套料空心钻工艺设计及应用技术研究

■中信重工机械股份有限责任公司 （河南洛阳 470031） 付 薇 申明付

套料空心钻工艺设计及应用技术研究

■中信重工机械股份有限责任公司 （河南洛阳 470031） 付 薇 申明付

摘要：套料空心钻的制造质量直接影响套料的使用效果和生产效率。要保证套料空心钻的质量，就要研究套料空心钻的工艺设计。本文对套料空心钻的工艺设计作了详细的研究，通过对比应用，不但解决了套料空心钻的质量问题，而且还提高了其使用寿命。

近几年来，大直径轴类回转件加工较多，这些轴类工件的质量要求都比较高，尤其是要求保证机械性能。这就需要在轴本体上取样，做机械性能试验，检验轴的机械性能是否满足设计要求。在轴本体上取样，使用的是套料空心钻。套料空心钻规格不一，根据取样的规格，选取套料空心钻。目前，我公司使用最多的规格是φ45mm的套料空心钻。

套料空心钻的制造，在使用过程中出现破碎现象较多。一个较好的套料空心钻一般只能取3～4个试样，而普通的套料空心钻只能取1～3个就会出现破碎。浪费很大，生产效率较低。对此，根据存在的问题，改进工艺设计，提高制造质量，满足使用效果，提高使用寿命。通过现场试验，多次改进，较好地解决了套料空心钻的制造质量，应用效果较好，使用寿命也提高了3倍左右。

目前，改进后的套料空心钻工艺设计已经得到了推广应用，不仅保证了质量，还提高了使用寿命。

1. 套料空心钻介绍

（1）技术背景。大型轴类零件一般都有机械性能要求。为了检测零件是否达到了要求的机械性能，需要在轴类零件上套取试棒，用来做机械性能试验。试棒的套取，使用的是套料空心钻。轴类零件材质一般是中碳合金结构钢，如34CrMo1A、30CrNi2Mo及42CrMo等，锻件状态，硬度为220～260HRC。套取试棒是盲孔加工，排屑不畅，不利于刀具的切削，切屑也加剧了刀具的磨损，严重时甚至挤压刀具，致使刀具破损。

套料空心钻的材质是高速钢，一般牌号是W6Mo5Cr4V2，采用盐浴淬火，刃部硬度为62～65HRC，其他部位硬度为30～35HRC。为了增加套料空心钻的耐磨性，选择钴高速钢，牌号是M42，热处理后刃部硬度为65～67HRC，实际硬度比一般高速钢高2倍以上。

（2）设计特点。套料空心钻采用整体高速钢的设计思路，材质是钴高速钢，牌号是M42，热处理后刃部硬度为65～67HRC，具体结构设计和特点如图1所示。切削刃共有4个刃，2个尖刃，2个平刃，并且要求尖刃必须高出平刃（1.5±0.1）mm。2个尖刃为φ43mm，2个平刃为φ45mm。

图1　套料空心钻示意图

（3）套料空心钻的工艺设计改进特点。①热处理前使用专用钻模钻攻3-M8，不但要保证端面到孔中心距离，而且要保证3个顶丝孔在360º等分，这点十分重要，目的是要套料空心钻不但定位准确，而且要受力均匀，防止扭曲及产生不平衡力矩（见图2）。②为了保证设计要求的刃部淬火硬度为65～67HRC，其余硬度为30～35HRC，淬火分两个阶段，第一阶段盐浴淬火，保证刃部淬火硬度为65～67HRC；第二阶段采用的办法是在高频加热装置+回火炉完成，保证其余硬度要求30～35HRC。此过程重点控制两个过渡区域的硬度，以防应力集中，是保证套料空心钻最关键的一道工序。③淬火后的内磨精加工，主要是保证内锥孔要与定位孔同心，工艺设计专用装夹胎具，一次装夹，完成内锥孔和定位孔的内磨加工（见图3），使用专用测量塞规检测（见图4）。④刃口磨削，使用工具磨磨削前刃和后刃，并设计了专用装夹心轴（见图5），内孔用来孔定位，3个顶丝顶紧，刃磨的重点是保证齿的等分、相对两齿等高及相邻两齿高度差（1.5±0.1）mm。

图2　专用钻模示意图

图3　专用内磨装夹胎具示意图

图4　专用内磨测量塞规示意图

图5　工具磨专用装夹心轴示意图

（4）使用情况。套取材料分别为工件一：锻件，30CrNi2Mo 、220～260HBW；工件二：锻件，30CrNiMo、220 ～260HBW；试用时间：2014 年7月15日；套料空心钻：规格φ45mm；材质：M42；使用机床：ZJ9225 套料钻床。

（5）使用结果。工件一：设定切削参数和以前使用的切削参数基本一致，机床转速为80r/min，进给量为0.08mm/r 。成功套取6根试棒后观察刀具，发现轻微磨损，磨损量约0.1mm左右，切削平稳，没有异常情况。

工件一完成后，换工件二，考虑工件一比较平稳，没有异常情况，因此切削参数没有改变，仍是转速80r/min，进给量为0.08mm/r ，又成功套取7根试棒，切削平稳，但有异常声响。检查磨损情况，约0.3mm左右，需要重磨刃口后再用。

2. 使用结果分析

（1）原来套料空心钻的材质是W6Mo5Cr4V2，采用盐浴淬火，刃部硬度为62～65HRC，其他部位硬度为30～35HRC。正常情况下，一个钻头最多能套取3～4根试棒，若经常套取一根试棒就会有1～3个套料空心钻破损。

（2）目前改进后的套料空心钻材质是M42，采用盐浴淬火，刃部硬度为65～67HRC，其他部位硬度为30～35HRC。在切削参数相同情况下，切削较稳定，可以套取试棒10个以上，寿命提高3倍以上。

（3）从改进后的使用效果可以看出，套料空心钻材质要选择适当，选用含钴的高速钢替代普通高速钢，可以提高硬度，还可以提高耐磨性；工艺设计也很重要，通过改善工艺设计，保证了质量；重要的是结合装夹的实际使用情况，控制套料空心钻在工

作时受力均衡，避免了因受力不均导致的破损情况。

3. 结语

通过对该套料空心钻的工艺设计改进、应用分析，可以看出影响套料空心钻使用效果的主要因素有：其本身的材质、热处理对刃口硬度的控制、装夹部位硬度及过渡区域不能有应力集中等。工艺设计不但要考虑图样本身的设计要求，更重要的是要考虑使用状态、装夹情况等，从而提高生产效率，提高套料空心钻的使用寿命，同时大大降低生产制造成本。

收稿日期：（20141108）