用新型鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭加工銅鎳合金

    汽輪機(jī)冷凝器(熱交換器)管板通常選用低碳鋼或低合金鋼材料制造，但對于一些要求具有耐腐蝕性和較高機(jī)械性能的管板，則需選用銅鎳合金材料BFe30-1-1，這種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。

    由于材料成分含鎳較高，因此機(jī)械加工性很差，尤其對于在半封閉狀態(tài)下進(jìn)行的鉆孔工序，加工更為困難。如采用W18Cr4V高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆加工，由于被加工材料韌性和粘性均較大，切削刃極易粘屑并產(chǎn)生積屑瘤，使刀具刃口迅速鈍化，從而導(dǎo)致刀具校正刃與孔壁劇烈擠壓和摩擦，產(chǎn)生刺耳噪聲，加工幾個或幾十個孔后，刀具主切削刃和側(cè)刃即嚴(yán)重磨損，如繼續(xù)加工，則切屑會將管板孔壁拉出較深溝槽，嚴(yán)重時會造成鉆頭折斷。為解決銅鎳合金管板孔的加工難題，我們研制了新型鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭。
1 刀具材料
    刀具材料選用株洲硬質(zhì)合金廠提供的D3牌號鋼結(jié)硬質(zhì)合金，這是一種新型工具材料，由高速鋼粉末和硬質(zhì)合金粉末混合后壓制、燒結(jié)而成，主要成分為W18Cr4V(70%)和WC(30%)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的使用性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，其硬度高于高速鋼(熱處理硬度68～71HRC ) ，而強(qiáng)度高于硬質(zhì)合金，用其制作的麻花鉆可在搖臂鉆床上對銅鎳合金管板孔進(jìn)行鉆削加工。鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭在結(jié)構(gòu)及幾何角度上作了某些改進(jìn)，較為顯著地提高了切削效率和刀具壽命，可以滿足加工要求。在Vc=26～30m/min, f=0.36～0.50mm/r條件下，刀具每刃磨一次可加工150～300個孔。
2 鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭加工銅鎳合金時，在提高切削效率和刀具壽命方面具有較大優(yōu)勢，但由于其強(qiáng)度低于高速鋼刀具，如采用標(biāo)準(zhǔn)型式麻花鉆結(jié)構(gòu)，則無法進(jìn)行正常加工。為此，需對鉆頭結(jié)構(gòu)和幾何角度作如下改進(jìn)設(shè)計(見圖)。
增大鉆芯厚度K值
    國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鉆芯厚度K 值每100mm增大1.4～2.0mm，現(xiàn)改為每100mm增大2.2～2.8mm。增大鉆芯厚度可提高鉆頭切削部分剛度。li>減小螺旋角
    國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ø15mm麻花鉆螺旋角=30°，現(xiàn)改為=25°。減小螺旋角有利于粘而硬的切屑順利排出。
主切削刃增開分屑槽
    在兩個對稱的180°主切削刃上交叉開出三條月牙形分屑槽，以減小軸向切削力，同時可為排屑創(chuàng)造有利條件。
減小刃帶寬度f
    國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ø15mm麻花鉆刃帶寬度f＝1.0mm，現(xiàn)減小f=0.75 mm。減小刃帶寬度可減小刃帶與孔壁的摩擦，減少刀具磨損。
修磨橫刃
    鉆削軸向力的大小與橫刃的大小密切相關(guān)，為減小切削抗力，將橫刃寬度改為0.7～1.0mm(約為原橫刃寬度的1/3)。
3 鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的制造
    鋼結(jié)硬質(zhì)合金刀具的制造工藝不同于普通高速鋼和硬質(zhì)合金刀具，具有一定特殊性，其加工要點(diǎn)如下。
車削加工
    鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料硬度一般為32～35HRC ，硬質(zhì)合金成分為WC ，切削用量宜采用低速小走刀量和較大切深，刀具材料宜選用YG類牌號，以YG8N為佳。
銑削加工
    鉆頭溝槽和刃背的銑削加工可采用標(biāo)準(zhǔn)型式的高速鋼成型銑刀，但切削用量的選用應(yīng)比加工普通高速鋼鉆頭時低(約為2/3)。加工過程中不宜使用切削液，因?yàn)殂娤鳟a(chǎn)生的切屑一般為碎屑，易與切削液混合為糊狀，會加劇刀具磨損。
磨削加工
    磨削鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的鉆刃時，采用金剛石或碳化硅砂輪為佳，砂輪應(yīng)經(jīng)常修整，以保持磨輪刃口的鋒利性，否則易使刀刃退火，有時由于磨削徑向力過大，甚至?xí)�使刀具對焊處發(fā)生斷裂。
對焊
    鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的頭部和柄部(40Cr)材料的導(dǎo)熱率相差較大，如仍采用高速鋼刀具對焊工藝無法保證對焊質(zhì)量，為此對焊前應(yīng)將40Cr刀柄先行加熱，然后再快速放在對焊機(jī)上與鋼結(jié)硬質(zhì)合金棒料一起對焊。
熱處理
    鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的熱處理是保證鉆頭質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。淬火溫度對刀具硬度影響較大，如淬火溫度＞1260 ℃ ，會出現(xiàn)金屬析出現(xiàn)象，使刀具硬度和強(qiáng)度大為降低；如淬火溫度＜1180 ℃ ，則難以保證鉆頭的硬度要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳熱處理工藝參數(shù)為：1200 一1230 ℃ 淬火，560 ℃ 三次回火。
4 鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭的合理使用
開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查
    與高速鋼鉆頭相比，鋼結(jié)硬質(zhì)合金鉆頭性質(zhì)較脆，抗振性和抗沖擊性較差，因此將鉆頭安裝在過渡套和主軸內(nèi)孔中時，鉆尖應(yīng)避免與工件碰撞(最好在機(jī)床或工件上放一塊木板)。鉆頭安裝好后應(yīng)檢查其徑向跳動(要求控制在0.03mm以內(nèi))，徑跳過大加工時易使鉆尖振碎，另外還應(yīng)檢查鉆頭180°鋒角的對稱性，鉆刃不對稱將影響加工穩(wěn)定性，并使孔徑擴(kuò)大。
切削用量
    根據(jù)對BFe30-1-1材料的鉆削試驗(yàn)，以Ø15mm鉆頭為例，推薦切削用量為n=500～630r/min, f=0.36～O.50mm/r 。一般情況下，當(dāng)出現(xiàn)不正常的鉆孔噪聲或切屑顏色明顯變化時，就應(yīng)及時對鉆頭進(jìn)行修磨。為安全和方便起見，也可制訂強(qiáng)制性鉆頭刃磨標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到規(guī)定切削長度即對鉆頭進(jìn)行刃磨。
切削液
    為延長刀具壽命，鉆削BFe30-1-1材料時應(yīng)進(jìn)行充分冷卻。切削液宜選用冷卻效果較好的水劑極壓切削液，如無條件時也可使用乳化切削液。
5 加工效果
    采用新型鋼結(jié)硬質(zhì)合金麻花鉆加工BFe30-1-1材料的切削效率比采用高速鋼刀具提高4～5倍，刀具壽命也從原來每刃磨一次加工1.5～2m增加到10～15m。此外，切削過程穩(wěn)定可靠，基本消除了加工噪聲，改善了操作環(huán)境。
6 需注意的問題
    為改善鋼結(jié)硬質(zhì)合金刀具的切削性能，必須進(jìn)一步提高刀具材料強(qiáng)度，改善材料的對焊性能。
    應(yīng)進(jìn)一步完善鋼結(jié)硬質(zhì)合金材料的冷、熱加工工藝，以降低刀具加工成本，保證加工質(zhì)量。
    應(yīng)結(jié)合加工實(shí)踐選取最佳刀具幾何角度和切削用量，以防止鉆頭折斷，提高刀具壽命。