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用新型钢结硬质合金钻头加工铜镍合金
# }3 n2 X' \1 P2 a0 i$ S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和表2。 ) w; y1 }; o* \
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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。
" @, K# q1 V8 W6 |: D) G% W表1 BFe30-1-1化学成分
# }/ i, h6 ^' Y3 D0 s| 适用标准 | Ni+Co | Fe | Mn | Cu | Zn | Si | Pb | S | C | P | Sn | 杂质
# R7 ~5 B' M+ K: e, R+ n总和 | GB5234+ h; m, A2 L; l9 a% R+ I% x
-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 |
) L6 m6 S5 c7 T' w) d% \表2 BFe30-1-1力学性能 0 h4 P8 ]- G4 C9 {' r0 i
| 品种 | 状态 | sb(MPa) | sb(%) | 供货材料硬度 | | 板材 | M | ≥375 | ≥23 | 60～70 | | Y | ≥535 | ≥3 | 100 |
1 刀具材料
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; s9 M0 i2 K* @! r9 S+ o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。 + U; C2 z3 {: O- Z! _4 l* y5 M
0 I! R) q4 g# V! b( W# K8 |$ T3 n2 钢结硬质合金钻头的结构设计
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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)。 * j0 M. y+ s" Y+ t+ b2 Z6 w
图 Ø15mm钢结硬质合金麻花钻 2.1 增大钻芯厚度K值 8 {+ [ E3 j: H* O l& M
/ N; J% [! v5 f6 k: K) K" T
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。
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2.2 减小螺旋角β
- @4 B: S# p% r9 B) H$ q* w! D1 z$ L) `5 [) Z; L
国家标准规定Ø15mm麻花钻螺旋角b=30°，现改为β=25°。减小螺旋角有利于粘而硬的切屑顺利排出。
$ {6 Y* p) H+ ~; w9 h, J# R6 U
$ g( U% {1 q% o/ R8 e2.3 主切削刃增开分屑槽 5 ]6 S$ n! g6 p, l
" J" d8 \* T# X6 m) B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。
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$ F) x. Y/ @; m2.4 减小刃带宽度f
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国家标准规定Ø15mm麻花钻刃带宽度f＝1.0mm，现减小f=0.75 mm。减小刃带宽度可减小刃带与孔壁的摩擦，减少刀具磨损。
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2.5 修磨横刃 9 V) E# j1 w) H. q' g
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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)。 : }' d& u3 K6 v( @/ Q8 R
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3 钢结硬质合金钻头的制造 % N1 x0 a; \- m
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钢结硬质合金刀具的制造工艺不同于普通高速钢和硬质合金刀具，具有一定特殊性，其加工要点如下。
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6 F! A6 k5 p+ Y9 u9 U+ Y6 q* K0 a3.1 车削加工
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钢结硬质合金坯料硬度一般为32～35HRC ，硬质合金成分为WC ，切削用量宜采用低速小走刀量和较大切深，刀具材料宜选用YG类牌号，以YG8N为佳。 : V# R" q8 L' f: y
% J( ?1 ?( R& n- [* Q7 @! z
3.2 铣削加工 0 D/ @) r+ @- ~
G1 g, [$ r3 C( P4 y1 p钻头沟槽和刃背的铣削加工可采用标准型式的高速钢成型铣刀，但切削用量的选用应比加工普通高速钢钻头时低(约为2/3)。加工过程中不宜使用切削液，因为铣削产生的切屑一般为碎屑，易与切削液混合为糊状，会加剧刀具磨损。 3 I! e% p8 I' ?; w1 {- N
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3.3 磨削加工 ; h$ d8 V {, n6 T
& v% g0 N/ L+ I3 p5 }; g/ D磨削钢结硬质合金钻头的钻刃时，采用金刚石或碳化硅砂轮为佳，砂轮应经常修整，以保持磨轮刃口的锋利性，否则易使刀刃退火，有时由于磨削径向力过大，甚至会使刀具对焊处发生断裂。 % K; N3 ?2 ^% G' F' \* b
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3.4 对焊
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5 R5 k P1 W- D# ~- N; l钢结硬质合金钻头的头部和柄部(40Cr)材料的导热率相差较大，如仍采用高速钢刀具对焊工艺无法保证对焊质量，为此对焊前应将40Cr刀柄先行加热，然后再快速放在对焊机上与钢结硬质合金棒料一起对焊。
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) t& V# ]; ]& R: P6 R) [3.5 热处理 4 S/ h! H' x* {+ P& I/ h& U9 O
?- h, n! j. u1 c1 A2 X钢结硬质合金钻头的热处理是保证钻头质量的重要环节。淬火温度对刀具硬度影响较大，如淬火温度＞1260 ℃ ，会出现金属析出现象，使刀具硬度和强度大为降低；如淬火温度＜1180 ℃ ，则难以保证钻头的硬度要求。试验结果表明，最佳热处理工艺参数为：1200 一1230 ℃ 淬火，560 ℃ 三次回火。
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发表于 2009-8-15 16:22:16
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