在某加工實(shí)例中,需要在一個(gè)17-4PH不銹鋼U型鑄件上鉆削直徑為1/4'(6.4mm)、斜度25°的通孔。在鉆床鉆孔前,按需要的角度在夾具上夾緊工件,然后在夾具上安裝帶淬硬鋼襯套的鉆模。鉆孔時(shí)產(chǎn)生的鐵屑和冷卻液四處飛濺,且因?yàn)槌隹讜r(shí)鉆頭不時(shí)會(huì)斷裂,斷裂飛射物易造成人身傷害。
即使在今天,采用鉆床和帶襯套的鉆模仍是批量孔加工的有效方法,特別是在加工斜孔時(shí)更行之有效。這是因?yàn)殂@模襯套支撐著鉆頭,可防止鉆頭入孔時(shí)彎曲,出孔時(shí)可使操作者降低鉆削壓力以避免鉆頭斷裂。當(dāng)加工批量較小時(shí),很少采用鉆模夾具,操作者憑自己的經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)鉆頭加工斜孔。很多孔加工在橋堡鉆床(Bridgeport)上完成,該鉆床可使操作者獲得更好的加工感覺(jué),而在其他金屬去除率高的大型臥式鏜銑床或大型手動(dòng)機(jī)床上卻沒(méi)有。
圖1 在立式銑床上鉆削加工電纜卷筒軸斜孔時(shí)需要精細(xì)(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)
在加工316不銹鋼的電纜卷筒軸孔時(shí)需要細(xì)致的加工。將工件安裝在橋堡鉆床工作臺(tái)上,主軸頭傾斜45°,找到孔的中心線,然后用立銑刀在所需位置锪平面,接著采用HSS直柄鉆頭加工到交叉孔位置。可采用不同的方法來(lái)加工電纜卷筒軸孔,也可以借助正弦塊使工件傾斜至所需角度,這時(shí)需要計(jì)算來(lái)保證孔的正確位置。當(dāng)鉆至出孔位置時(shí),需要有良好的加工感覺(jué),因?yàn)檫@時(shí)鉆頭可能會(huì)折斷,這也是采用韌性更好的HSS鉆頭而不用合金鉆頭的原因。
除加工機(jī)床外,加工斜孔的最好方法是采用四棱邊鉆頭。每個(gè)切削刃帶兩個(gè)棱邊的鉆頭可使工件和鉆頭的接觸更充分。特別是在出孔時(shí),這種結(jié)構(gòu)有助于引導(dǎo)鉆頭和防止鉆頭偏移。對(duì)于鉆削淺孔,當(dāng)孔的斜度較小時(shí)通常不用引導(dǎo)孔來(lái)鉆削,但當(dāng)鉆削韌性很高的材料或位置精度要求高的孔時(shí)需要鉆引導(dǎo)孔。對(duì)于深徑比在8∶1以下的孔,通常也可以直接鉆削。如果采用瓦爾特DC170那樣的鉆頭,由于其棱邊對(duì)鉆頭周邊起到充分支撐作用,可防止振動(dòng)和偏移,加工時(shí)可不鉆削引導(dǎo)孔。
對(duì)于大多數(shù)的斜孔鉆削,推薦在入孔和出孔時(shí)采用比正常低30%-50%的切削速度和進(jìn)給量。在需要引導(dǎo)孔的場(chǎng)合,通常不用鉆頭鉆引導(dǎo)孔,而采用底齒中心切削的立銑刀來(lái)銑尺寸相同或略大的引導(dǎo)孔。比銑引導(dǎo)孔更好的方法是:采用鉆尖為180°的平底鉆來(lái)鉆引導(dǎo)孔,可獲得更高的金屬去除率、加工精度以及更長(zhǎng)的刀具壽命。
套料鉆也可用于斜孔加工,它看起來(lái)像一把中空的立銑刀,加工時(shí)不與孔中心部位的材料接觸,而是通過(guò)移除孔周邊的材料來(lái)加工精確孔。在取出套料鉆時(shí),芯部材料被彈出。因?yàn)樘琢香@移除的是孔邊緣部分材料,加工所需的功率和推力比傳統(tǒng)的制孔工具低很多,因此套料鉆更適合在磁力鉆床和手工鉆床上使用。當(dāng)CNC機(jī)床的主軸功率有限時(shí),套料鉆也常用于制孔。在孔的傾斜度≤20°時(shí),套料鉆也可用于斜孔加工。如果所加工的材料不是軟質(zhì)材料,加工時(shí)的橫向載荷會(huì)非常大,這時(shí)刀具就有破碎的危險(xiǎn)。建議在入孔時(shí)降低進(jìn)給速度,直到鉆頭完全鉆入。因?yàn)樘琢香@完全自支撐,在出孔時(shí)不必降低進(jìn)給速度。
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圖2 套料方法通常用于加工≤20°的斜孔(鼠標(biāo)懸浮窗口放大，單擊查看放大全圖)
鉆斜孔時(shí)一般要采用襯套來(lái)支撐鉆頭,有時(shí)可采用軟質(zhì)金屬如黃銅而非淬硬鋼來(lái)做襯套。某客戶在鉆斜孔時(shí)發(fā)現(xiàn),切屑會(huì)纏繞在鋼制襯套和刀具之間。把襯套改成黃銅后,排屑得到改善,繞屑問(wèn)題也完全解決。
當(dāng)需要加工復(fù)雜、復(fù)合角度的斜孔時(shí),采用鉆模襯套的方法既不切合實(shí)際也不經(jīng)濟(jì)。
加工復(fù)雜和高精度孔時(shí),首先要考慮的是精度要求和毛刺狀況。槍鉆依靠襯套將單刃的、非中心切削的鉆頭導(dǎo)入工件,也通過(guò)襯套提供高壓切削液。例如,鉆削汽車曲軸軸承頸的斜孔時(shí),需采用特殊設(shè)計(jì)的襯套,使襯套的凹面與軸承頸貼合。除采用特殊磨削的鉆尖外,在鉆頭周邊采用耐磨墊、正確的線速度和進(jìn)給可保證成百上千的孔按預(yù)期精度加工。
斜孔加工的最大挑戰(zhàn)之一是控制毛刺。在交叉孔處或出孔時(shí),鉆尖附近的切削液壓力降至接近零,排屑性能下降,切削區(qū)域的溫度上升。如在批量生產(chǎn)中采用的是特殊槍鉆,鉆頭與工件只有一側(cè)貼合,產(chǎn)生不均勻的鉆削力,因而不能有效切削,其結(jié)果是切削時(shí)工件材料傾向于被擠壓而不是剪切。
另一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是如何檢驗(yàn)交叉孔(如注塑模具和大量汽車零部件中的交叉孔)。例如,要鉆削一對(duì)直徑為0.080'、在4'-6'處相交的孔,就沒(méi)有實(shí)際可行的精確檢測(cè)方法。三坐標(biāo)機(jī)可用于探測(cè)零件內(nèi)孔的相交位置,但不能檢測(cè)鉆孔是否偏移。對(duì)此,最好是采用管道鏡來(lái)檢測(cè)相交孔。