、噴射鉆、DF 子流深孔鉆、硬質(zhì)合金槍鉆、硬質(zhì)合金槍鉸刀等。這些深孔刀具基本上滿足了當(dāng)時(shí)國內(nèi)用戶的使用要求，一些廠家現(xiàn)在仍然使用著此類產(chǎn)品。但隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)中對(duì)深孔鉆削刀具需求量的增大，特別是一些大型電站鍋爐，化工設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)產(chǎn)值的不斷增加，此前所提供的產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了要求了，為此這些廠家只好花費(fèi)大量的資金從國外購進(jìn)新型的深孔鉆頭，以完成生產(chǎn)加工，而這種刀具的價(jià)格非常昂貴，這也相應(yīng)增加了這些企業(yè)的生產(chǎn)成本。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，幾大廠家從國外購進(jìn)的此類刀具要花費(fèi)8千到1億元左右。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以往生產(chǎn)的深孔鉆其形式如圖1 所示。

DF深孔鉆頭結(jié)構(gòu)由一個(gè)切削齒、兩個(gè)導(dǎo)向齒組成，切削齒磨削出三層分削臺(tái)，鉆頭在鉆削時(shí)切屑的分屑靠三層刃來完成，由此形成的深孔鉆頭在鉆削時(shí)，1處刃所形成的負(fù)前角，切削刃不是有效斷屑，而是靠擠壓切削來完成工作，因此鉆削時(shí)其抗力較大，就造成了切削加工中不是很暢快，切屑易發(fā)生堵塞情況，因而加工速度不能太高，加工效率較低。為處理好切削中的阻力大的問題，鉆頭中心處附近就必須有一良好的切削刃來完成較好的切削。為此對(duì)原來的DF深孔鉆進(jìn)行了如圖2 所示的改進(jìn)。此鉆頭切削刃由三個(gè)切削齒組成：外齒1、中心齒2和中間齒3，鉆頭的中心齒與外齒形成了反向排列。中心齒磨削出良好的斷屑臺(tái)，形成有效的切削，解決了過去深孔鉆心附近負(fù)角擠壓切削而產(chǎn)生較大抗力的問題。外齒與中心齒之間的空檔切削由中間齒來完成。同時(shí)三個(gè)齒相互完成好各自的切削，很好地解決了切削加工中的切屑分層問題。這種深孔鉆在鉆削中切削輕快，加工精度高，由于可選擇較高的切削轉(zhuǎn)數(shù)及進(jìn)給量，大大地提高了生產(chǎn)效率，解決了以前生產(chǎn)周期長、完不成進(jìn)度、拖延產(chǎn)品交貨期等問題。

圖1 DF深孔鉆

圖2 改進(jìn)后的深孔鉆

4 生產(chǎn)工藝

改進(jìn)后的深孔鉆從根本上解決了以往DF深孔鉆存在的問題。新型深孔鉆加工難度非常大，其主要原因是中心齒是反向釬焊在鉆頭刀體上的，釬焊后無法再進(jìn)行磨削加工，只有中心齒在釬焊之前完成切削齒的全序加工。由于鉆頭的尺寸較小，刀齒之間加工時(shí)相互影響，為此，其他兩齒相應(yīng)的也只有在釬焊之前完成幾何尺寸的加工。過去深孔鉆切削齒的加工是將刀片毛坯釬焊在鉆體上再完成各項(xiàng)磨削加工，而今刀片必須在焊前完成，因此對(duì)合金刀片加工精度，鉆體刀槽的銑削精度要求就提高了。如果刀齒、刀槽的加工精度達(dá)不到要求，刀齒釬焊在刀體上以后就會(huì)出現(xiàn)偏斜，幾何參數(shù)、幾何角度達(dá)不到鉆頭的要求。切削刃尺寸高于中心或低于中心過多，就會(huì)造成鉆削時(shí)鉆頭鉆不進(jìn)去、打刀、刀齒破碎、鉆削壽命低等現(xiàn)象。對(duì)于三個(gè)刀齒的加工，制作了專用的刀片磨削夾具，角度磨削在專用的高精度專用磨床上完成，所使用的砂輪都是專用的成型訂制砂輪，各項(xiàng)尺寸參數(shù)的檢驗(yàn)，由高精度的光學(xué)顯微鏡和檢具來控制保證。合金刀片的毛坯特殊定制。根據(jù)不同用戶的使用要求，訂制國外或國內(nèi)的刀片，其切削性能完全滿足用戶的加工要求。而對(duì)鉆體刀槽的加工，采用了專用的數(shù)控工具銑床，加工中有專用的成型銑刀和專用的檢測(cè)工具，保證了刀槽尺寸精度及三個(gè)刀槽相互之間的位置關(guān)系。

新型深孔鉆另一重點(diǎn)攻關(guān)難題就是釬焊問題，由于刀具結(jié)構(gòu)尺寸小、三個(gè)切削齒與兩個(gè)導(dǎo)向齒之間的距離較近，像過去焊接逐個(gè)完成，這里是行不通的。要保證釬焊后的質(zhì)量即釬焊后的三個(gè)切削齒的尺寸精度，釬焊過程中必須時(shí)間要短，迅速將三個(gè)切削齒及兩個(gè)導(dǎo)向齒同步焊接完成，這在以往的釬焊操作中是無法做到的。通過多次試驗(yàn)摸索并與焊接專家咨詢請(qǐng)教，我們與焊接制造廠共同開發(fā)并由他們制作了專用焊接機(jī)，這種焊接機(jī)采取了等料、等溫的加工工藝，其生產(chǎn)效率高，焊接精度準(zhǔn)確，焊接后具有產(chǎn)品清潔、焊接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了新型深孔鉆的釬焊要求。任何刀具的使用好壞，其刀具的定位、連接作用的影響也是很大的，新型深孔鉆鉆體定位采用兩個(gè)定位環(huán)一個(gè)端面的定位方式，連接采用四頭方牙螺紋。此定位連接方式達(dá)到了裝夾迅速、定位準(zhǔn)確的要求。新型深孔鉆鉆體定位環(huán)，螺紋的加工是在專用的數(shù)控機(jī)上進(jìn)行，保證了各項(xiàng)尺寸的精度及所有鉆體加工尺寸的一致性和互換性，使用戶使用時(shí)每支鉆頭安裝更換后保證刀具的同一位置不變。

5 結(jié)束語

新型深孔鉆的研發(fā)成功，對(duì)國內(nèi)深孔加工起到了積極推動(dòng)作用，為用戶節(jié)省了大量資金，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為刀具行業(yè)發(fā)展上新臺(tái)階奠定了基石。