提高使用數控鑽床加工(gōng)閥門(mén)零件(jiàn)的孔

閥門(mén)是現代工(gōng)業、農業能源、化工(gōng)、冶金、熱(rè)力及日(rì)常生(shēng)活的易耗産品，爲了擴大(dà)市場占有率，因此如(rú)何提高閥門(mén)的生(shēng)産效率，降低生(shēng)産成本正是各閥門(mén)公司迫在眉睫的要解決的問(wèn)題。閥門(mén)的機(jī)械加工(gōng)主要是閥體(tǐ)和閥瓣的車削類加工(gōng)和鑽镗類加工(gōng)，而其中鑽孔約超過整個加工(gōng)工(gōng)時的1/2，我公司針對以上情況進行分(fēn)析比較：

表1

從(cóng)（表1）可(kě)以看(kàn)出車削類加工(gōng)已經達到了較高的效率，如(rú)再要提高相(xiàng)對比較困難，而鑽镗類加工(gōng)的效率比較低，有較大(dà)提高的可(kě)能，因此，我公司就(jiù)鑽镗類加工(gōng)進行了多次試驗，使得(de)孔類零件(jiàn)的加工(gōng)效率有了明顯的提高。下面我分(fēn)别對不同要求的孔進行對比，分(fēn)析和改進：

一．關于IT14級要求的孔的表2

圖1

圖2

Pcr = p2EI /（µ*l）2……………………………………………(公式1)

我們先來(lái)看(kàn)一下以下實例： 

工(gōng)件(jiàn)材料：A105鍛件(jiàn) 加工(gōng)内容：鑽孔32-Φ51深125 加工(gōng)設備：龍門(mén)

數控鑽

床 加工(gōng)工(gōng)效：100元/小時 硬質合金方案 刀杆費用：2500元 刀片費用：34元/次 推力5500N 扭距120Nm 麻花鑽方案 鑽頭費用：150元 推力14439N 扭距203N-m 

從(cóng)以上實例我們可(kě)以看(kàn)出采用'硬質合金U鑽'鑽孔的效率是'高速鋼麻花鑽'鑽孔的 4.7倍，單位零件(jiàn)加工(gōng)成本下降 73%。在其它切削試驗中也相(xiàng)類似的結果，目前'硬質合金U鑽'以是加工(gōng)中心中的鑽孔刀具。

下面我對 '高速鋼麻花鑽'（見(jiàn)圖1）和'硬質合金U鑽'（見(jiàn)圖2）進行討(tǎo)論：

"U 鑽"由于采用不重磨螺釘固定式刀片，在加工(gōng)零件(jiàn)時刀杆不會縮短(duǎn)，因此，它的長度同"高速鋼麻花鑽"相(xiàng)比要短(duǎn)得(de)多（它不需要留刃磨餘量），根據壓杆的穩定性原理(lǐ)(見(jiàn)公式1)，僅長度減短(duǎn)使其臨界壓力Pcr約爲麻花鑽的1.5倍以上,因此"U鑽"的剛性要比"高速鋼麻花鑽"好得(de)多，正是由于這一點，"U鑽"所加工(gōng)的孔的表面質量和鑽孔的位置精度都(dōu)要比"高速鋼麻花鑽"好得(de)多，也正是由于它的高剛性設計(jì)，用"U鑽"鑽孔時不需要用"中心鑽"定位，節約了加工(gōng)時間，提高了加工(gōng)效率，降低了生(shēng)産成本。也正是由于它的高剛性設計(jì)，它還(hái)适合于加工(gōng)小斜面上的孔和凸型及凹型面上的孔。

根據壓杆的穩定性原理(lǐ)，壓杆類零件(jiàn)的臨界壓力:

