超高強(qiáng)度鋼深長成形盲孔高效鉆削加工

■ 中航飛機(jī)股份有限公司長沙起落架分公司 （湖南 723200） 文 庚 李運(yùn)龍 鐘 麗

我公司用的超高強(qiáng)度鋼A 1 0 0（23Co14Ni12Cr3MoE）具有抗拉強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)良特點(diǎn)，被廣泛用于飛機(jī)起落架承力結(jié)構(gòu)件上，但其切削性能較差，屬于難加工材料。對于一體類零件，在深長盲孔加工時(shí)，采用分段鉆削的傳統(tǒng)加工方法，因傳統(tǒng)的高速鋼鉆頭磨損快且沒有成形R鉆頭，加之只能采用外部冷卻的方法，在加工過程中，必須不斷的退刀人工進(jìn)行排屑及刃磨鉆頭，故對于表面粗糙度值Ra≤3.2μm的深長盲孔（底面為帶R的型面）的加工是生產(chǎn)中的一大難題。

本文通過對超高強(qiáng)度鋼材料的切削性能分析和起落架上具體零件加工試驗(yàn)，選用一款非標(biāo)鉆頭，進(jìn)行一系列的鉆削試驗(yàn)表明，其工藝效果良好，有效解決了上述問題。

1. 超高強(qiáng)度鋼材料的特性及加工性能

（1）超高強(qiáng)度鋼的特性。超高強(qiáng)度鋼A100具有高淬透性、超高強(qiáng)度、優(yōu)良的橫向塑性、斷裂韌度、抗疲勞性能等良好的綜合機(jī)械性能。但其切削性能較差，并且對應(yīng)力集中（缺陷）敏感和氫脆較敏感。

（2）超高強(qiáng)度鋼切削性能。超高強(qiáng)度鋼在深孔加工中，不易斷屑，鉆頭磨損快，最容易產(chǎn)生月牙洼磨損，隨著月牙洼磨損的擴(kuò)大，刀刃將產(chǎn)生崩缺或燒損，切削抗力大，切削振動(dòng)大，幾乎每加工一個(gè)零件至少要刃磨一次鉆頭，增加了深長成形盲孔的加工難度，在加工圖1所示類零件時(shí)，加工效率及其低下并且加工的內(nèi)孔質(zhì)量較差。

2. 深孔鉆頭的選用及非標(biāo)刀頭的設(shè)計(jì)

圖1 被加工部位示意圖

如圖1所示，被加工部位為L＞10×D孔，因普通高速鋼鉆頭無法進(jìn)行充分冷卻，導(dǎo)致鉆頭會(huì)因發(fā)熱等劇烈磨損而影響加工精度，排屑不利會(huì)造成切屑堆積擠壓導(dǎo)致切傷內(nèi)孔造成環(huán)形溝槽缺陷或直接導(dǎo)致孔徑尺寸超差，嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量，所以必須在加工過程中不斷的退刀，以便人工進(jìn)行排屑，加之在整個(gè)加工中因鉆頭磨損需要不斷的刃磨鉆頭，耗時(shí)耗力的同時(shí)也對工人的個(gè)人加工素質(zhì)、技術(shù)水平有很高的要求，影響生產(chǎn)進(jìn)度。而KSEM系列鉆頭，在加工中產(chǎn)生C狀切屑，采用內(nèi)冷方式，不易堆積切屑，而且加工精度好，生產(chǎn)效率高，比普通高速鋼鉆頭加工效率高3倍以上。

KSEM系列鉆頭在加工上述零件產(chǎn)品時(shí)配有三種類型的刀片，在設(shè)計(jì)上有以下特點(diǎn)：

（1）將過去的一體式高速鋼鉆頭改為可換刀片式鉆頭，如圖2所示，一體式鉆頭在加工中，一旦刀頭磨損嚴(yán)重，整個(gè)刀具就只有報(bào)廢，KSEM系列鉆頭不僅輕松解決了上述問題，而且更換刀頭方便。如圖3所示，裝配刀片時(shí)，只需將帶有螺紋孔（無凸臺(tái)）的刀片與刀座表面貼合好，并用扳手鎖緊刀片即可；更換刀片時(shí)只需逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖緊扳手直到刀片松開。

圖2 KSEM鉆頭

（2）刀片分為用于預(yù)鉆中心孔的KSEM PCM標(biāo)準(zhǔn)鉆頭刀片（短刀桿）和用于后續(xù)加工的KSEM HPLM標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀片（長刀桿）以及在加工上述零件產(chǎn)品直接設(shè)計(jì)帶有R型面的非標(biāo)硬質(zhì)合金刀片（長刀桿）。

