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用新型钢结硬质合金钻头加工铜镍合金
8 _! Z1 z, p# S0 S" I7 B! d V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。
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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。 C: D! U0 z2 N4 X$ Q
表1 BFe30-1-1化学成分 % d! j% A- Z( ? Z$ a
| 适用标准 | Ni+Co | Fe | Mn | Cu | Zn | Si | Pb | S | C | P | Sn | 杂质" n7 f l9 k$ `; s/ V$ M
总和 | GB52349 [) ]8 _* R; E! ]1 s9 }1 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 |
5 ~# k) a; G ?" r, n+ _表2 BFe30-1-1力学性能 : K5 c, d( \0 A$ y
| 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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# }+ {+ u) K# H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。 6 f9 F7 L: F+ s3 H! W$ V3 ?5 z& d5 T
, A% m4 W5 e% R8 N) P5 a3 j. a
2 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)。 : ~" Q7 q1 [6 G. t; i: _
图 Ø15mm钢结硬质合金麻花钻 2.1 增大钻芯厚度K值 0 P0 g; K& |# ?
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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。 ; b' H$ N4 V$ d$ v
1 W2 U" X/ z, }9 L/ ~) U2.2 减小螺旋角β 5 H8 ^7 w/ o* A' v3 c) G4 x
1 z: W5 V1 E& v) P* p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。 9 C" v3 w# D) f
4 W) m7 [; g7 B: z, B, ^* j: o4 d2.3 主切削刃增开分屑槽
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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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2.4 减小刃带宽度f ! `( ^2 I. T5 j7 q! a/ j7 d8 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 M3 O# H2 e1 A1 j H
2 W# O- q& `$ f3 o/ g5 g1 \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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. n5 ?/ M! V% q C% f4 e* H3 钢结硬质合金钻头的制造 - W. Q' Q3 }! t( i, _4 X* J) h
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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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3.1 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。
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3.2 铣削加工 ! h9 R" Z7 z. O
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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。
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* o! j* A& F* P2 }4 X- l3.3 磨削加工 / O3 e3 |$ s2 _! r; |
: n$ D4 o# [4 o3 U: L- H/ \9 _5 E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。 $ @6 j) Z; M7 I/ i! C) l8 S
; g/ R5 s2 l" D: M/ p# B# g/ b0 |3.4 对焊
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* @2 f: [6 f( B4 C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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3.5 热处理
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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。 * o& p. t3 [3 ]1 L. j' O
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发表于 2009-8-15 16:22:16
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