硬質(zhì)合金復(fù)合鉆頭機(jī)械加工工藝

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車的需求量按國(guó)內(nèi)專業(yè)人員預(yù)測(cè)每年都在25～30%的比例遞增，這就為汽車剎車片廠家提供了巨大的市場(chǎng)空間，拓寬了為其配套的汽車制動(dòng)器及摩擦材料行業(yè)的市場(chǎng)，品種不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量不斷增加。
　　為此，筆者專門研發(fā)了一種硬質(zhì)合金復(fù)合鉆頭。該硬質(zhì)合金復(fù)合鉆頭可在一次進(jìn)給中同時(shí)完成大小孔的加工，大大提高生產(chǎn)效率及鉆孔精度，刀具耐用度得到了較大提高，技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。該鉆頭選材合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和切削參數(shù)的選擇獨(dú)特，其制造加工工藝也獨(dú)有特色。
　　1.工藝性分析
　　該鉆頭是針對(duì)不同用戶，在不同的使用條件下，采用不同的使用方法而專門設(shè)計(jì)的非標(biāo)鉆頭。其具體的結(jié)構(gòu)尺寸，選用材料和制造方法都各有不同。主要有兩種形式，一種是整體式，即切削部分和夾持部分是同一種材料，經(jīng)整體加工而成。另一種則是焊接式，即切削部分和夾持部分是分別采用不同材料經(jīng)分別加工，再通過焊接而制成一體的。鉆頭的結(jié)構(gòu)形式不同，所選用的刀具材料，所采用的加工方法都各不相同。整體式的鉆頭材料多采用整體高速工具鋼或硬質(zhì)合金。但硬質(zhì)合金脆性大，不能進(jìn)行切削加工，難以制成形狀復(fù)雜的整體刀具，因而常制成不同形狀的刀片，采用焊接、粘接、機(jī)械夾持等方法安裝在刀體上使用。我們所采用的方法是焊接。
　　1.1 柄部
　　鉆頭柄部為機(jī)械夾持部分，其性能要求是高的抗扭性，高的耐磨性，高的精度保持性。為此須采用符合要求的合金工具鋼或調(diào)質(zhì)鋼，采用粗精加工分開，并配合適當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄?，以保證質(zhì)量要求。
　　1.2 刀頭
　　刀頭部分為直接參與切削加工部分，其性能要求是高的精度保持性，高的抗沖擊性，高的耐用度，高的熱紅硬性。為此須采用符合要求的硬質(zhì)合金，通過精確的數(shù)控線切割技術(shù)加工成型。
　　1.3 焊接
　　通過精確控制焊接溫度、焊接速度，采用合適的焊接方法，將柄部和刀頭部分焊接在一起。焊接時(shí)應(yīng)注意不能出現(xiàn)過燒，焊不透，偏焊，錯(cuò)位等影響產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)象。
　　1.4 整體
　　對(duì)焊接后的刀具整體進(jìn)行精磨，保證同軸度，徑向跳動(dòng)，圓度，圓柱度，切削刃對(duì)稱度等符合要求，并配以開出滿足切削要求的前角，后角，主偏角和端面刃傾角，頂角，合理的排屑槽形式，合適的斷屑方法。
　　2.工藝路線設(shè)計(jì)
　　下料→粗、精車刀柄外圓→銑鑲刀槽→熱處理→粗磨刀柄外圓/線切割合金刀片→焊接合金刀片→精磨各部外圓→序間檢驗(yàn)→開刀具切削角度→修磨各切削刃→檢驗(yàn)→噴砂磷化處理→打標(biāo)記號(hào)→產(chǎn)品最終檢驗(yàn)→包裝→入庫(kù)
　　3.重點(diǎn)工序控制
　　3.1 刀具的焊接工序
　　3.1.1 焊接方法的選擇
　　傳統(tǒng)的刀具設(shè)計(jì)，一般都是切削部分用硬質(zhì)合金，而連接體部分用碳鋼，采用一種很傳統(tǒng)的黃銅釬焊的方式將兩者連接在一起，只是對(duì)于不同的刀具尺寸和結(jié)構(gòu)要求選用的材料形態(tài)不一，有片狀，絲狀，有膏狀等等。對(duì)于本文所述刀具，用這種方法焊接顯然是達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的。因?yàn)槠浜附訌?qiáng)度太低，不能適應(yīng)高速，高振動(dòng)條件下的切削任務(wù)。因此，我們選擇了熔焊，同時(shí)為了提高焊接質(zhì)量，采用了氣體保護(hù)焊--氬弧焊。因?yàn)槿酆笍牧W(xué)性能上來說，同等的受力面積環(huán)境下其焊接強(qiáng)度要比釬焊的強(qiáng)度高得多。但傳統(tǒng)的氬弧焊接對(duì)于硬質(zhì)合金的焊接來說難度較大，不易控制，容易產(chǎn)生裂紋，這個(gè)是跟焊接材料的選用及焊接的工藝關(guān)系密切。這也就帶來了一個(gè)問題，即如何防止焊裂。此問題是我們重點(diǎn)解決的問題之一。
　　3.1.2 焊接溫度對(duì)刀具的影響
