套料空心鉆工藝設計及應用技術研究

■中信重工機械股份有限責任公司 （河南洛陽 470031） 付 薇 申明付

套料空心鉆工藝設計及應用技術研究

■中信重工機械股份有限責任公司 （河南洛陽 470031） 付 薇 申明付

摘要：套料空心鉆的制造質量直接影響套料的使用效果和生產效率。要保證套料空心鉆的質量，就要研究套料空心鉆的工藝設計。本文對套料空心鉆的工藝設計作了詳細的研究，通過對比應用，不但解決了套料空心鉆的質量問題，而且還提高了其使用壽命。

近幾年來，大直徑軸類回轉件加工較多，這些軸類工件的質量要求都比較高，尤其是要求保證機械性能。這就需要在軸本體上取樣，做機械性能試驗，檢驗軸的機械性能是否滿足設計要求。在軸本體上取樣，使用的是套料空心鉆。套料空心鉆規格不一，根據取樣的規格，選取套料空心鉆。目前，我公司使用最多的規格是φ45mm的套料空心鉆。

套料空心鉆的制造，在使用過程中出現破碎現象較多。一個較好的套料空心鉆一般只能取3～4個試樣，而普通的套料空心鉆只能取1～3個就會出現破碎。浪費很大，生產效率較低。對此，根據存在的問題，改進工藝設計，提高制造質量，滿足使用效果，提高使用壽命。通過現場試驗，多次改進，較好地解決了套料空心鉆的制造質量，應用效果較好，使用壽命也提高了3倍左右。

目前，改進后的套料空心鉆工藝設計已經得到了推廣應用，不僅保證了質量，還提高了使用壽命。

1. 套料空心鉆介紹

（1）技術背景。大型軸類零件一般都有機械性能要求。為了檢測零件是否達到了要求的機械性能，需要在軸類零件上套取試棒，用來做機械性能試驗。試棒的套取，使用的是套料空心鉆。軸類零件材質一般是中碳合金結構鋼，如34CrMo1A、30CrNi2Mo及42CrMo等，鍛件狀態，硬度為220～260HRC。套取試棒是盲孔加工，排屑不暢，不利于刀具的切削，切屑也加劇了刀具的磨損，嚴重時甚至擠壓刀具，致使刀具破損。

套料空心鉆的材質是高速鋼，一般牌號是W6Mo5Cr4V2，采用鹽浴淬火，刃部硬度為62～65HRC，其他部位硬度為30～35HRC。為了增加套料空心鉆的耐磨性，選擇鈷高速鋼，牌號是M42，熱處理后刃部硬度為65～67HRC，實際硬度比一般高速鋼高2倍以上。

（2）設計特點。套料空心鉆采用整體高速鋼的設計思路，材質是鈷高速鋼，牌號是M42，熱處理后刃部硬度為65～67HRC，具體結構設計和特點如圖1所示。切削刃共有4個刃，2個尖刃，2個平刃，并且要求尖刃必須高出平刃（1.5±0.1）mm。2個尖刃為φ43mm，2個平刃為φ45mm。

圖1　套料空心鉆示意圖

（3）套料空心鉆的工藝設計改進特點。①熱處理前使用專用鉆模鉆攻3-M8，不但要保證端面到孔中心距離，而且要保證3個頂絲孔在360o等分，這點十分重要，目的是要套料空心鉆不但定位準確，而且要受力均勻，防止扭曲及產生不平衡力矩（見圖2）。②為了保證設計要求的刃部淬火硬度為65～67HRC，其余硬度為30～35HRC，淬火分兩個階段，第一階段鹽浴淬火，保證刃部淬火硬度為65～67HRC；第二階段采用的辦法是在高頻加熱裝置+回火爐完成，保證其余硬度要求30～35HRC。此過程重點控制兩個過渡區域的硬度，以防應力集中，是保證套料空心鉆最關鍵的一道工序。③淬火后的內磨精加工，主要是保證內錐孔要與定位孔同心，工藝設計專用裝夾胎具，一次裝夾，完成內錐孔和定位孔的內磨加工（見圖3），使用專用測量塞規檢測（見圖4）。④刃口磨削，使用工具磨磨削前刃和后刃，并設計了專用裝夾心軸（見圖5），內孔用來孔定位，3個頂絲頂緊，刃磨的重點是保證齒的等分、相對兩齒等高及相鄰兩齒高度差（1.5±0.1）mm。

圖2　專用鉆模示意圖

圖3　專用內磨裝夾胎具示意圖

圖4　專用內磨測量塞規示意圖

圖5　工具磨專用裝夾心軸示意圖

（4）使用情況。套取材料分別為工件一：鍛件，30CrNi2Mo 、220～260HBW；工件二：鍛件，30CrNiMo、220 ～260HBW；試用時間：2014 年7月15日；套料空心鉆：規格φ45mm；材質：M42；使用機床：ZJ9225 套料鉆床。

（5）使用結果。工件一：設定切削參數和以前使用的切削參數基本一致，機床轉速為80r/min，進給量為0.08mm/r 。成功套取6根試棒后觀察刀具，發現輕微磨損，磨損量約0.1mm左右，切削平穩，沒有異常情況。

工件一完成后，換工件二，考慮工件一比較平穩，沒有異常情況，因此切削參數沒有改變，仍是轉速80r/min，進給量為0.08mm/r ，又成功套取7根試棒，切削平穩，但有異常聲響。檢查磨損情況，約0.3mm左右，需要重磨刃口后再用。

2. 使用結果分析

（1）原來套料空心鉆的材質是W6Mo5Cr4V2，采用鹽浴淬火，刃部硬度為62～65HRC，其他部位硬度為30～35HRC。正常情況下，一個鉆頭最多能套取3～4根試棒，若經常套取一根試棒就會有1～3個套料空心鉆破損。

（2）目前改進后的套料空心鉆材質是M42，采用鹽浴淬火，刃部硬度為65～67HRC，其他部位硬度為30～35HRC。在切削參數相同情況下，切削較穩定，可以套取試棒10個以上，壽命提高3倍以上。

（3）從改進后的使用效果可以看出，套料空心鉆材質要選擇適當，選用含鈷的高速鋼替代普通高速鋼，可以提高硬度，還可以提高耐磨性；工藝設計也很重要，通過改善工藝設計，保證了質量；重要的是結合裝夾的實際使用情況，控制套料空心鉆在工

作時受力均衡，避免了因受力不均導致的破損情況。

3. 結語

通過對該套料空心鉆的工藝設計改進、應用分析，可以看出影響套料空心鉆使用效果的主要因素有：其本身的材質、熱處理對刃口硬度的控制、裝夾部位硬度及過渡區域不能有應力集中等。工藝設計不但要考慮圖樣本身的設計要求，更重要的是要考慮使用狀態、裝夾情況等，從而提高生產效率，提高套料空心鉆的使用壽命，同時大大降低生產制造成本。

收稿日期：（20141108）