槍鉆涂層后,槍鉆的支撐圓弧面對孔壁的擠壓效果增強,又因為刀具許用轉速的提高,使鐵屑長度變短,排屑更加流暢,軟材料的深孔加工獲得了滿意的加工質量,我們通過案例來驗證一下。
液壓閥板,是工程自卸車上的重要液壓零部件。該零件上有相互垂直的兩個ϕ16mm過油孔,這兩個過油孔的深孔加工是該零件最關鍵的工序。
液壓閥板的材料為45鋼,鉆孔前熱處理硬度為HB180。
深孔鉆床做為半精加工,按工藝要求,必須將孔徑尺寸的一致性控制在ϕ15.94±0.015mm,孔粗糙度小于Ra1.6,為隨后的精加工桁磨做工藝準備。
最初加工狀態如下:
機床采用數控深孔鉆床ZK2120×4/300,一次裝夾四件工件。刀具采用國產硬質合金槍鉆。
加工參數:鉆頭轉速:1500r/min,進給量:0.03mm/r,油泵壓力為4MPa。
加工一組工件后,檢測四個工件:發現孔徑尺寸分別為:ϕ15.95、ϕ15.96、ϕ15.93、ϕ15.96,有兩個工件的孔徑尺寸超差。更為嚴重的是,內孔的粗糙度較差,并且有不規則的溝槽。后經分析,溝槽為鐵屑在孔壁的劃痕。經后道工序桁磨實驗,溝槽較深,無法桁磨消除。又加工幾組工件,情況類似。后又改變刀具角度,增大油泵壓力,加工狀況均無明顯改善,不能滿足加工要求。
隨后,為了排除刀具因素,更換了槍鉆廠家,采用進口山特維克硬質合金槍鉆,其他加工參數同上。加工結果孔徑尺寸和粗糙度與國產槍鉆相比均有不同程度的提高。但批量生產仍有30%左右的工件孔徑尺寸超差,另外,孔壁依然會間斷出現劃痕,造成約35%的工件因劃痕太深無法桁磨。
我們將工件鉆孔前的熱處理硬度提高至HB220左右,同樣采用上述加工參數,深孔加工孔徑尺寸可以控制在ϕ15.94±0.013mm,粗糙度Ra1.6,孔壁劃痕大量減少。完全可以滿足后道桁磨工序要求。經分析,造成孔徑尺寸及粗糙度超差,最主要的原因是工件材料硬度太低。深孔加工時,工件對刀具的支撐不夠,造成孔徑尺寸不穩定;并且,因為工件材料硬度低,鐵屑很容易在孔壁劃出劃痕。
但是,提高工件材料熱處理硬度,會增加一筆不小的熱處理費用。并且,因工件硬度提高,刀具磨損加大,也造成加工成本的上升。所以,提高材料硬度并不是最優解決方案。
針對材料偏軟的情況,我們將槍鉆的硬質合金鉆頭做涂層處理。涂層材料為TiN,涂層厚度2um。涂層槍鉆與普通槍鉆相比成本增加有限。
加工參數:鉆頭轉速:1680r/min,進給量:0.035mm/r,油泵壓力為4MPa。加工一組工件后,經檢測,四個工件:孔徑尺寸分別為ϕ15.945、ϕ15.95、ϕ15.94、ϕ15.945,內孔粗糙度Ra0.8~Ra1.6。內孔的鐵屑劃痕幾乎消失,加工效果非常理想。又連續加工幾組,加工狀態非常穩定。
經大批量加工試驗,涂層刀具壽命較未涂層的普通刀具延長50%左右,降低了加工成本。更重要的是,加工質量大大提高,完全可以滿足加工要求。