　　焊接溫度高、流動(dòng)性好，易于熔合。但過高時(shí)，易燒穿，易形成焊瘤，成形也難控制，且接頭塑性下降，彎曲易開裂。焊接溫度低時(shí)，熔池較小，流動(dòng)性差，易產(chǎn)生未焊透，未熔合，夾渣等缺陷。
　　焊接溫度與焊接電流、焊條直徑、焊條角度、電弧燃燒時(shí)間等有著密切關(guān)系，合理選擇焊接電流與焊條直徑，易于控制熔池溫度，是焊縫成形的基礎(chǔ)。因此我們根據(jù)操作者個(gè)人的技術(shù)水平不同，分別設(shè)置了多種參數(shù)組合，保證了工藝目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。另外，運(yùn)條方法的不同，也影響著焊接溫度。圓圈形運(yùn)條，熔池溫度高于月牙形運(yùn)條溫度，而月牙形運(yùn)條溫度又高于鋸齒形運(yùn)條的熔池溫度。為了控制熔池的溫度，使之不至過于升高，我們采用了鋸齒形運(yùn)條方法，并且用擺動(dòng)的幅度和在坡口兩側(cè)的停頓動(dòng)作，有效的控制了熔池溫度在合理的區(qū)間之內(nèi)。
　　3.1.3 焊絲的選用對(duì)刀具的影響
　　針對(duì)不同的用戶要求，我們分別選用了兩種焊絲。一種是GMT-M3-2（SKH9）焊絲。該焊絲經(jīng)過歐洲工業(yè)水準(zhǔn)嚴(yán)格品質(zhì)管制，具有高含碳量，成份優(yōu)良，材料內(nèi)部組織均勻，硬度穩(wěn)定，而且還具有良好的耐磨性、韌性、耐高溫等特性。另一種是GMT-SKD11焊絲。這種焊絲具有高硬度、高耐磨性及高韌性的特點(diǎn)，但焊前須先加溫預(yù)熱，否則易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。
　　3.1.4 焊接速度對(duì)刀具的影響
　　速度過慢，熱影響區(qū)加寬，晶粒粗大，變形也大；速度過快，易造成未焊透，未熔合，焊縫成型不良好等缺陷。所以，在保證焊縫所要求尺寸和質(zhì)量的前提下，由操作者靈活掌握，將速度控制在合理的區(qū)間內(nèi)。
　　3.1.5 施焊角度對(duì)刀具的影響 　　焊接時(shí)，焊條與焊接方向的夾角在90°時(shí)，電弧集中，熔池溫度高。夾角小，電弧分散，熔池溫度較低。我們選擇了50-70°的夾角。
　　3.2 刀具的刃部角度刃磨
　　本鉆頭的工作角度主要有前角、后角、頂角。其中，
　　前角的選擇依據(jù)是工件材料：塑性材料取大前角，脆性材料取小前角；強(qiáng)度、硬度低取大前角，否則取小前角；刀具材料：高速鋼取大前角，硬質(zhì)合金取小前角；加工性質(zhì)：精加工取大前角，粗加工取小前角。針對(duì)本鉆頭的工作特點(diǎn)，我們采用的是小前角。后角的選擇依據(jù)是精加工取大后角，粗加工取小后角。我們?nèi)〉氖谴蠛蠼?。頂角。頂角越小，則主切削刃越長(zhǎng)，單位切削刃上的負(fù)荷減輕，軸向力減小，這對(duì)鉆頭軸向穩(wěn)定性有力。且外圓處的刀尖角增大，有利于散熱和提高刀具耐用度。但頂角減小會(huì)使鉆尖強(qiáng)度減弱，切屑變形增大，導(dǎo)致扭矩增加。我們選擇為112°。
　　至于主偏角和端面刃傾角。在鉆頭磨出頂角后，各點(diǎn)的主偏角也就確定了，隨之刃傾角也就確定了下來。
　　為了保證刀頭在磨削加工過程中不出現(xiàn)裂紋、燒傷等現(xiàn)象，提高生產(chǎn)率，且鉆頭切削角度的精度符合要求，我們采用了高速磨削技術(shù)，通過提高砂輪線速度，來改善表面加工質(zhì)量，提高效率。這種加工方法具有磨削力小，磨削溫度低，工件變形小，砂輪壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。不僅對(duì)高塑性的難磨材料具有良好的磨削表現(xiàn)，而且對(duì)硬脆材料也能實(shí)現(xiàn)高效率的延性磨削[1]。
　　我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)了一套專用的工藝裝備，依靠自制的MR-1型復(fù)合鉆頭刃磨機(jī)床，采用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪做為磨具，乳化型磨削液強(qiáng)制冷卻，輔以專用夾具，專用檢具，并將此工序作為質(zhì)量控制點(diǎn)，由專人負(fù)責(zé)鉆頭的加工、檢驗(yàn)，機(jī)床的維護(hù)、保養(yǎng)等工作，從而確保了鉆頭的質(zhì)量。
　　MR-1型復(fù)合鉆頭刃磨機(jī)床，采用片狀砂輪和蝶形砂輪，分別磨削鉆頭的各個(gè)切削刃、切削角度及排屑槽和斷屑槽。砂輪線速度達(dá)到了60～80m/s，輔以高速磨削液的清洗、降溫，使磨削時(shí)產(chǎn)生的磨屑、熱量及時(shí)的得以排出磨削區(qū)，確保了磨削能有效順利地進(jìn)行。磨削時(shí)，應(yīng)先磨出前角，后磨后角，以免崩刃。進(jìn)給量不應(yīng)超過0.02～0.03mm/行程，以避免熱裂現(xiàn)象的發(fā)生。