超高強度鋼深長成形盲孔高效鉆削加工

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

我公司用的超高強度鋼A 1 0 0（23Co14Ni12Cr3MoE）具有抗拉強度高、韌性好等優良特點，被廣泛用于飛機起落架承力結構件上，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，采用分段鉆削的傳統加工方法，因傳統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）的加工是生產中的一大難題。

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

1. 超高強度鋼材料的特性及加工性能

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

（2）超高強度鋼切削性能。超高強度鋼在深孔加工中，不易斷屑，鉆頭磨損快，最容易產生月牙洼磨損，隨著月牙洼磨損的擴大，刀刃將產生崩缺或燒損，切削抗力大，切削振動大，幾乎每加工一個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，加工效率及其低下并且加工的內孔質量較差。

2. 深孔鉆頭的選用及非標刀頭的設計

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行充分冷卻，導致鉆頭會因發熱等劇烈磨損而影響加工精度，排屑不利會造成切屑堆積擠壓導致切傷內孔造成環形溝槽缺陷或直接導致孔徑尺寸超差，嚴重影響著產品質量，所以必須在加工過程中不斷的退刀，以便人工進行排屑，加之在整個加工中因鉆頭磨損需要不斷的刃磨鉆頭，耗時耗力的同時也對工人的個人加工素質、技術水平有很高的要求，影響生產進度。而KSEM系列鉆頭，在加工中產生C狀切屑，采用內冷方式，不易堆積切屑，而且加工精度好，生產效率高，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品時配有三種類型的刀片，在設計上有以下特點：

（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，一旦刀頭磨損嚴重，整個刀具就只有報廢，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，只需將帶有螺紋孔（無凸臺）的刀片與刀座表面貼合好，并用扳手鎖緊刀片即可；更換刀片時只需逆時針旋轉鎖緊扳手直到刀片松開。

圖2 KSEM鉆頭

（2）刀片分為用于預鉆中心孔的KSEM PCM標準鉆頭刀片（短刀桿）和用于后續加工的KSEM HPLM標準硬質合金刀片（長刀桿）以及在加工上述零件產品直接設計帶有R型面的非標硬質合金刀片（長刀桿）。

用于預鉆中心孔的K S E M PCM 刀片，如下圖4所示，采用了150 o鉆尖角度設計，保證后續鉆頭加工時切削平穩，并且不會發生引偏，刀削刃不會崩刃；刀片采用最新的HP技術，結合材質KC1735進行了重新設計，大大延長了鉆頭的使用壽命。

圖3 鉆頭安裝示意圖

用于后續繼續加工的KSEM HPLM硬質合金刀片，如圖5所示，采用140°鉆尖角度設計，其優點在于能更好的與之前所打中心孔定位基準重合，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刀刃的強度。

用于加工R型面的非標硬質合金刀片，在原有KSEM HPLM硬質合金刀片的基礎上進行修改，使其更夠直接達到生產所需的型面要求，一次成形（見圖6），大大提高了生產效率。

3. 工藝裝備要求

（1）在加工路線方面，必須先用配有KSEM PCM標準鉆頭刀片的短鉆頭預鉆中心孔（可保證在后續加工時鉆尖重合，達到更高的鉆削精度），保證最小深度tz＞2D（見圖7），再用配有KSEM HPLM硬質合金刀片的長鉆頭進行后續加工直面部位，最后用配有帶有R型面的非標硬質合金刀片的長鉆頭加工內孔的型面部位。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，則需降低原有切削速度及進給量，以原有一半為宜。

圖4 KSEM PCM 刀片

圖5 KSEM HPLM硬質合金刀片

圖6 R型面的非標硬質合金刀片

圖7 預制中心孔

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

（3）切削液的選擇：對于高強度鋼材料，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分析

試驗件為某型號起落架里某零件毛坯，其局部具體結構如圖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，內孔及型面粗糙度均為Ra=3.2μm；試驗使用臥式加工中心，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。

試驗過程中，切削速度為500～600r/min，進給速度為80～100mm/min，通過后續大量零件產品加工，我們得到經驗數據：

圖8 KSEM鉆頭

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

（2）在合理的工藝參數下，鉆削過程平穩，振動較小，但當刀具出現磨損時，鉆削過程容易振動，影響產品加工的表面質量。大量試驗證明，在合理的切削參數下，一片刀片至少可以加工20～25件零件，總深度達到6 900～8 600mm。

（3）孔徑尺寸穩定，變化較小，被加工表面粗糙度等也滿足產品要求。

5. 結語

通過該深孔鉆削工藝，成功解決了某型號起落架某零件批量高效生產加工的問題，改變了傳統加工方式，減少了工人繁瑣的操作過程，同時也減少了人為因素造成產品超差率，最重要的是加快了生產流程，同時極大地提高了生產效率，降低生產成本的同時也保質保量地按時完成了節點任務，保證各項交付任務等順利進行。