閥門零件的孔加工

    閥門是現(xiàn)代工業(yè)、農業(yè)能源、化工、冶金、熱力及日常生活必不可少的易耗產品，為了擴大市場占有率，因此如何提高閥門的生產效率，降低生產成本正是各閥門公司迫在眉睫的要解決的問題。

    閥門的機械加工主要是閥體和閥瓣的車削類加工和鉆鏜類加工，而其中鉆孔約超過整個加工工時的1/2如再要提高相對比較困難，而鉆鏜類加工的效率比較低，有較大提高的可能，因此，我公司就鉆鏜類加工進行了多次試驗，使得孔類零件的加工效率有了明顯的提高。

    下面我分別對不同要求的孔進行對比，分析和改進：

一．關于IT14級要求的孔的加工

1. 我們先來看一下以下實例：

工件材料：A105鍛件

加工內容：鉆孔32-Φ51深125

加工設備：立式加工中心

加工工效：100元/小時

硬質合金方案

刀桿費用：2500元

刀片費用：34元/次

推力5500N

扭距120Nm

麻花鉆方案

鉆頭費用：150元

推力14439N

扭距203N-m

    從以上實例我們可以看出采用“硬質合金U鉆”鉆孔的效率是“高速鋼麻花鉆”鉆孔的 4.7倍，單位零件加工成本下降 73%。在其它切削試驗中也得到相類似的結果，目前“硬質合金U鉆”以是加工中心中不可缺少的鉆孔刀具。

2. 下面我對 “高速鋼麻花鉆”（見圖1）和“硬質合金U鉆”（見圖2）進行討論：

圖1

圖2

    "U鉆"由于采用不重磨螺釘固定式刀片，在加工零件時刀桿不會縮短，因此，它的長度同"高速鋼麻花鉆"相比要短得多（它不需要留刃磨余量），根據壓桿的穩(wěn)定性原理(見公式1)，僅長度減短使其臨界壓力Pcr約為麻花鉆的1.5倍以上,因此"U鉆"的剛性要比"高速鋼麻花鉆"好得多，正是由于這一點，"U鉆"所加工的孔的表面質量和鉆孔的位置精度都要比"高速鋼麻花鉆"好得多，也正是由于它的高剛性設計，用"U鉆"鉆孔時不需要用"中心鉆"定位，節(jié)約了加工時間，提高了加工效率，降低了生產成本。也正是由于它的高剛性設計，它還適合于加工小斜面上的孔和凸型及凹型面上的孔。

根據壓桿的穩(wěn)定性原理，壓桿類零件的臨界壓力： 

Pcr = p²EI /（µ*l）²……………………………………………(公式1)其中µ為系數，對于U鉆，µ=2

    從切削受力方面分析"硬質合金U鉆" 與"高速鋼麻花鉆"切削特點,"U鉆"由于采用了不重磨螺釘固定式刀片，對于不同的加工材料，我們可以選擇不同的刀片材質和不同的卷屑槽型，從而改變了刀具的切削刃的切削角度，并且通過刀體上的刀坑的角度的變化使得內外刀刃的切削角度發(fā)生變化，從而使鉆心處有比"高速鋼麻花鉆"更有利的切削角度，從而大大降低了鉆頭的軸向力，（根據刀具樣本提供的數據約為麻花鉆的2/5），由（公式1）可知，這樣提高了它鉆孔時的剛性。

    "高速鋼麻花鉆"為了在鉆孔時不偏離位置，需要在正確位置預鉆中心孔，并且要求操作工有具有相當的磨鉆頭的能力，否則無法將孔鉆直。而"U鉆"對操作工就沒有這方面的技能要求，它在刀體設計時就以采用了力平衡設計。

    "U鉆"的刀片可以根據不同的加工材料和熱處理狀態(tài)選擇刀片的材質和切削槽形，以獲得穩(wěn)定的鐵屑形狀并在內冷卻液的作用下順利地排出孔外，從而獲得較好的表面質量,同時也由于通過對鐵屑形狀的有效控制并有內冷卻液促進鐵屑順利地排出孔外，"U鉆"的刀體設計可以縮小排屑槽，從而最大程度地提高刀體的剛性。

