超高强度钢深长成形盲孔高效钻削加工

■ 中航飞机股份有限公司长沙起落架分公司 （湖南 723200） 文 庚 李运龙 钟 丽

我公司用的超高强度钢A 1 0 0（23Co14Ni12Cr3MoE）具有抗拉强度高、韧性好等优良特点，被广泛用于飞机起落架承力结构件上，但其切削性能较差，属于难加工材料。对于一体类零件，在深长盲孔加工时，采用分段钻削的传统加工方法，因传统的高速钢钻头磨损快且没有成形R钻头，加之只能采用外部冷却的方法，在加工过程中，必须不断的退刀人工进行排屑及刃磨钻头，故对于表面粗糙度值Ra≤3.2μm的深长盲孔（底面为带R的型面）的加工是生产中的一大难题。

本文通过对超高强度钢材料的切削性能分析和起落架上具体零件加工试验，选用一款非标钻头，进行一系列的钻削试验表明，其工艺效果良好，有效解决了上述问题。

1. 超高强度钢材料的特性及加工性能

（1）超高强度钢的特性。超高强度钢A100具有高淬透性、超高强度、优良的横向塑性、断裂韧度、抗疲劳性能等良好的综合机械性能。但其切削性能较差，并且对应力集中（缺陷）敏感和氢脆较敏感。

（2）超高强度钢切削性能。超高强度钢在深孔加工中，不易断屑，钻头磨损快，最容易产生月牙洼磨损，随着月牙洼磨损的扩大，刀刃将产生崩缺或烧损，切削抗力大，切削振动大，几乎每加工一个零件至少要刃磨一次钻头，增加了深长成形盲孔的加工难度，在加工图1所示类零件时，加工效率及其低下并且加工的内孔质量较差。

2. 深孔钻头的选用及非标刀头的设计

图1 被加工部位示意图

如图1所示，被加工部位为L＞10×D孔，因普通高速钢钻头无法进行充分冷却，导致钻头会因发热等剧烈磨损而影响加工精度，排屑不利会造成切屑堆积挤压导致切伤内孔造成环形沟槽缺陷或直接导致孔径尺寸超差，严重影响着产品质量，所以必须在加工过程中不断的退刀，以便人工进行排屑，加之在整个加工中因钻头磨损需要不断的刃磨钻头，耗时耗力的同时也对工人的个人加工素质、技术水平有很高的要求，影响生产进度。而KSEM系列钻头，在加工中产生C状切屑，采用内冷方式，不易堆积切屑，而且加工精度好，生产效率高，比普通高速钢钻头加工效率高3倍以上。

KSEM系列钻头在加工上述零件产品时配有三种类型的刀片，在设计上有以下特点：

（1）将过去的一体式高速钢钻头改为可换刀片式钻头，如图2所示，一体式钻头在加工中，一旦刀头磨损严重，整个刀具就只有报废，KSEM系列钻头不仅轻松解决了上述问题，而且更换刀头方便。如图3所示，装配刀片时，只需将带有螺纹孔（无凸台）的刀片与刀座表面贴合好，并用扳手锁紧刀片即可；更换刀片时只需逆时针旋转锁紧扳手直到刀片松开。

图2 KSEM钻头

（2）刀片分为用于预钻中心孔的KSEM PCM标准钻头刀片（短刀杆）和用于后续加工的KSEM HPLM标准硬质合金刀片（长刀杆）以及在加工上述零件产品直接设计带有R型面的非标硬质合金刀片（长刀杆）。

用于预钻中心孔的K S E M PCM 刀片，如下图4所示，采用了150 º钻尖角度设计，保证后续钻头加工时切削平稳，并且不会发生引偏，刀削刃不会崩刃；刀片采用最新的HP技术，结合材质KC1735进行了重新设计，大大延长了钻头的使用寿命。

图3 钻头安装示意图

用于后续继续加工的KSEM HPLM硬质合金刀片，如图5所示，采用140°钻尖角度设计，其优点在于能更好的与之前所打中心孔定位基准重合，保证孔的加工精度，采用较小的前角，改善钻头的散热条件和增强刀刃的强度。

用于加工R型面的非标硬质合金刀片，在原有KSEM HPLM硬质合金刀片的基础上进行修改，使其更够直接达到生产所需的型面要求，一次成形（见图6），大大提高了生产效率。

3. 工艺装备要求

（1）在加工路线方面，必须先用配有KSEM PCM标准钻头刀片的短钻头预钻中心孔（可保证在后续加工时钻尖重合，达到更高的钻削精度），保证最小深度tz＞2D（见图7），再用配有KSEM HPLM硬质合金刀片的长钻头进行后续加工直面部位，最后用配有带有R型面的非标硬质合金刀片的长钻头加工内孔的型面部位。一般不能使用普通的钻头刀片作为中心钻，如遇特殊情况使用普通中心钻时，则需降低原有切削速度及进给量，以原有一半为宜。

图4 KSEM PCM 刀片

图5 KSEM HPLM硬质合金刀片

图6 R型面的非标硬质合金刀片

图7 预制中心孔

（2）设备要求：必须使用自带内冷系统卧式加工中心，对于刀柄：只能使用与其配套的符合内冷要求的刀柄。

（3）切削液的选择：对于高强度钢材料，可选择水溶性、低油雾切削液，推荐使用FUCHS（福斯）金属加工液。

4. 深长成形盲孔钻削试验分析

试验件为某型号起落架里某零件毛坯，其局部具体结构如图1所示，材料为A100钢，钻削加工φ26mm、长346mm的深长盲孔底部带有R5mm的型面，长径比约为13∶1，内孔及型面粗糙度均为Ra=3.2μm；试验使用卧式加工中心，主要使用如图8所示钻头，钻削工艺为：预钻中心孔→加工孔径直面部位→加工型面部位，切削液选用FUCHS。

试验过程中，切削速度为500～600r/min，进给速度为80～100mm/min，通过后续大量零件产品加工，我们得到经验数据：

图8 KSEM钻头

（1）当转速为600r/min、切削速度为80mm/min时，钻孔效果最为理想，可得到光亮的C状切屑，方便切屑直接由内冷系统吹出，同时切削过程平稳，刀具寿命较好。

（2）在合理的工艺参数下，钻削过程平稳，振动较小，但当刀具出现磨损时，钻削过程容易振动，影响产品加工的表面质量。大量试验证明，在合理的切削参数下，一片刀片至少可以加工20～25件零件，总深度达到6 900～8 600mm。

（3）孔径尺寸稳定，变化较小，被加工表面粗糙度等也满足产品要求。

5. 结语

通过该深孔钻削工艺，成功解决了某型号起落架某零件批量高效生产加工的问题，改变了传统加工方式，减少了工人繁琐的操作过程，同时也减少了人为因素造成产品超差率，最重要的是加快了生产流程，同时极大地提高了生产效率，降低生产成本的同时也保质保量地按时完成了节点任务，保证各项交付任务等顺利进行。