淺孔鉆在鍛造鉤尾框中的應用

李西濤，紀洪凱

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾 161002）

0 引言

淺孔鉆又叫U 鉆，底部配有出水孔，與普通鉆頭比具有很高的加工效率，在刀具穩定性較高的情況下可加工5 倍于直徑的深孔，其特殊造形的切屑槽可順利無阻地排屑，由于淺孔鉆較普通鉆削加工優勢，在現代工業中得到較為普遍的使用。

1 產品工藝分析

鍛造鉤尾框（如圖1所示）是鐵路貨車的重要零件，由于所采用的材質的特殊性，采用普通鉆鏜加工方法加工成本高、效率低，利用淺孔鉆的加工優勢在鍛造鉤尾框的鉤尾銷孔進行一次嘗試，取得事半功倍的效果。

圖1 鍛造鉤尾框

鍛造鉤尾框質材質為25MnCrNiMoA，鉤尾銷孔的直徑尺寸為φ92+0.87-0.36mm，兩側銷孔同軸度為φ0.45 mm，表面粗糙度為Ra12.5，單側壁厚60 mm，調制處理后的硬度241～311HBW。

1）鉤尾框經鍛造后進行調質處理，其內部組織發生了變化，調質處理前材料的組織為珠光體和鐵素體，調質后材料的組織為回火索氏體［1］。從鍛造鉤尾框的材質和調制前后的組織變化情況分析，材質易粘刀，采用普通的高速鋼刀具進行加工，刀具磨損較快，耐用度低，批量生產精度難以保證，應采用硬質合金刀具。

3）采用普通鏜床加工，需要分兩工序加工完成，即先進行鉆孔加工，然后再進行鏜孔加工。優點是可以保證孔的尺寸加工精度和兩側銷孔同軸度的要求；缺點是生產效率低。

針對上述分析，在保證鍛造鉤尾框鉤尾銷孔質量前提下，滿足大批量生產的要求，又要減少加工設備的數量，降低操作強度和加工成本，鉤尾銷孔采用專用設備進行加工。

2 加工刀具選擇及參數結構設計

2.1 刀具選擇

由于淺孔鉆在切削速度80 m/min 以上時，生產效率比麻花鉆高3～5 倍；加工質量好，表面粗糙度能達到Ra3.2～Ra6.3。如果采用可轉位硬質合金刀片，可以節約刀具更換的輔助時間；淺孔鉆必須采用內冷結構，且壓力要充足，不僅保證了刀具的耐用度，而且還利于斷屑排除；除鉆孔加工外，還能實現鏜孔、锪孔的功能。通過分析，專機的鉆削加工刀具采用可轉位淺孔鉆。

2.2 參數選擇

可轉位淺孔鉆是一種高效率的內冷卻孔加工刀具，適用于長徑比小于4 的淺孔加工，鉆削速度可達70～125 m/min，進給量可達0.1～0.2 mm/r；由于淺孔鉆的刀片形狀分為四邊形、三角形、等邊不等角六邊形、菱形和圓刀片形等形式。本次設計采用山特維克可樂滿880 等邊不等角六邊形刀片，速度為80 m/min，進給量為0.15 mm/r。

2.3 結構設計

可轉位淺孔鉆刀片結構分為單刀片、多刀片、模塊式、分離式四種形式。其中單刀片適用孔的直徑范圍為12～16 mm；多刀片適用孔的直徑范圍為16～35 mm；模塊式適用孔的直徑范圍為35～80 mm；當孔徑＞80 mm 采用刀頭與刀體分離式，中間用螺釘聯接。由于鍛造鉤尾框的鉤尾銷孔為φ92 mm，采用刀頭與刀體分離式結構，如圖2 所示。

通過淺孔鉆和鏜刀塊復合在同一刀體上（如圖3 所示），為減少機床功率，即鉆銑不能同時加工，鏜刀與鉆頭之間距離應大于60 mm，本次設計選擇65 mm，下面對兩動力頭同時加工切入后的距離進行分析，切入的實際距離為2×（60+5）＝130 mm＜180 mm（鉤尾銷孔內側空刀距離），兩淺孔鉆加工時不能產生切削干涉現象。

圖2 淺孔鉆刀具結構圖

圖3 硬質合金可轉位淺孔鉆加工示意圖

3 機床設計

3.1 機床參數確定

通過上述切削參數的確定，即直徑d＝92 mm，切削速度Vc＝80 m/min，進給量fc＝0.1 mm/r，利用山特維克計算器（如圖4）對機床的參數進行進算，可以確定機床功率應大于10 kW，主軸扭矩應大于359 N·m，純加工時間為130 s，如果上下料及裝夾時間按180s 計算，鉤尾銷孔的加工節拍為5.2 min，按年基數為250 天（雙休雙班），一臺機床完全可以滿足8 000 輛/年的生產能力。

圖4 山特維克計算器

3.2 機床主要結構設計

機床采用雙側動力頭結構，由床身、中間底座、2 個機械滑臺、2 個動力頭、夾具系統、刀具系統、液壓系統、冷卻系統、防護系統、排屑系統等組成，如圖5 所示。

圖5 鉤尾銷孔加工組合機床示意圖

4 結語

隨著加工行業的發展和進步，機械加工技術進入了“高速、高效、智能、復合、環保”的階段，高速、高效的刀具應運用是降低成本、提高了生產效率、提升市場競爭力的保證，通過淺孔鉆對鉤尾銷孔實例的應用，為其他類似產品的孔加工提供了新的思路。

［1］呂震洲，韓建民，李衛京，等.實時測溫技術確定熱處理工藝規范研究［J］.材料工程，2007（6）：39-42.