改進薄板群鉆切削角度提高超薄板零件的加工質量*

張學海 白宏博 孫新宇 梁 琪

(內蒙古第一機械集團股份有限公司,內蒙古 包頭 041030)

在專用量具的修理與制造中,很多量規采用的是可調節測量頭,可以通過調整墊片厚度或增加相應厚度的薄墊片來調節量規的尺寸,因此涉及到超薄墊片的制作,墊片厚度在0.05～3mm之間,用薄板群鉆鉆0.1mm以下的超薄板時,會出現卷邊及毛刺較大的問題,影響零件的加工質量。

1 麻花鉆簡介

1.1 麻花鉆的結構

麻花鉆由柄部、頸部、工作部分組成,工作部分又包括切削部分和導向部分(如圖1所示)。

柄部:鉆孔時用于對鉆頭的夾持定心及傳遞扭矩和軸向力,分為直柄和莫氏錐柄兩種。一般直柄鉆頭的直徑<13mm,莫氏錐柄鉆頭的直徑均在13mm以上。

頸部:用于刻印鉆頭的直徑、材料牌號及制造廠商標,在加工鉆頭的螺旋槽時用來退刀。工作部分:包含切削部分和導向部分。切削部分在鉆孔時起主要的切削作用;導向部分在鉆孔時用于引導鉆頭,同時也是切削部分的備用部分,其螺旋槽又是排屑通道。

圖1 (a)錐柄;(b)直柄

1.2 麻花鉆的優點

鉆頭螺旋槽形成的前刀面一般不需要刃磨;鉆頭上的兩條刃帶在孔內起到導向作用,使鉆孔軸線不易歪斜;鉆頭的切屑部分與柄部成倒錐狀,減少刀具與孔壁的摩擦;切削時,雙刃對稱,受力平衡,不易產生振動;通用性好,且市場價格相對低廉。

1.3 麻花鉆的缺點:

鉆頭橫刃較長,橫刃的前角為負值(-55°-60°)。鉆孔時橫刃處于擠刮狀態,產生的軸向抗力較大,溫度升高較快;橫刃過長不利于鉆頭定心,鉆孔時,易將鉆孔中心引偏,致使加工孔的位置偏移;橫刃過長還會導致 鉆孔時鉆頭產生抖動和搖擺,致使加工孔的孔徑增大、孔型不圓或孔的軸線歪斜等。

標準麻花鉆主切削刃上各點處的前角數值相差太大。鉆頭外緣處主切削刃的前角約為+30°;而接近鉆心處,前角約為-30°,近鉆心處前角過小,造成切屑變形大,切削阻力大,摩擦嚴重,導致麻花鉆切削部分溫度升高,影響刀具使用壽命。

標準麻花鉆的刀尖角處刀刃強度較薄弱,鉆孔時,該處的在切削過程中線速度又最高,因此,鉆頭刀尖角處的磨損較快。尤其在鑄鐵上鉆孔,磨損特別嚴重。

標準麻花鉆的副后角為零度,刃帶較寬,造成副后刀面與孔壁摩擦較大,致使孔的加工表面粗糙度較大。

鉆削加工過程是半封閉加工。鉆孔時,主切削刃全長同時參加切削,切屑較寬;而各點切屑的流出方向和速度各異,切屑呈螺卷狀,而容屑槽尺寸又受鉆頭本身尺寸的限制,因而排屑困難,切削液也不易注入切削區域,冷卻和散熱不良,導致麻花鉆切削部分溫度升高,影響刀具使用壽命。

2 麻花鉆鉆薄板時存在的問題

2.1 麻花鉆在鉆薄板時產生扎刀現象的原因

用麻花鉆在薄板上鉆孔,當鉆尖已鉆穿工件時,鉆削時的軸向阻力會突然減小,機床因軸向阻力的減小產生的回彈力,使麻花鉆主切削刃突然扎入工件,留下的兩塊應切除但還未切除的部分,間接起了導向鍵的作用,鉆頭的螺旋槽順著其已形成的導向鍵迅速滑下。這就是薄板鉆削過程中的“扎刀現象”。

