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内排屑深孔钻刀片材料的选择

时间: 2011-07-02 08:02 来源: 作者: 西安石油大学 刘战锋 黄华 点击:
内排屑深孔钻分为单刃内排屑和多刃错齿内排屑深孔钻。目前,国内内排屑深孔钻刀片材料主要选用硬质合金。硬质合金的种类和牌号很多,除普通硬质合金(YG类、YT类、YW 类)外,发展了许多新型硬质合金,如细晶粒和超细晶粒硬质合金(YG6X、YD15)、表面涂层硬质合金(YB120)、添加稀土元素的硬质合金(YW1R)等等。国内常用于内排屑深孔钻的刀片材料的牌号主要是YG8、YT15、YT798和YW1等。


图1 错齿深孔钻

内排屑深孔钻对刀片材料的要求

内排屑深孔钻削是在封闭或半封闭的状况下进行,切削热不易传散,排屑困难,工艺系统刚性差。当钻削中产生切屑不断或排屑不畅引起堵塞时,常会造成崩刃或扭断钻杆的事故;当钻削中产生冷却液进不到切削区,造成冷却润滑不良时,会至使温度急剧上升,加速刀具磨损;随着钻孔的深度增加,刀具悬伸量增大,钻削时的工艺系统刚性也随之降低。所有这些,对合理选择内排屑深孔钻刀具的刀片材料提出了一些特别的要求:

高的强度、硬度、耐磨性和红硬性 内排屑深孔钻钻削时切削力大,切削温度高,钻削刀刃的磨损、扩散磨损乃至氧化磨损都较严重,尤其当工件中存在一些硬质化合物时,磨损更加严重,所以要求刀具材料的硬度高于被加工材料的硬度,能在高温下保持高的硬度,有好的耐磨性和耐用度。

抗冲击性强 内排屑深孔钻钻削时刀具易崩刃和扭断,故刀片材料应具有强的抗冲击性。


图2 内排屑深孔钻

内排屑深孔钻刀片材料的合理选择

同常规切削加工相似,对不同材料的钻削,刀片材料的选择也有所不同。一般选择原则如下:

1,钻削普通碳钢和合金结构钢

对普通碳钢和合金结构钢的钻削,切屑容易控制,是比较容易切削的材料。刀片材料牌号的选择一般为:导向块用YT15,钻头外刃刀齿用YT789,中间刀齿和中心刀齿用YT789或YG8。

2,钻削高强度钢和超高强度钢

高强度钢和超高强度钢深孔钻削的加工难度较大,断屑困难、切削力大、切削温度高、刀具磨损快、生产效率低。一般应选择抗冲击性能、耐磨性好的硬质合金作钻头刀片。通常,导向块、钻头外刃刀齿、中间刀齿和中心刀齿均可选用YD15。

3,高温镍基合金

高温镍基合金切削时切削变形大,加工硬化倾向大、切削力大、切削温度高、刀具磨损快、加工表面质量和精度不易保证。钻头刀片材料选用时的重点应考虑刀具的耐磨性和耐用度。一般,导向块选用YD15,钻头外刃刀齿、中间刀齿和中心刀齿选用YD15、YG10H或643。

4,不锈钢,沉淀不锈钢

不锈钢牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti等,其切削变形大、切削力大、切削温度高、刀具磨损快、加工硬化使加工孔的精度和粗糙度变差。选用刀片牌号时主要考虑抗弯强度和耐磨性,通常,导向块选用YG8,钻头外刃刀齿、中间刀齿和中心刀齿可选用YG8、YW1或813。

5,钛合金(如牌号为TC4、TC6、TC11)

钛合金切削时的特点表现为变形系数小,切削温度高、加工表面生成硬脆变质层、粘刀现象严重。另外,钛合金在高温下会和YT类硬质合金起化学反应,从而发生粘接磨损和化学磨损。因此,在钛合金上进行深孔钻削时,主要选用YG类硬质合金作刀片材料。一般,导向块、钻头外刃刀齿、中间刀齿和中心刀齿均可选用YG8或YD15。

钻削试验效果分析

1,高温镍基合金钻削试验

采用单刃内排屑深孔钻头对N901高温镍基合金进行钻削试验,刀齿材料分别选用牌号为YD15、YG10H或643硬质合金。试验表明,在合理的切削用量范围内,可得光亮的C形屑和螺旋卷屑,刀具耐用度较高,孔径尺寸稳定,变化量小,加工精度为IT9~IT10级,粗糙度为Ra。3.2~6.3µm,直线度误差在0.02mm内。

2,沉淀不锈钢钻削试验

采用多刃错齿内排屑深孔钻头,结构如图1所示,刀齿材料分别选用YG8、YW1或813,对0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀不锈钢进行深孔钻削试验,结果表明,只要刀具的几何角度、切削用量选择合理,可得到较理想的钻削效果,例如:当进给量为0.08~0.12mm/r,切削速度为45~60m/min时,可得光亮的C形屑和螺旋卷屑,刀具耐用度较高,孔径尺寸稳定,变化量小,加工精度为IT9~IT10级,粗糙度Ra=3.2~6.3µm,直线度误差在0.02mm内。

3,钛合金钻削试验

钻削TC4钛合金,选用YG类硬质合金(YG8 或YD15),钻头结构如图2所示,关键是刀具几何角度的优化,在合理的几何角度下,可以确定合理的切削用量范围,当进给量为0.12~0.16mm/r,切削速度为30~40m/min时,钻削效果最为理想,钻头耐用度较好,孔径尺寸一致性好,工件加工质量稳定,尺寸精度可达IT9~IT11级,加工表面粗糙度Ra=3.2~6.3µm。由于加工过程平稳,钻头径向力变化不大,导向可靠,消除了深孔钻削中最常出现的螺旋沟现象,减少了孔轴心线的偏斜,保证了深孔的加工质量。

结语

合理选择内排屑深孔钻刀片材料是保证深孔钻削顺利进行和提高刀具耐用度的主要工艺措施之一,是影响加工精度,提高生产率的重要因素。

深孔钻刀片材料主要取决于被加工材料的性能,不同的被加工材料应选用相应的硬质合金。

对难加工材料的深孔钻削尽量选择强度、抗冲击性及耐磨性好的刀片材料如YG8、YD15。(end)

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