新型钢结硬质合金钻头加工铜镍合金
汽轮机冷凝器(热交换器)管板通常选用低碳钢或低合金钢材料制造,但对于一些要求具有耐腐蚀性和较高机械性能的管板,则需选用铜镍合金材料BFe30-1-1,这种材料的化学成分和力学性能分别见表1。
表1 BFe30-1-1化学成分
适用标准
Ni+Co
Fe
Mn
Cu
Zn
Si
Pb
S
C
P
Sn
杂质
总和
GB5234
-85
29.0～32.0
0.5～1.0
0.5～1.0
0.5～1.2
基
≤0.3
≤0.15
≤0.01
≤0.05
≤0.006
≤0.03
≤0.7
由于材料成分含镍较高,因此机械加工性很差,尤其对于在半封闭状态下进行的钻孔工序,加工更为困难。如采用W18Cr4V高速钢标准麻花钻加工,由于被加工材料韧性和粘性均较大,切削刃极易粘屑并产生积屑瘤,使刀具刃口迅速钝化,从而导致刀具校正刃与孔壁剧烈挤压和摩擦,产生刺耳噪声,加工几个或几十个孔后,刀具主切削刃和侧刃即严重磨损,如继续加工,则切屑会将管板孔壁拉出较深沟槽,严重时会造成钻头折断。为解决铜镍合金管板孔的加工难题,我们研制了新型钢结硬质合金钻头。
1刀具材料
刀具材料选用株洲硬质合金厂提供的D3牌号钢结硬质合金,这是一种新型工具材料,由高速钢粉末和硬质合金粉末混合后压制、烧结而成,主要成分为W18Cr4V(70%)和WC(30%)。钢结硬质合金的使用性能介于硬质合金和高速钢之间,其硬度高于高速钢(热处理硬度68～71HRC),而强度高于硬质合金,用其制作的麻花钻可在摇臂钻床上对铜镍合金管板孔进行钻削加工。钢结硬质合金钻头在结构及几何角度上作了某些改进,较为显著地提高了切削效率和刀具寿命,可以满足加工要求。在Vc=26～30m/min,f=0.36～0.50mm/r条件下,刀具每刃磨一次可加工150～300个孔。
2钢结硬质合金钻头的结构设计
图 Ø15mm钢结硬质合金麻花钻
钢结硬质合金钻头加工铜镍合金时,在提高切削效率和刀具寿命方面具有较大优势,但由于其强度低于高速钢刀具,如采用标准型式麻花钻结构,则无法进行正常加工。为此,需对钻头结构和几何角度作如下改进设计(见图)。
增大钻芯厚度K值
国家标准规定,钻芯厚度K值每100mm增大1.4～2.0mm,现改为每100mm增大2.2～2.8mm。增大钻芯厚度可提高钻头切削部分刚度。li>减小螺旋角b
国家标准规定Ø15mm麻花钻螺旋角b=30°,现改为b=25°。减小螺旋角有利于粘而硬的切屑顺利排出。
主切削刃增开分屑槽
在两个对称的180°主切削刃上交叉开出三条月牙形分屑槽,以减小轴向切削力,同时可为排屑创造有利条件。
减小刃带宽度f
国家标准规定Ø15mm麻花钻刃带宽度f＝1.0mm,现减小f=0.75mm。减小刃带宽度可减小刃带与孔壁的摩擦,减少刀具磨损。
修磨横刃
钻削轴向力的大小与横刃的大小密切相关,为减小切削抗力,将横刃宽度改为0.7～1.0mm(约为原横刃宽度的1/3)。
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