硬质合金焊接式麻花钻的制造和实验研究

收稿日期:2009年6月硬质合金焊接式麻花钻的制造和实验研究

符国建1,2,张波1,2,马哲彬1

1上海工具厂有限公司; 2机械工业高速精密工具工程技术研究中心

摘要:硬质合金焊接式麻花钻头能够充分地利用硬质合金实心棒料和油孔棒料的料头,节约制造成本。在研究了焊接和实际的加工条件后改进了一种新的加工工艺。经实验证明可达到整体硬质合金麻花钻的使用寿命。

关键词:硬质合金;焊接;麻花钻

中图分类号:TG135+.5 文献标志码:A

Experimental Study and Manu facturing for Carbide Welded Twist Drill

Fu Guojian,Zhang B o,Ma Zhebin

Abstract:The carbide welded twist drill is generally preferred,especially in saving materials of solid carbide.The charac teristics of the conditions of drilli ng and welding are inves tigated and a new processing is developed.It has been proved by the ex peri ments that the life of the carbide welded twist drill has come to the li fe of the solid carbide twist drill.

Keywords:solid carbide;weld;twist drill

1 引言

随着硬质合金刀具制造技术的迅速发展,压缩成本、降低硬质合金材料的消耗已经成为各大工具制造厂的目标,而硬质合金焊接类刀具因能够降低生产成本所以近年来受到重视。但硬质合金焊接类刀具在国内至今都未出现标准系列产品,国际上也仅有一两家知名品牌厂商推出此类的标准系列产品。

许多工具制造厂家生产硬质合金刀具时间较长,积累了大量的硬质合金实心棒料和油孔棒料料头。而较短的料头无法用于标准刀具的生产,造成了极大的浪费,严重影响生产厂家的成本控制。因此研究、设计、制造硬质合金焊接式系列麻花钻头有重要的实际意义。

2 硬质合金焊接式麻花钻的制造

硬质合金焊接式麻花钻与整体硬质合金刀具在设计上最大的区别在于刀具的非切削刃部分采用的是钢体结构,通过不同的焊接工艺与硬质合金部分连接在一起。通过此次项目研究、设计和制造的硬质合金焊接式麻花钻主要分为两大类:硬质合金柄部焊接式麻花钻和硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻。

2.1 硬质合金焊接式麻花钻的几何设计

硬质合金柄部焊接式麻花钻柄部的钢体部分尺寸设计参照整体硬质合金钻头的标准设计,钢体与实心硬质合金棒料之间采用V形口互锁式的焊接方式,钢体与硬质合金部分相互锁紧,确保钻头组合体尺寸精度和整体刚性。同时,这种锁紧机构只有唯一的正确配合位置,使硬质合金部分易于安装到与之匹配的钢柄上。

硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻刃部采用1 2 -1 5d(d为刃部直径)的内冷孔硬质合金棒料,其余部分均采用钢体棒料,柄部尺寸设计参照整体硬质合金钻头的标准设计。钢体与油孔硬质合金棒料之间采用插入式焊接方法,避免了焊接处出现气孔造成焊接强度不够、焊料在加温融化后油孔被堵塞的问题,同时在钢体与硬质合金部分采用不同芯厚设计将刀具在数控机床加工中金刚石砂轮的损耗降到最低。图1、图2分别为硬质合金柄部焊接式钻头和硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻。

图1 柄部焊接式麻花钻

图2 齿冠焊接式内冷麻花钻

钻头的几何参数类似于整体硬质合金刀具,本次所设计的钻头( 10)的主要参数如表1所示。

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表1 焊接钻头主要几个参数

锋角( )后角( )叶宽(mm)刃宽(mm)120

8

5.9

0.7

2.2 硬质合金焊接式麻花钻的焊接处理

焊接工艺质量决定了刀具焊接部分的结合程度,直接影响刀具的使用寿命。而影响硬质合金刀具焊接质量的因素则包括硬质台金材料、焊料和焊接工艺参数等。

在焊接过程中检查的项目有:硬质合金与钢体焊接面的粗糙度,焊接面要平整,表面无切割痕迹;钢体内孔、硬质合金插入部分中心轴对称度要小于0 1mm 。本次焊接中采用的焊料为L304,厚度为0 15m m-0 25mm,焊剂为德国进口的硬质合金专用焊剂FH12,温度加热到810!-830!,保持3s-7s,焊后刀具表面粘附的焊剂采用喷砂去除。

