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在機械制造中,小孔的鉆削加工比較普遍,特別是鐘表零件、柴油機零件、電子零件等產(chǎn)品的小孔加工更為突出。由于小直徑鉆頭的直徑小、強度低、剛性差,容易折斷,再加上操作者使用不盡合理,導致小孔的加工精度難以_,因此小孔的鉆削加工難度大。本文結合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗簡(jiǎn)略介紹小直徑鉆頭在設計和使用過(guò)程中應注意的一些問(wèn)題,以_小孔加工的尺寸精度和小直徑鉆頭的合理使用。
1小直徑鉆頭的結構設計
通常所說(shuō)的小直徑鉆頭一般是指f1~3mm的鉆頭,小直徑鉆頭的結構形狀與標準大直徑鉆頭一樣,均由鉆芯直徑d0、螺旋角b、鋒角2f等組成,但柄部形式和各結構參數有所不同。
由于小直徑鉆頭直徑比較小,強度低、剛性差,因此在設計時(shí)應充分考慮這些因素,以便采取適當的措施。
材料的選擇
小直徑鉆頭的材料一般都選用W6Mo5Cr4V2高速鋼。這主要是因為W6Mo5Cr4V2高速鋼的碳化物細小,分布均勻,抗彎曲強度比W18Cr4V高出10%~15%,韌性高出50%~60%,機械性能好。
盡量增大鉆芯的直徑d0
小直徑鉆頭的強度、剛性在很大程度上取決于鉆芯的直徑、螺旋溝槽與鉆背寬度的比值。通常標準鉆頭的鉆芯直徑d0應是鉆頭直徑d的0.125~0.15倍。容屑槽寬度q與鉆背寬度p的比值一般是(1~1.3):1,但是對于小直徑鉆頭來(lái)說(shuō),應按以下數據來(lái)選定
d0=0.3dq:p=0.5:1
若容屑槽寬度為0.5mm,鉆背寬度_應該是1mm。按上述原則選取d0、q、p時(shí),可以使小直徑鉆頭斷面積增加30%左右,彎曲強度、扭轉剛度相應地將提高2倍左右。此時(shí)鉆芯不做成正錐度,以免減少容屑槽截面積,妨礙排屑。增大鉆芯直徑后,會(huì )相應減少切削刃寬度,增加橫刃長(cháng)度,造成鉆孔的軸向力也相應地增大,為了減小軸向力,可適當地磨小橫刃,以提高鉆孔的效率。
采用較小的螺旋角b
大直徑標準鉆頭的螺旋角一般在25°~32°內變化。通常增大螺旋角,能獲得較大的前角,使切削輕快,容易排屑,切削變形所需要的能量_小,相應地降低了切削溫度。但是對于小直徑鉆頭來(lái)說(shuō),增大螺旋角會(huì )減小端截面的面積,影響鉆頭強度,容易引起鉆頭振動(dòng)和崩刃現象,另一方面,當螺旋角較小時(shí),有利于切屑的排除,因而小直徑鉆頭的螺旋角b一般取10°~15°比較合適。
鋒角2f的確定
鋒角2f又稱(chēng)為頂角,它與切削厚度有如下關(guān)系
ac=(f/2)sin(2f/2)=(f/2)sinf
式中ac——切削厚度(mm)f——每轉進(jìn)給量(mm/r)
由上式可知,當鋒角2f增大時(shí),切削厚度和單位長(cháng)度上切削刃的負載也隨之增大。此外,小鋒角的鉆頭在鉆削時(shí),定心準確,跳動(dòng)偏擺小,可以提高孔的加工精度,一般選取2f=90°~105°。
2小直徑鉆頭在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題
小直徑鉆頭在使用過(guò)程中還存在著(zhù)許多問(wèn)題,只有弄清小直徑鉆頭在鉆小孔時(shí)容易出現的問(wèn)題,才能有的放矢地采取必要措施,以_鉆孔的順利進(jìn)行。
1)鉆頭直徑小、強度不夠,小直徑鉆頭的螺旋角又比較小,不易排屑,所以小直徑鉆頭在使用過(guò)程中容易折斷。
2)鉆小孔的切削速度高,鉆頭產(chǎn)生的切削溫度高又不易散熱,特別是鉆頭和工件的接觸部位溫度_,加劇了鉆頭的磨損。