2.2 產生扎刀現象的后果

產生扎刀現象會造成以下幾種后果,如圖2所示。定心不良,鉆孔時產生抖動,導致鉆出的孔形不圓,孔底毛刺較大;鉆孔時易扎刀,產生撕扯現象,把工件孔拉壞;若工件強度較高時,產生扎刀后,憋住鉆頭,會造成鉆頭折斷,出現安全事故。

圖2 扎刀后的撕裂現象

3 薄板群鉆的結構特點

3.1 薄板群鉆的鉆削原理

將薄板群鉆的切削部分磨成如圖3所示形狀。該鉆頭又稱為三尖鉆,在鉆削過程中,利用短橫刃定心,兩外緣處刀尖在薄板上劃圓的原理對薄板零件進行鉆削。其主要特點是:主切削刃外緣磨成鋒利的刀尖;外緣刀尖處與鉆尖的高度差為0.5～1.5mm。

圖3 薄板群鉆

這種結構的優點是:在鉆削過程中,鉆頭尚未鉆穿薄板,兩切削刃外緣刀尖已在工件上切出一條圓環槽。這不僅起到了良好的定心作用,同時對所加工孔的圓整和光滑均取得了良好的效果,并且不會引起“扎刀“現象。

3.2 薄板群鉆加工過程存在的問題

圓弧槽較淺為0.5～1.5mm,造成圓弧刃參與切屑的刀刃長度較長,對零件的切削力較大,在加工厚度為0.1mm以下的材料時,容易造成零件變形,甚至撕裂。

頂角為110°,在加工厚度為0.1mm以下的材料時,鉆頭鉆心處為負前角切削,零件的切削軸向抗力較大,容易造成定心不穩及零件變形。

兩主切削刃外緣處刃尖角為40°,刀尖部位非常尖銳,極易磨損或崩刃。

4 超薄板群鉆的磨制

針對薄板群鉆在薄板加工中存在的問題,要解決超薄板零件的加工,必須要改善薄板群鉆的切削方式,因此對薄板群鉆切削角度進行改變和優化,如圖4所示。

圖4 超薄板群鉆

將主切削刃與橫刃之間磨出2～3毫米的圓弧槽,減小了圓弧刃參與切削的刀刃長度,對零件的切削力相應減少,零件不易發生變形;頂角改為60°～90°,減小了切削軸向抗力,同時提高了定心的穩定性和定心精度;刃尖角改為25°～35°,減小刃尖角,減小了刀具切入材料的橫截面積 ,以此降低鉆孔時的切削阻力;在主切削刃外緣刀尖處磨制0.5～1mm的短外刃,將原刃尖角的頂端改為70°～90°,這樣刀尖部位實體材料增加強度得到大幅提升,避免了快速磨損和崩刃。

5 超薄板群鉆的鉆削要點

切削速度一般在8～10m/min;進給量為0.02mm/r;用臺鉆鉆孔時,鉆速不用過高,一般為400 r/min,以免出現安全事故;超薄板在鉆孔時,一定要固定牢靠;材料要平整,不得有褶皺、翹曲等現象,鉆削時,在固定牢靠后,可用手輔助壓平板料。

6 效果對比

在生產實踐過程中,采用標準薄板群鉆加工薄板孔的過程中存在定心不穩、零件變形甚至撕裂、鉆頭極易磨損和崩刃等問題,致使鉆孔的質量和生產效率都不是很高。現對標準薄板群鉆的切削角度進行改進,提高了薄板零件在加工過程中定心精度,有效地控制了零件的變形,大幅提升了薄板鉆孔的質量和效率,如圖5所示,同時解決了薄板群鉆極易磨損和崩刃的問題。

圖5 超薄板群鉆與薄板群鉆加工孔對比

7 結論

在生產中要解決超薄板零件的加工,必須要改善薄板群鉆的切削方式,通過多年的實踐和總結,針對薄板群鉆在薄板加工中存在的問題,對薄板群鉆切削角度進行了改進創新,磨制出超薄板鉆頭,采用超薄板鉆頭鉆孔實現了厚度為0.1mm以下材料的孔加工,可獲得較高精度和較好表面質量的孔,在設備修理、模具、夾具的修理和制造中應用效果顯著,完成了正常加工方法無法保證的各項生產任務,不但有效提升了加工質量,還取得了較好的經濟和社會效益,經測算平均提高效率4倍以上。