传统的焊接方法生产率低,加温不均,难于控制温度、温升,要求操作者有较高的焊接水平。本次焊接主要采用高频感应加热法,生产率较高、操作方便、加热均匀、可以对焊接温度进行严格的控制,以减少在焊接过程中温度过高产生的硬质合金碎裂现象。同时设计了专用夹具来严格控制形状和大小,避免出现焊接气孔或堵塞油孔。

(1)硬质合金柄部焊接式麻花钻

硬质合金柄部焊接式钻头的钢体和硬质合金部分采用V 形结构,焊接点位于刀具中部或中部靠下位置,在焊接时要将焊料均匀地涂在硬质合金和钢体接口处。焊剂烘干后加热升温到700!开始加焊剂焊接。硬质合金焊接时加热速度对焊接裂纹的产生有非常明显的影响,因此焊接过程中要避免出现漏焊或由于温度过高、加热过快所产生的硬质合金裂纹。焊接完成后应放入保温箱保温、低温区应力处理。

(2)硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻

硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻的硬质合金部分较短,且带有内冷孔,钢体部分采用的是圆弧内凹结构,硬质合金部分则设计成圆弧凸台结构,两个内冷油孔位于硬质合金凸台上。经过多次焊接试验发现:为避免焊接后焊剂堵塞硬质合金头部内冷孔,应将硬质合金两个内冷油孔表面的焊接铜片去除,去除铜片大小要与内冷油孔面积相当,过大可能导致焊料壁口太薄,焊接处出现气孔造成焊接强度不够,过小会使得焊料在油孔处堆积过多导致焊料在加温

融化过程中造成油孔堵塞。

2.3 硬质合金焊接式麻花钻的数控加工数控刃磨工艺直接反映了刀具硬质合金部分和钢体部分焊接处的表面状况,决定了刀具的几何参数和外观质量。硬质合金柄部焊接式麻花钻的数控加工和整体硬质合金钻头的加工工艺相同,硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻数控加工工艺相对比较复杂,下面主要介绍硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻的数控加工工艺。

硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻在加工中需要交换使用RVD 金刚石砂轮和CB N 立方氮化硼砂轮来实现几何槽形的成型。频繁的交换使用RVD 砂轮和CBN 砂轮磨削硬质合金材料(RVD 砂轮主要用于加工硬质合金材料,CB N 砂轮主要用于加工钢材),砂轮的磨损相当大,成本较高,而且效率很低。鉴于此情况本项目采用了新的工艺:钢体部分在热处理后进行外圆磨粗、精磨后,在数控机床上用CB N 砂轮加工钢体部分槽形后,再与硬质部分焊接,其次再在数控机床上采用RVD 砂轮加工硬质合金槽形部分和头部尺寸;由于设计中使钢体部分比硬质合金部分的芯厚小0 05mm-0 1mm,为了使焊接处平滑、顺畅,有利于排屑,最后仅需采用RVD 砂轮对硬质合金和钢体连接部分进行抛光、微量磨削。这种加工工艺大大降低了RVD 砂轮对钢体部分的磨削量,减少了砂轮的磨损。

本次应用实验主要涉及硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻。经过了以上分析和采取有效的加工工艺后,可以制造出合格的硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻(如图3所示)。

图3 硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻

3 硬质合金齿冠焊接式内冷麻花钻的

应用实例

实验背景:加工转向器上、下盖孔钻削,以球墨铸铁(HB<320)为主要被切削材料,现场调研发现原来使用的整体硬质合金钻头平均可以加工240个孔。其加工的主要参数见表2。