    從刀具的結構上分析"硬質合金U鉆" 與"高速鋼麻花鉆"切削特點：其切削刃為"硬質合金"，眾所周知硬質合金具有相當高的硬度及具有相當高的紅硬性，又因為"U鉆"的刀片是不重磨螺釘固定式刀片，它不需要釬焊，刀片不發(fā)生退火現(xiàn)象，更有利于保持刀片原有的硬度，因此用它制成的刀具具有相當高的切削速度（100~350m/min），這是高速鋼刀具所無法比擬。同樣由于"U鉆"的刀片的高硬度及具有高的紅硬性因此這種刀片也具有相當高的耐磨性，其使用壽命遠遠高于高速鋼刀具，因此大大減少了換刀具的時間，提高了機床的利用率，同樣由于其刀片為不重磨刀片，大大減少了操作工磨鉆頭的時間，也減少了重復對刀的時間，從而大大提高了機床的利用率。

    由于"U鉆"的加工精度較低，直徑分級較大，無法用于螺紋底孔的加工，而閥門加工決離不開螺孔，為了解決"U鉆"鉆螺紋孔的要求，我們還可以通過在"U鉆"刀柄部加上一個偏心套筒，使得刀具能在-0.2~+0.5mm之間調整，從而解決了大于M16螺紋底孔的加工，提高了生產效率，降低生產成本。

"U鉆"的缺點：

刀體較貴。

深度較淺，不超過5倍直徑。

機床一般需有內冷卻。

二．關于IT10級要求的孔加工和直徑小于Φ12的鉆孔加工

    對于直徑小于Φ12的鉆孔加工過去都采用中心鉆定位，再用麻花鉆鉆孔，這樣的生產效率很低，我公司曾有一個零件要鉆6個Φ10.2深25盲孔，原用中心鉆定位，再用麻花鉆鉆孔，共要加工9分鐘，針對這一情況，我們同刀具供應商一起討論，最終采用了具有以下加工特點的硬質合金鉆頭（見圖3）：

在平面上垂直鉆孔無需預鉆中心孔就能達到定位精度小于0.02mm.

能達到較高的表面質量

高剛性的螺旋槽結構，有利于鐵屑的排出。

表面復合鍍層能減少刀具的磨損和積屑瘤的形成。

內冷卻設計，使鐵屑快速排出。

經過這一改進，現(xiàn)加工這一工步只需要3分鐘，比原來提高了效率3倍，大大提高了生產效率。

硬質合金鉆頭的缺點：

鉆頭較貴。

刃磨困難，要有專用磨床。

機床需有內冷卻。

三．復合刀具的發(fā)展及在閥門加工中的應用：

    復合刀具起源于階梯麻花鉆和成形刀具，用來加工一些臺階孔，由于當時主要采用高速鋼刀體磨制而成，在加工碳鋼類零件時壽命尚可，但在加工奧氏體不銹鋼時則壽命相當短，而且由于是定尺寸刀具，磨損后無法進行調整，只得將整個刀具報廢，因此無法在閥門加工中得到推廣。

    新一代復合刀具的崛起：隨著硬質合金技術的發(fā)展，不重磨刀片的普及，現(xiàn)代化高精度數控加工中心的出現(xiàn)，為了適應不斷提高的生產力水平發(fā)展的需要，為了提高生產效率，不重磨刀片式的復合刀具迅速發(fā)展起來，

    不重磨刀片式的復合刀具在閥門加工中的應用：眾所周知閥門一般都有一個控制閥瓣啟閉的閥桿，而閥體上都有通過閥桿的中口填料孔（如圖4），原采用角尺車模車削加工，由于角尺車模離心力大，不能采用高速切削，生產效率低，表面質量差，生產質量不穩(wěn)定。后我公司進行技術改進，將中口加工放到加工中心加工，采用常規(guī)刀具加工（需要6件刀具）表面質量明顯提高，生產質量也明顯提高，但生產效率還不夠理想，為了進一步提高生產效率，我們與刀具商合作，定制了專用不重磨刀片式的復合刀具，則刀具數量減少到2件刀具，使換刀時間減少了2/3，生產效率明顯提高。

    不重磨刀片式的復合刀具也有一些缺點，它是非標刀具，訂貨時間長，價格昂貴，只適應大批量生產而不適應小批生產。為了單件小批的生產或新產品試制中，我們經常采用模塊化設計的刀具，它在一定范圍內能調整尺寸，完成加工任務，以后又可再組裝成其它尺寸的刀具，它具有很大的靈活性。

    上面是我對閥門零件的孔加工的一些初步的膚淺的認識，我們應該根據具體不同的加工情況，及設備條件，選擇合理的加工方案以得到最大的效益。隨著科學技術的不斷進步，新的加工技術也會不斷出現(xiàn)，只要我們能正確認識新技術，合理使用，就一定能從中得到收獲。