3)鉆孔過(guò)程中,一般多用手動(dòng)進(jìn)給,進(jìn)給力不容易掌握均勻,往往稍不注意_會(huì )使鉆頭損壞。
4)由于小直徑鉆頭的剛性較差,容易損壞彎曲,致使鉆孔產(chǎn)生傾斜。
3小直徑鉆頭的使用方法和注意事項
小直徑鉆頭在使用過(guò)程中,由于存在上述問(wèn)題,同時(shí)受工件材質(zhì)、質(zhì)量要求、鉆孔部位等不同情況的限制,所采取的技術(shù)措施相應地也要改變。
1)由于小直徑鉆頭的強度低、剛性差,容易折斷,所以開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)給力要輕,防止鉆頭彎曲和滑移,以_鉆孔始切的正確位置。進(jìn)給時(shí)注意手勁和感覺(jué),當鉆頭彈跳時(shí),讓它有一個(gè)緩沖范圍,以防止鉆頭折斷,有時(shí)只要很小的進(jìn)給力。進(jìn)給力太小時(shí),手動(dòng)進(jìn)刀不易感覺(jué)出來(lái),這時(shí)可在進(jìn)刀機構上裝一個(gè)小重陀,靠其重量達到進(jìn)給目的。
2)在鉆削過(guò)程中,需注意頻繁退鉆,及時(shí)提起鉆頭。因為小直徑鉆頭工作時(shí),排屑槽狹窄,排屑不流暢,所以應及時(shí)地進(jìn)行退鉆排屑,退鉆的次數與孔的深度成正比,同時(shí)還可借此機會(huì )輸入冷卻液,或在空氣中冷卻。
3)選用精度較高的鉆床,小直徑鉆頭所用的鉆床要求主軸的靈敏度和旋轉精度高,振動(dòng)小、剛性好,主軸跳動(dòng)應小于0.005mm,鉆頭用專(zhuān)用的小卡簧裝夾,而不采用鉆夾頭或三爪卡盤(pán)直接裝夾鉆頭。采用卡簧裝夾可以使定位準確可靠,受力均勻并能抵消一部分偏擺誤差,提高鉆頭的旋轉精度,但絕不可用砂布、紙片加粗鉆頭柄進(jìn)行裝夾。
4)由于小直徑鉆頭的有效長(cháng)度比較短,在鉆通孔時(shí),當鉆孔深度_鉆頭的有效長(cháng)度,如果工件允許,可以采用兩邊鉆孔的方法。
5)小直徑鉆頭在鉆削小孔時(shí)要求鉆床的轉速要高,由于一般鉆床的精度低,當轉速太快時(shí),容易產(chǎn)生振動(dòng),對鉆孔不利。但是通常小直徑鉆頭速度又不能太低,為了使鉆削小孔時(shí)鉆頭平穩,減少振動(dòng),應選用高速(特別是硬質(zhì)合金小直徑鉆頭所要求速度_),一般都在v=7~10m/min。
6)小直徑鉆頭在鉆削時(shí),由于排屑不暢,鉆頭和溫度升高較快,為了降低切削溫度,減小切屑、工件和刀具接觸面之間摩擦系數,達到提高小直徑鉆頭壽命的目的,_進(jìn)行充分的冷卻,一般用透明防銹水作為冷卻液_。另外也可以在鉆頭的溝槽涂上一層二硫化鉬,或用粘度低的機械油或植物油進(jìn)行潤滑,可得到較好的使用效果。
7)為了獲得滿(mǎn)意的鉆削效果,小直徑鉆頭應進(jìn)行良好的刃磨,修磨鋒角2f時(shí),需要_左右兩切削刃對稱(chēng),且兩切削刃上的后角要相等。由于小直徑鉆頭增加了鉆芯直徑,從而導致了軸向力增大,為了克服這些缺點(diǎn),應認真地修磨橫刃,修磨后橫刃為直徑的10%為宜。在實(shí)際鉆孔過(guò)程中,根據不同的加工材料,可以把橫刃修磨得更小。但是_要注意鉆芯中心左右對稱(chēng),如果兩條主切削刃和橫刃不對稱(chēng),在鉆削時(shí),載荷_會(huì )加在一個(gè)切削刃上,從而使小直徑鉆頭產(chǎn)生徑向擺動(dòng),導致小直徑鉆頭在鉆削加工中損壞。
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