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工具技术

表2 生产现场主要加工参数

平均加工孔数(个)转速(rpm)进给量(mm/r)切削深度(mm)

240

1600

0.3

40

用新设计的硬质合金齿冠焊接式内冷

麻花钻(NO.1)跟生产现场所使用的整体硬质合金钻头(NO.2)进行对比实验,实验目的在于对比新设计的焊接式钻头与整体硬质合金钻头的寿命。

由于原使用的整体硬质合金钻头可以加工大约240个孔,因此在两种钻头都加工了240个孔后作对比,其结果如图4所示。

NO.1 NO.2

图4 两种钻头加工240个孔后的磨损情况

从上图可以看出两种钻头都有磨损,但磨损情况不是很严重,均可以再使用。通过以上的实验可知,新设计的硬质合金焊接式麻花钻的切削性能完全能够达到现场所使用的整体硬质合金钻头的性能,达到了预期的目的。但焊接式麻花钻的价格明显低于整体硬质合金钻头,降低了生产成本。 4 结语

通过对焊接式硬质合金刀具的设计原则及现场

应用情况进行研究,认为该硬质合金焊接式刀具钻

尖参数设计符合一般整体硬质合金刀具设计原则,能够达到整体硬质合金刀具的切削效果,表现出了很好的切削性能,能够很好地适应调质合金钢的加工要求,在实验中收到良好效果和评价;利用公司积累的大量硬质合金实心棒料和油孔棒料料头,降低了硬质合金刀具的成本。虽然在刀具焊接处的强度相对于整体硬质合金刀具有所降低,但在正常情况下能够满足切削要求。

参考文献

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[6]E G West.The weldi ng of high mel ting point metals [J].Sheet Metal Ind.

第一作者:符国建,上海工具厂有限公司数控分厂,200093上海市

First Author:Fu Guojian,Shanghai Tool Works Co.,Ltd,Shanghai 200093,China

美∀华尔街日报#称当前中国西部地区经济发展向好

美国∀华尔街日报#中文网络版6月7日刊登题为∀揭开中国西部经济的新篇章#的文章,称当前中国西部地区经济发展向好。

中国经济正在向西看,但目光所及并非欧美发达国家,而是本土疆域之内的中国西部地区。改变东部口岸一枝独秀、实现沿海内陆均衡发展是中国由来已久的目标,现在这一计划似乎已有所进展。

这一计划有着重大的经济意义。由于企业和当地将为西部大开发计划修建必要的基础设施,因此中国固定资产投资规模仍将居于高位,而固定资产投资正是中国近期经济增长的主要动力。另外,中国西部这一未被充分开发的地区还可为国内外公司提供快速增长的市场。

中国国际金融有限公司经济学家哈继铭表示,大规模的产业西迁计划正在进行,去年中国内陆地区外商直接投资增长速度远远超过沿海地区。

对中国而言,产业西迁来得正是时候。中国也希望东部省份引进高科技制造业,而将技术含量较低的产业

迁至内陆地区。那些比以往更希望降低成本的企业、特别是公司也乐于跟从中国的指引。美国环球通视有限公司的经济学家阿利斯泰尔 桑顿表示,中国内陆省份的工资水平可比沿海地区低30%,同时土地价格也较低廉。中金公司的数据显示,内陆省份劳动密集型产业和电子工业的就业水平已快速上升。此外,内陆省份还提供税项减免和宽松信贷等刺激来鼓励产业投资。

对于某些行业而言,内陆地区最大的吸引力则在于巨大的市场增长潜力。国内外汽车制造商已经冲在了西迁大军的最前线:通用、福特、奇瑞和吉利最近纷纷在内陆地区建厂。

不过,转战西部也有美中不足。企业所需的物流支持有时可能跟不上,而如果关键原料供应地距离遥远的话恐怕劳动力成本低廉的优势也要被一笔勾销了。与此同时,在中国各省区之间运输成品也费用不菲,这凸显出中国大规模投资项目的重要性,如高速铁路网络建设将有助于大幅降低公司的运输成本,同时还可节省仓储费用。

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