在有些零件上鉆削交叉孔并非難事,這些零件的結構通常比較簡單(如鋁制閥體),孔也不太深,且容易對中,而且客戶也可以容忍在兩孔相交處有一些小毛刺。
在已完成交叉孔鉆削的歧管缸體上加工孔口
但對于另一些零件,如材質為P-2工具鋼、用于制造復雜醫療器件的注塑模具,在其上鉆削密集的高精度交叉孔卻遠非易事,即便是經驗豐富的機械師,對此也深感頭痛。
即使是鉆削簡單的交叉孔,也存在不少挑戰,包括刀具磨損快、排屑不暢、難以去除毛刺,以及可能會導致最結實的鉆頭折斷的刀具撓曲變形。但是,也有一些解決方法,可以使鉆削交叉孔的任務變得更輕松。
住友電工硬質合金公司的應用工程師Dan Habben認為,鉆削交叉孔始終是一個難題。
他笑道,“或許我能提供的最好建議是:不要鉆削交叉孔!”他正與汽車零部件供應商合作,探尋在各種柴油發動機零件(從變速箱體到液壓閥)上鉆削交叉孔的最佳方式。“我們的客戶需要切削大量鋁合金和灰鑄鐵壓鑄件,毛刺是我們遇到的主要問題之一,加工鋁合金壓鑄件時尤其如此。在液壓系統中,孔的潔凈度至關重要。殘留在工件上的任何切屑或毛刺都可能會進入液壓系統,并損壞液壓閥或液壓泵。”
一種可能的解決方法是對鉆頭進行有效的刃口制備,并適當調整進給率和切削速度。Habben說,“在這種情況下,我們通常建議對鉆頭進行修整,即在鉆頭外緣刃帶上磨出45°的倒棱,并輔以輕度的刃口制備,比如說,在切削刃上制備出小的T形棱帶,或進行大約0.08-0.10mm的鈍化處理。鉆削交叉孔時,使用鋒利的刀具尤其重要。”
但Habben表示,這只是優化交叉孔鉆削的一部分。“當鉆尖鉆通交叉孔時,應當遵循一項經驗法則:將進給率降低大約50%。這有助于減少毛刺數量,同時還能減小鉆頭的撓曲變形,當前后孔相互偏心時尤其如此。”
此外,還必須考慮鉆削加工順序。Habben說,“很多閥體都是先用孔口刀具加工閥座,然后再鉆削液壓系統的小交叉孔,而這些孔通常容易偏心。在這種情況下,正確規劃加工順序至關重要。例如,你應該首先鉆削液壓系統的小直徑孔,然后再用孔口刀具加工閥座,因為直徑較大的孔口刀具通常長度較短,可以更好地控制撓曲變形。”
住友電工的Habben也認為刀片式鉆頭不適合用于交叉孔鉆削,建議采用整體硬質合金鉆頭和可換鉆尖式鉆頭。他說,“刀片式鉆頭在交叉孔鉆削中表現不佳,因為它們只有一個有效切削刃,且容易撓曲變形。對于直徑小于12.7mm的交叉孔,整體硬質合金鉆頭是唯一的選擇。”但他也指出,對于直徑較大的交叉孔,需要考慮刀具成本問題。
可換鉆尖式鉆頭的成本僅為整體硬質合金鉆頭的一半左右,而且加工精度也不錯。“許多交叉孔都是深孔,孔深可能會達到孔徑的12-20倍。當孔徑尺寸范圍在3.2-25.4mm或更大時,這樣長的整體硬質合金鉆頭可能相當昂貴,大直徑鉆頭尤其如此,每支鉆頭可能要花費500-800美元。”
Habben介紹說,可換鉆尖式鉆頭的幾何形狀與整體硬質合金鉆頭基本相同,它有兩個一體化設計的有效切削刃。鉆尖頭用螺釘固定在鉆柄的鋸齒狀接合部上。這種連接方式具有很高的定位精度和傳動強度。
由于鉆削交叉孔時可能會產生大量切削熱,因此采用先進的刀具涂層和大量冷卻液也有助于優化加工。Habben說,“涂層大有裨益,因為在交叉孔鉆削中,許多時候需要降低進給率,這意味著成屑性能不佳。”他指出,住友電工提供了一種厚度僅有幾微米的TiAlCr涂層。這種涂層采用納米涂層技術制備,這意味著涂層非常薄、非常光滑,雖然其成本大大低于金剛石涂層,但提供的刀具壽命卻與金剛石涂層不相上下。”
Habben認為,排屑至關重要。“為了沖走切屑,應使用壓力大于600 psi(磅/英寸2)的高壓冷卻液。當你鉆削直徑較大(如9.5mm以上)的交叉孔時,必須使用能增大冷卻液流量的冷卻泵。鉆削直徑12.7mm的孔時,冷卻液流量應達到5-10gpm(加侖/每分鐘);鉆削直徑更大的孔時,冷卻液流量則需達到15-20gpm。這樣才能為你提供可彌補鉆通交叉孔時冷卻液損失所需的流量。”
Habben最后指出,機械師往往會忽略一件事——鉆頭的徑跳誤差(TIR)應小于0.025mm,最好能優于0.013mm。減小徑跳誤差是提高刀具壽命和鉆孔精度的一個關鍵要素。對于許多加工車間來說,聽起來這似乎是一種苛求,但Habben認為,使用高品質的液壓刀具夾頭或熱裝刀具夾頭,可以很容易地實現這一目標。