浅孔钻在锻造钩尾框中的应用

李西涛，纪洪凯

（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161002）

0 引言

浅孔钻又叫U 钻，底部配有出水孔，与普通钻头比具有很高的加工效率，在刀具稳定性较高的情况下可加工5 倍于直径的深孔，其特殊造形的切屑槽可顺利无阻地排屑，由于浅孔钻较普通钻削加工优势，在现代工业中得到较为普遍的使用。

1 产品工艺分析

锻造钩尾框（如图1所示）是铁路货车的重要零件，由于所采用的材质的特殊性，采用普通钻镗加工方法加工成本高、效率低，利用浅孔钻的加工优势在锻造钩尾框的钩尾销孔进行一次尝试，取得事半功倍的效果。

图1 锻造钩尾框

锻造钩尾框质材质为25MnCrNiMoA，钩尾销孔的直径尺寸为φ92+0.87-0.36mm，两侧销孔同轴度为φ0.45 mm，表面粗糙度为Ra12.5，单侧壁厚60 mm，调制处理后的硬度241～311HBW。

1）钩尾框经锻造后进行调质处理，其内部组织发生了变化，调质处理前材料的组织为珠光体和铁素体，调质后材料的组织为回火索氏体［1］。从锻造钩尾框的材质和调制前后的组织变化情况分析，材质易粘刀，采用普通的高速钢刀具进行加工，刀具磨损较快，耐用度低，批量生产精度难以保证，应采用硬质合金刀具。

3）采用普通镗床加工，需要分两工序加工完成，即先进行钻孔加工，然后再进行镗孔加工。优点是可以保证孔的尺寸加工精度和两侧销孔同轴度的要求；缺点是生产效率低。

针对上述分析，在保证锻造钩尾框钩尾销孔质量前提下，满足大批量生产的要求，又要减少加工设备的数量，降低操作强度和加工成本，钩尾销孔采用专用设备进行加工。

2 加工刀具选择及参数结构设计

2.1 刀具选择

由于浅孔钻在切削速度80 m/min 以上时，生产效率比麻花钻高3～5 倍；加工质量好，表面粗糙度能达到Ra3.2～Ra6.3。如果采用可转位硬质合金刀片，可以节约刀具更换的辅助时间；浅孔钻必须采用内冷结构，且压力要充足，不仅保证了刀具的耐用度，而且还利于断屑排除；除钻孔加工外，还能实现镗孔、锪孔的功能。通过分析，专机的钻削加工刀具采用可转位浅孔钻。

2.2 参数选择

可转位浅孔钻是一种高效率的内冷却孔加工刀具，适用于长径比小于4 的浅孔加工，钻削速度可达70～125 m/min，进给量可达0.1～0.2 mm/r；由于浅孔钻的刀片形状分为四边形、三角形、等边不等角六边形、菱形和圆刀片形等形式。本次设计采用山特维克可乐满880 等边不等角六边形刀片，速度为80 m/min，进给量为0.15 mm/r。

2.3 结构设计

可转位浅孔钻刀片结构分为单刀片、多刀片、模块式、分离式四种形式。其中单刀片适用孔的直径范围为12～16 mm；多刀片适用孔的直径范围为16～35 mm；模块式适用孔的直径范围为35～80 mm；当孔径＞80 mm 采用刀头与刀体分离式，中间用螺钉联接。由于锻造钩尾框的钩尾销孔为φ92 mm，采用刀头与刀体分离式结构，如图2 所示。

通过浅孔钻和镗刀块复合在同一刀体上（如图3 所示），为减少机床功率，即钻铣不能同时加工，镗刀与钻头之间距离应大于60 mm，本次设计选择65 mm，下面对两动力头同时加工切入后的距离进行分析，切入的实际距离为2×（60+5）＝130 mm＜180 mm（钩尾销孔内侧空刀距离），两浅孔钻加工时不能产生切削干涉现象。

图2 浅孔钻刀具结构图

图3 硬质合金可转位浅孔钻加工示意图

3 机床设计

3.1 机床参数确定

通过上述切削参数的确定，即直径d＝92 mm，切削速度Vc＝80 m/min，进给量fc＝0.1 mm/r，利用山特维克计算器（如图4）对机床的参数进行进算，可以确定机床功率应大于10 kW，主轴扭矩应大于359 N·m，纯加工时间为130 s，如果上下料及装夹时间按180s 计算，钩尾销孔的加工节拍为5.2 min，按年基数为250 天（双休双班），一台机床完全可以满足8 000 辆/年的生产能力。

图4 山特维克计算器

3.2 机床主要结构设计

机床采用双侧动力头结构，由床身、中间底座、2 个机械滑台、2 个动力头、夹具系统、刀具系统、液压系统、冷却系统、防护系统、排屑系统等组成，如图5 所示。

图5 钩尾销孔加工组合机床示意图

4 结语

随着加工行业的发展和进步，机械加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的阶段，高速、高效的刀具应运用是降低成本、提高了生产效率、提升市场竞争力的保证，通过浅孔钻对钩尾销孔实例的应用，为其他类似产品的孔加工提供了新的思路。

［1］吕震洲，韩建民，李卫京，等.实时测温技术确定热处理工艺规范研究［J］.材料工程，2007（6）：39-42.