其中µ爲系數，對于U鑽，µ=2

從(cóng)切削受力方面分(fēn)析"硬質合金U鑽" 與"高速鋼麻花鑽"切削特點,"U鑽"由于采用了不重磨螺釘固定式刀片，對于不同的加工(gōng)材料，我們可(kě)以選擇不同的刀片材質和不同的卷屑槽型，從(cóng)而改變了刀具的切削刃的切削角度，并且通過刀體(tǐ)上的刀坑的角度的變化使得(de)内外刀刃的切削角度發生(shēng)變化，從(cóng)而使鑽心處有比"高速鋼麻花鑽"更有利的切削角度，從(cóng)而降低了鑽頭的軸向力，（根據刀具樣本提供的數據約爲麻花鑽的2/5），由（公式1）可(kě)知，這樣提高了它鑽孔時的剛性。 "高速鋼麻花鑽"爲了在鑽孔時不偏離(lí)位置，需要在正确位置預鑽中心孔，并且要求操作(zuò)工(gōng)有具有相(xiàng)當的磨鑽頭的能力，否則無法将孔鑽直。而"U鑽"對操作(zuò)工(gōng)就(jiù)沒有這方面的技能要求，它在刀體(tǐ)設計(jì)時就(jiù)以采用了力平衡設計(jì)。 "U 鑽"的刀片可(kě)以根據不同的加工(gōng)材料和熱(rè)處理(lǐ)狀态選擇刀片的材質和切削槽形，以獲得(de)穩定的鐵屑形狀并在内冷(lěng)卻液的作(zuò)用下順利地排出孔外，從(cóng)而獲得(de)較好的表面質量,同時也由于通過對鐵屑形狀的控制并有内冷(lěng)卻液鐵屑順利地排出孔外，"U鑽"的刀體(tǐ)設計(jì)可(kě)以縮小排屑槽，從(cóng)而程度地提高刀體(tǐ)的剛性。 從(cóng)刀具的結構上分(fēn)析"硬質合金U鑽" 與"高速鋼麻花鑽"切削特點：其切削刃爲"硬質合金"，衆所周知硬質合金具有相(xiàng)當高的硬度及具有相(xiàng)當高的紅(hóng)硬性，又因爲"U鑽"的刀片是不重磨螺釘固定式刀片，它不需要釺焊，刀片不發生(shēng)退火(huǒ)現象，更有利于保持刀片原有的硬度，因此用它制成的刀具具有相(xiàng)當高的切削速度（100~350m/min），這是高速鋼刀具所無法比拟。同樣由于"U鑽"的刀片的及具有高的紅(hóng)硬性因此這種刀片也具有相(xiàng)當高的，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速鋼刀具，因此減少了換刀具的時間，提高了

機(jī)床

的利用率，同樣由于其刀片爲不重磨刀片，減少了操作(zuò)工(gōng)磨鑽頭的時間，也減少了重複對刀的時間，從(cóng)而提高了機(jī)床的利用率。 由于"U鑽"的加工(gōng)精度較低，直徑分(fēn)級較大(dà)，無法用于螺紋底孔的加工(gōng)，而閥門(mén)加工(gōng)決離(lí)不開螺孔，爲了解決"U鑽"鑽螺紋孔的要求，我們還(hái)可(kě)以通過在"U鑽" 刀柄部加上一個偏心套筒，使得(de)刀具能在-0.2~+0.5mm之間調整，從(cóng)而解決了大(dà)于M16螺紋底孔的加工(gōng)，提高了生(shēng)産效率，降低生(shēng)産成本。 "U鑽"的缺點：

刀體(tǐ)較貴。 較淺，不超過5倍直徑。 機(jī)床一般需有内冷(lěng)卻。

二．關于IT10級要求的孔加工(gōng)和直徑小于Φ12的鑽孔

圖3

對于直徑小于Φ12的鑽孔加工(gōng)過去(qù)都(dōu)采用中心鑽定位，再用麻花鑽鑽孔，這樣的生(shēng)産效率很低，我公司曾有一個零件(jiàn)要鑽6個Φ10.2深25盲孔，原用中心鑽定位，再用麻花鑽鑽孔，共要加工(gōng)9分(fēn)鍾，針對這一情況，我們同刀具供應商一起討(tǎo)論，最終采用了具有以下加工(gōng)特點的硬質合金鑽頭（見(jiàn)圖3）：

