大直径扩孔钻的改进实例

南京汽轮电机集团有限责任公司生产的高中压缸中分面上连接孔一般直径较大，这种新品的孔径达Ф10Bmm，深435～455mm。为了降低刀具成本，我们提出能否改进常规的套式扩孔钻刀体的结构形式，利用可转位刀具原理，将套式扩孔钻的整体刀体改为机夹式刀体，这样可大幅度降低刀体高速钢的使用量及制造成本，以达到降低刀具成本目的。

孔加工的基本方法

在机械加工中，孔的加工方法一般根据孔的大小、经济精度(公差等级)及表面卡粗糙度确定其加工方案。从表1中可看出，扩孔钻一般用于孔的半精加工或终加工。

表1 不同孔径加工方案选择

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt" align=center>孔径<15～20mm

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">公差等级(IT)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">表面粗糙度(μm)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">加工方案

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">11～13

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 1 2.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">8～9

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 1.6～5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻→铰

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7～8

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 0.8～2.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻→粗铰→精铰

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt" align=center>孔径≥15～20mm

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">公差等级(IT)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">表面粗糙度(μm)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">加工方案

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10～1 1

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 6.3～20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻→扩

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">8～9

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 1.25～5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻→扩→铰

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7～8

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 0.63～2.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">钻→扩粗铰→精铰

常用的扩孔钻形式

扩孔钻分为整体式和套式两种。整体式扩孔钻切削部分与夹紧柄连为一体，一般为高速钢材料(见图1)。套式扩孔钻切削部分与夹紧柄分开，钻切削部分材料为高速钢，刀杆(夹紧柄)部分材料一般用45—4等，这样有利于制造并节省刀具材料，降低刀具成本。前者主要用于加工Ф3～Ф50mm之间的孔，后者主要用于加工Ф25～Ф100mm之间的孔。

图1 整体式扩孔钻简图

从图2中可看出，套式扩孔钻的刀体部分由整块高速钢制造，刀具材料浪费大，制造成本高。于是考虑了将套式扩孔钻的整体刀体改为机夹式刀体，为了能试出最佳效果，我们选择了Ф88mm、Ф68mm两种扩孔钻为试验刀具。

图2 套式扩孔钻简图

机夹式刀体结构的特点

刀体由刀座、刀片两部分组成，刀片可进行表面涂层处理，提高刀片使用寿命和效率，刀片磨损后只需更换刀片而不需更换刀座；刀片刃磨方便，可根据需要磨出各种几何角度和分屑槽。

机夹式扩孔钻结构设计与试切

    试切设备Z30100摇臂钻
    试切零件：高中压缸水平中分面上Ф105mm孔
    第一次设计方案：(图3、图4)

图3

图4 刀片几何角度

在试切中我们发现刀具抖动较大，切削不平稳，分析原因可能是零前角造成的，我们将前角倒棱后继续试验，结果明显好转。接着我们将刀具留给操作者进行加工寿命试验，经一段时间使用后，刀体与刀杆连接螺钉断裂。分析原因，由于切削力大，螺钉强度不够，导致断裂，但由于此种结构空间有限，螺钉无法加粗，我们决定换一种连接结构。

第二次设计方案(图5、图6)：

图5

图6 刀片几何角度

表2 刀具材料对比

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">名称

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>刀具材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>材料单价

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>总重

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>总价

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">普通扩孔钻

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>Wvalue="18" unitname="g">18G rlV

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>90元／kg