帶內(nèi)冷卻鉆鉸一體刀具的研制

孫成建，張 昆，李曉峰

（1.沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，遼寧 沈陽110034；2.沈陽航天新樂有限責任公司，遼寧 沈陽110034）

為解決鑲齒類合金刀具刀片在高速切削時刀片過燒易脫落的問題，使得合金刀具在準5 mm以下小直徑的制造有新突破，因此采用整體硬質(zhì)合金材料制造鉆鉸復合刀具。

此鉆鉸一體復合刀具兼具了鉆頭與鉸刀的雙重加工能力，既有鉆頭的加工效率又有鉸刀的加工精度。用來加工鈦合金材料零件起到了事半功倍的效果，極具推廣價值。

1 制造鉆鉸一體復合刀具的意義

為了改善刀具的質(zhì)量，提高刀具對鈦合金零件的加工能力，研制了準4 mm及以下小直徑整體硬質(zhì)合金鉆鉸復合刀具，填補了鑲嵌式合金刀具在小直徑范圍為內(nèi)的空白，并且提高刀具的加工效率和延長刀具的使用壽命，提高孔加工的同軸度及圓度。

2 鉆鉸復合刀具的設(shè)計

2.1 刀具材料的選擇

選用廈門金鷺硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的GU20硬度HRa91.8，帶兩個30°螺旋內(nèi)冷卻孔的硬質(zhì)合金棒。

2.2 刀具切削參數(shù)的選擇

2.2.1 螺旋角ω

螺旋角ω是指鉆頭外圓柱面展開，螺旋線與軸線之間的夾角。ω角不僅決定刀具的前角，而且影響排屑?？紤]被加工材料的切削能力及ω的幾何角度特性，復合刀具的螺旋角選擇為35°。

2.2.2 不等分螺旋槽

復合刀具選擇183.5°與176.5°的不等分螺旋槽，一邊鉆孔，一邊鉸孔，螺旋槽底為R1.3的R型槽底，增加了排屑的能力，寬刃背起到了支撐的作用，提高了刀具在切削過程中的穩(wěn)定性。

2.2.3 頂角2ψ

為了使刀具刀尖與被加工材料由一點接觸向頂角大的圓錐面過度，迅速增大刀具與被加工材料的接觸面積，提高刀具的定心性，刀具的頂角為140°。

3 鉆鉸一體復合刀具的加工難點

針對鈦合金的材料性能，對鉆鉸復合刀具的鉆頭部分的螺旋角、螺旋槽形狀、前角、后角等刀具幾何參數(shù)作以改進，并且需要用數(shù)控磨床加工刀具的刃部型面，而且需要該復合刀具鉆孔鉸孔一步完成，因此，對鉆頭的橫刃修磨提出了更高的要求。

鈦合金的變形系數(shù)小于或接近于1，切削變形系數(shù)小，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速了刀具的磨損。合金棒料帶螺旋內(nèi)冷卻孔給加工帶來了更大的難點，在進行加工前需要數(shù)控模擬刀具的走刀形式，測量模擬后刀具形狀的尺寸，并且要計算出砂輪的入刀點。

4 復合刀具的加工

編制正確、科學的加工工藝，可以降低成本，提高生產(chǎn)效率。為了節(jié)約鈦合金的加工時間，提高刀具的加工效率，研制鉆鉸復合一體的硬質(zhì)合金刀具，可采用粗精加工一次完成。復合刀具在加工鈦合金時，一邊進行切削加工一邊進行已加工孔表面的光度修磨工作，起到了鉆頭、鉸刀多步驟協(xié)作加工的作用。

4.1 砂輪參數(shù)的選擇的依據(jù)

加工硬質(zhì)合金棒料，選用1A1、4F1、11V9金剛石砂輪來加工復合刀具，其線速度為25 m/s。選取此種速度加工出來的刀具，其表面光潔度好，砂輪的磨損程度最小。

考慮到施力博格機床的性能及硬質(zhì)合金的加工特點，被加工材料的轉(zhuǎn)速選定為300 rpm，砂輪的切削深度0.5 mm，通過線速度公式并且參考機床的加工能力，參考實際情況最后選定砂輪的線速度為25 m/s。

4.2 砂輪入刀點的確定

選擇一個合理的砂輪入刀點，有效地避讓開合金棒的內(nèi)冷卻孔，使得刀具的走刀形式在符合自身螺旋溝槽的條件下，又符合合金棒的螺旋曲線。

在選擇入刀點時，要考慮到砂輪的擺角范圍，夾持工件A軸的旋轉(zhuǎn)角度，當砂輪的偏擺角度一旦定下來后，砂輪就只能沿著自身軸線作圓周運動，要再次調(diào)整砂輪切削的入刀點只能依靠轉(zhuǎn)動A軸旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)。