在平面上垂直鑽孔無需預鑽中心孔就(jiù)能達到定位精度小于0.02mm. 能達到較高的表面質量 高剛性的螺旋槽結構，有利于鐵屑的排出。 表面複合鍍層能減少刀具的磨損和積屑瘤的形成。 内冷(lěng)卻設計(jì)，使鐵屑排出。

經過這一改進，現加工(gōng)這一工(gōng)步隻需要3分(fēn)鍾，比原來(lái)提高了效率3倍，提高了生(shēng)産效率。

硬質合金鑽頭的缺點：

鑽頭較貴。 刃磨困難，要有磨床。 機(jī)床需有内冷(lěng)卻。

三．複合刀具的發展及在閥門(mén)加工(gōng)中的應用：

複合刀具起源于階梯麻花鑽和成形刀具，用來(lái)加工(gōng)一些台階孔，由于當時主要采用高速鋼刀體(tǐ)磨制而成，在加工(gōng)碳鋼類零件(jiàn)時壽命尚可(kě)，但(dàn)在加工(gōng)奧氏體(tǐ)不鏽鋼時則壽命相(xiàng)當短(duǎn)，而且由于是定尺寸刀具，磨損後無法進行調整，隻得(de)将整個刀具報廢，因此無法在閥門(mén)加工(gōng)中推廣。 新一代複合刀具的崛起：随着硬質合金技術(shù)的發展，不重磨刀片的普及，現代化數控加工(gōng)中心的出現，爲了适應不斷提高的生(shēng)産力水平發展的需要，爲了提高生(shēng)産效率，不重磨刀片式的複合刀具發展起來(lái)， 不重磨刀片式的複合刀具在閥門(mén)加工(gōng)中的應用：衆所周知閥門(mén)一般都(dōu)有一個控制閥瓣啓閉的閥杆，而閥體(tǐ)上都(dōu)有通過閥杆的中口填料孔（如(rú)圖4），原采用角尺車模車削加工(gōng)，由于角尺車模離(lí)心力大(dà)，不能采用高速切削，生(shēng)産效率低，表面質量差，生(shēng)産質量不穩定。後我公司進行技術(shù)改進，将中口加工(gōng)放(fàng)到加工(gōng)中心加工(gōng)，采用常規刀具加工(gōng)（需要6件(jiàn)刀具）表面質量明顯提高，生(shēng)産質量也明顯提高，但(dàn)生(shēng)産效率還(hái)不夠理(lǐ)想，爲了進一步提高生(shēng)産效率，我們與刀具商合作(zuò)，定制了不重磨刀片式的複合刀具，則刀具數量減少到2件(jiàn)刀具，使換刀時間減少了2/3，生(shēng)産效率明顯提高。不重磨刀片式的複合刀具也有一些缺點，它是非标刀具，訂貨時間長，價格昂貴，隻适應大(dà)批量生(shēng)産而不适應小批生(shēng)産。爲了單件(jiàn)小批的生(shēng)産或新産品試制中，我們經常采用模塊化設計(jì)的刀具，它在範圍内能調整尺寸，完成加工(gōng)任務，以後又可(kě)再組裝成其它尺寸的刀具，它具有很大(dà)的靈活性。

上面是我對閥門(mén)零件(jiàn)的孔加工(gōng)的一些初步的膚淺的認識，我們應該根據具體(tǐ)不同的加工(gōng)情況，及數控鑽床條件(jiàn)，選擇合理(lǐ)的加工(gōng)方案以的效益。随着技術(shù)的不斷進步，新的加工(gōng)技術(shù)也會不斷出現，隻要我們能正确認識，合理(lǐ)使用，就(jiù)能從(cóng)中收獲。