用于預(yù)鉆中心孔的K S E M PCM 刀片，如下圖4所示，采用了150 o鉆尖角度設(shè)計(jì)，保證后續(xù)鉆頭加工時(shí)切削平穩(wěn)，并且不會(huì)發(fā)生引偏，刀削刃不會(huì)崩刃；刀片采用最新的HP技術(shù)，結(jié)合材質(zhì)KC1735進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，大大延長了鉆頭的使用壽命。

圖3 鉆頭安裝示意圖

用于后續(xù)繼續(xù)加工的KSEM HPLM硬質(zhì)合金刀片，如圖5所示，采用140°鉆尖角度設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于能更好的與之前所打中心孔定位基準(zhǔn)重合，保證孔的加工精度，采用較小的前角，改善鉆頭的散熱條件和增強(qiáng)刀刃的強(qiáng)度。

用于加工R型面的非標(biāo)硬質(zhì)合金刀片，在原有KSEM HPLM硬質(zhì)合金刀片的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，使其更夠直接達(dá)到生產(chǎn)所需的型面要求，一次成形（見圖6），大大提高了生產(chǎn)效率。

3. 工藝裝備要求

（1）在加工路線方面，必須先用配有KSEM PCM標(biāo)準(zhǔn)鉆頭刀片的短鉆頭預(yù)鉆中心孔（可保證在后續(xù)加工時(shí)鉆尖重合，達(dá)到更高的鉆削精度），保證最小深度tz＞2D（見圖7），再用配有KSEM HPLM硬質(zhì)合金刀片的長鉆頭進(jìn)行后續(xù)加工直面部位，最后用配有帶有R型面的非標(biāo)硬質(zhì)合金刀片的長鉆頭加工內(nèi)孔的型面部位。一般不能使用普通的鉆頭刀片作為中心鉆，如遇特殊情況使用普通中心鉆時(shí)，則需降低原有切削速度及進(jìn)給量，以原有一半為宜。

圖4 KSEM PCM 刀片

圖5 KSEM HPLM硬質(zhì)合金刀片

圖6 R型面的非標(biāo)硬質(zhì)合金刀片

圖7 預(yù)制中心孔

（2）設(shè)備要求：必須使用自帶內(nèi)冷系統(tǒng)臥式加工中心，對于刀柄：只能使用與其配套的符合內(nèi)冷要求的刀柄。

（3）切削液的選擇：對于高強(qiáng)度鋼材料，可選擇水溶性、低油霧切削液，推薦使用FUCHS（福斯）金屬加工液。

4. 深長成形盲孔鉆削試驗(yàn)分析

試驗(yàn)件為某型號(hào)起落架里某零件毛坯，其局部具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為A100鋼，鉆削加工φ26mm、長346mm的深長盲孔底部帶有R5mm的型面，長徑比約為13∶1，內(nèi)孔及型面粗糙度均為Ra=3.2μm；試驗(yàn)使用臥式加工中心，主要使用如圖8所示鉆頭，鉆削工藝為：預(yù)鉆中心孔→加工孔徑直面部位→加工型面部位，切削液選用FUCHS。

試驗(yàn)過程中，切削速度為500～600r/min，進(jìn)給速度為80～100mm/min，通過后續(xù)大量零件產(chǎn)品加工，我們得到經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

圖8 KSEM鉆頭

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)速為600r/min、切削速度為80mm/min時(shí)，鉆孔效果最為理想，可得到光亮的C狀切屑，方便切屑直接由內(nèi)冷系統(tǒng)吹出，同時(shí)切削過程平穩(wěn)，刀具壽命較好。

（2）在合理的工藝參數(shù)下，鉆削過程平穩(wěn)，振動(dòng)較小，但當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)磨損時(shí)，鉆削過程容易振動(dòng)，影響產(chǎn)品加工的表面質(zhì)量。大量試驗(yàn)證明，在合理的切削參數(shù)下，一片刀片至少可以加工20～25件零件，總深度達(dá)到6 900～8 600mm。

（3）孔徑尺寸穩(wěn)定，變化較小，被加工表面粗糙度等也滿足產(chǎn)品要求。

5. 結(jié)語

通過該深孔鉆削工藝，成功解決了某型號(hào)起落架某零件批量高效生產(chǎn)加工的問題，改變了傳統(tǒng)加工方式，減少了工人繁瑣的操作過程，同時(shí)也減少了人為因素造成產(chǎn)品超差率，最重要的是加快了生產(chǎn)流程，同時(shí)極大地提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也保質(zhì)保量地按時(shí)完成了節(jié)點(diǎn)任務(wù)，保證各項(xiàng)交付任務(wù)等順利進(jìn)行。