4.3 復合刀具的加工方法

4.3.1 金剛石砂輪的型號選擇

復合刀具螺旋溝槽槽底R為1.3 mm，不能一次加工完全，故選擇1A1和4F1(R0.75)兩種砂輪協(xié)作加工。槽底R1.3需要4F1兩次磨制完成加工。1A1具有P面和F面，刃部開槽需要選擇F面進行粗開槽，再由4F1修磨出螺旋溝槽的底部R。切削角需要修磨兩側(cè)選擇11V9。

4.3.2 砂輪參數(shù)的選擇

（1）砂輪的擺角只有與復合刀具的螺旋角一致才可以加工出圖紙要求的螺旋溝槽。

（2）砂輪直徑：準50 mm。

（3）線速度：25 m/s。

（4）砂輪擺角（與刀具螺旋角一致）為35°。

4.3.3 探測砂輪

在加工刀具時先選擇砂輪的型號、砂輪直徑，測砂輪與中心距離，采用探測棒探測砂輪加工面與回轉(zhuǎn)軸距離，當砂輪貼合標準探測棒時，機床控制面板上自動顯示距離數(shù)值，記錄機床坐標的A0點，此點做為以后加工的加工原點。

4.3.4 刀具參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)圖紙選擇數(shù)控磨床控制面板上的刀具參數(shù)，在刀具加工的主界面內(nèi)輸入：齒數(shù)2，鉆尖角140°，前角0°，后角輸入14.5°，刃長選項輸入25mm，槽深輸入1.3 mm，鉆鉸復合刀具的實心直徑輸入為準0.96 mm，在開槽界面內(nèi)輸入不等螺旋槽角度183.5°與176.3°。

4.3.5 加工步驟與方法

由于刀具的刃部直徑比較小，加工時易出現(xiàn)問題，從工藝安排及被加工材料性能入手，提出了刀具加工的方法。

（1）磨刃部直徑

刀具的直徑為準5.9因此選擇毛料直徑為準6的合金棒材；刃部直徑是準4，選用1A1磨外圓，A軸300 mm/min。

（2）開槽

選用1A1 T=10型號砂輪的開槽面面加工刀具的端面；選用4F1 R=0.75型號砂輪修磨刀具螺旋溝槽槽底R。由于刀具具有不等分螺旋槽，在選擇開槽角度及砂輪每次的入刀點選擇都需要特別注意。

（3）磨刃背刃帶

選擇1A1 T=10型號砂輪的修磨面修磨刀具的刃背。刀具在鉆頭的刃背f=0.3上又接連一個支撐刃帶f=0.8，只起到支撐的作用不參與切削，磨削時要注意區(qū)分。

（4）磨切削角

選擇1A1 T=10型號砂輪的開槽面加工切削角，磨削刀具頂角2ψ時，一定過刀具的中心，保持兩側(cè)切削刃長度均等，刀具在切削鈦合金時，兩側(cè)切削刃同時受力，在加工孔時穩(wěn)定不易發(fā)生鉆偏現(xiàn)象，保證加工出孔的同軸度與圓度。

（5）磨橫刃

修磨刀具的橫刃選擇11V9 70°型號碗型砂輪磨刀具橫刃。橫刃對刀具的影響比較大，直接影響到刀具的定心性及導向性，用數(shù)控磨可以很好地控制橫刃的過刀具中心對稱及橫刃長度的對稱。

（6）切削數(shù)字模擬

在所有的刀具幾何參數(shù)、砂輪型號及切削參數(shù)都設(shè)置好后，還需要進行刀具的切削模擬，等模擬顯示成品刀具的三維形狀后，可以觀測模擬三維圖形的完整與否再修改各個參數(shù)的設(shè)置。如果有修改，再進行模擬，直到完全符合要求為止。

（7）模擬通過加工

模擬成功后就可以進行加工了，送生產(chǎn)處試驗檢測，再次對所選擇格刀具參數(shù)進行優(yōu)化，彌補機器自動選擇帶來的偏差。檢測完全合格后就可以進行大批量的生產(chǎn)了。同時，在刀具加工時保證冷卻油的充分供給。

5 結(jié)束語

此刀具的優(yōu)點在于加工效率高，采用內(nèi)冷卻形式，排屑效果好，加工孔的精度高能到到H7以上，采用整體硬質(zhì)合金材料大大提高了刀具孔的數(shù)量及質(zhì)量；節(jié)約加工成本，提高了鈦合金材料的可加工性能及加工質(zhì)量，發(fā)揮了專用于加工鈦合金材料刀具的優(yōu)越性。采用數(shù)控磨床加工很好的控制了產(chǎn)品的一致性及可換性。

[1]航空工藝裝備設(shè)計手冊編寫組.航空工藝裝備設(shè)計手冊-量具設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[2]航空工藝裝備設(shè)計手冊編寫組.航空工藝裝備設(shè)計手冊-刀具設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

[3]袁哲俊，等.金屬切削刀具[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1992.