CN113878137B - 一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺，包括：对模具材料进行热处理，将材料的硬度提升到HRC47±1°；将模具材料固定在数控机床的夹具上；在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金引导钻，对钻孔位置进行引导孔的加工，加工深度为25mm；在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔钻，对引导孔进行同心加工，加工深度为60mm；在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔枪钻，对钻孔位置进行深孔的加工，加工深度为300mm；硬质合金引导钻、硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻的端部刀刃的夹角为130°。本发明可以解决现有技术中模具的超深微型孔只能在热处理之前进行加工的技术问题，满足超深微型孔的加工需要。

Description

一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺

技术领域

本发明涉及模具加工领域，具体为一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺。

背景技术

在模具的结构中，很多位置需要加工比较深的孔，而且往往深孔的直径都不大，只有3-5mm，对于超深微型孔来说加工工艺十分重要，其要求微型孔的深度、垂直度和位置度都要达到要求，而且对于侧壁比较薄的超深微型孔的加工，精度要求更高。

现在的模具上的深孔加工一般都是在模具材料进行热处理之前，因为热处理之前材料的硬度比较低，对于钻头的要求比较低，容易加工，但是模具材料加工完成后再进行热处理会使得孔位变形发生偏差，尺寸无法满足要求，孔越深形变越明显，往往需要后期进行修配加工，加工效率低下。而如果在热处理之后进行加工，则模具材料的硬度提升，现有的超深微型孔的加工工艺很难实现，所以需要一种新的超深微型孔的加工工艺。

发明内容

本发明提供了一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺，可以解决现有技术中模具的超深微型孔只能在热处理之前进行加工的技术问题，保证了加工精度，满足超深微型孔的加工需要。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺，包括：

S1、对模具材料进行热处理，将材料的硬度提升到HRC47±1°；

S2、将模具材料固定在数控机床的夹具上，对钻孔的位置进行标记确定；

S3、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金引导钻，对钻孔位置进行引导孔的加工，加工深度为25mm；

S4、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔钻，对引导孔进行同心加工，加工深度为60mm；

S5、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔枪钻，对钻孔位置进行深孔的加工，加工深度为300mm；

所述的硬质合金引导钻、硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻的端部刀刃的夹角为130°。

作为优选，所述的硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻均包括钻头段和加长导向段，所述的钻头段和加长导向段的一侧设置有排屑槽。

作为优选，所述的硬质合金引导钻、硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻的内部均设置有延伸至端部的冷却水孔。

作为优选，所述的硬质合金引导钻为10倍径、硬质合金深孔钻为20-25倍径、硬质合金深孔枪钻为100倍径。

作为优选，所述的钻头段的直径大于加长导向段的直径。

作为补充，所述的硬质合金深孔枪钻的钻头段的表面设置有超H涂层。

作为优选，步骤S3中硬质合金引导钻和步骤S4中的硬质合金深孔钻的转速为5300r/min，进给速度为40mm/min；步骤S5中的硬质合金深孔枪钻的2000r/min，进给速度为10-15mm/min。

作为优选，在步骤S4和S5之前均需要对加工孔进行冲洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

可以对热处理后的模具材料进行超深微型孔进行加工，而且也可以满足薄壁深孔的加工要求，具体来说，本申请的方案采用硬质合金引导钻、硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻三种钻头利用数控机床进行依次加工，钻头结构独特，可以满足深300mm、直径3mm的超深微型孔的精加工，克服了模具材料超深微型孔只能在模具材料热处理前进行加工的技术偏见，突破了超深孔的加工盲区，解决了因热处理后零部件的变形导致孔位的偏差及不良，从而满足了对模具的极限加工要求。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的钻头的结构及使用顺序示意图；

图3为本发明的硬质合金深孔钻和硬质合金深孔枪钻的端部结构示意图；

图4为本发明的加工状态示意图。

附图标记：

1、硬质合金引导钻，2、硬质合金深孔钻，3、硬质合金深孔枪钻，4、加长导向段，5、钻头段，6、端部刀刃，7、排屑槽，8、冷却水孔，A、冷却孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-4所示，本发明提供为解决现有技术中模具的超深微型孔只能在热处理之前进行加工的技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺，包括：

步骤1、对模具材料进行热处理，将材料的硬度提升到HRC47±1°，模具材料一般采用DIEVAR、DAC、H13等型号的模具钢，在热处理之前，模具钢的硬度一般为HRC20-30°，这种硬度的模具钢可以采用深孔钻床进行加工，其钻孔的深度也只能达到200mm，无法达到更深的深度；

而对于进行热处理以后的模具钢，其硬度有了较大的提升，现在对这种硬度的钻孔加工会采用硬质合金钻头，但是现在的工艺的最大加工深度为60mm，如果超过60mm的深度，则普通的深孔钻床无法满足使用，要用专用的穿孔机进行加工，不但成本高，而且深孔的坐标位置度、深度以及垂直度无法保证，并且孔的侧壁会产生火花纹，对于薄壁部位来说后期模具在生产过程中会出现开裂风险，严重影响模具的使用寿命。

步骤2、将经过热处理的模具材料固定在数控机床的夹具上，对钻孔的位置进行标记确定，标记的方式有很多种，可以采用激光进行标记，并与数控机床上的坐标系进行校准，在本实施例中，需要加工直径为3mm，孔深为300mm 的深孔，如图4所示，需要在模具的动模芯上加工一个冷却孔A，其深度300mm，而且冷却孔A延伸到动模芯的凸出芯轴内，冷却孔A与凸出芯轴的侧壁之间的间距为1-2mm，所以冷却孔A属于薄壁超深微型孔，要求是孔的中心位置公差±0.05mm，孔径公差0～+0.05mm，孔的垂直度±0.1mm。

步骤3、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金引导钻1，对钻孔位置进行引导孔的加工，加工深度为25mm，引导孔用的硬质合金引导钻1为10倍径钻头，其外侧具有螺旋形的排屑槽，钻头安装的时候一定要保证垂直度，钻头装夹好以后需要用激光进行垂直度校验，引导孔的作用是对超深微型孔进行定位，为后续的深孔加工进行导向，硬质合金引导钻1的规格优选为D3.03X25mm，其中螺旋排屑段为25mm，而整个硬质合金引导钻1的长度为70mm，这样可以用于装夹的部分长度比较长，有利于保证装夹的垂直度。

步骤4、接着将硬质合金引导钻1拆下来，在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔钻2，硬质合金深孔钻2安装的时候数控机床的主轴卡爪与模具材料之间的相对位置是不动的，硬质合金深孔钻2安装的时候也需要用激光进行垂直度校验，对引导孔进行同心加工，加工深度为60mm，60mm深的深孔也是为了最重要的第三步钻孔做导向，硬质合金深孔钻2采用20-25倍径的钻头，优选规格为D3X60mm，整个钻头长100mm，用于钻孔的部分为60mm，在硬质合金深孔钻2可以安装用于装夹的刀柄，刀柄呈圆柱形，其形状与数控机床的主轴卡爪相配。

步骤5、接着将硬质合金深孔钻2拆下来，在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔枪钻3，同样的，硬质合金深孔枪钻3安装的时候数控机床的主轴卡爪与模具材料之间的相对位置是不动的，硬质合金深孔枪钻3安装的时候也需要用激光进行垂直度校验，对钻孔位置进行深孔的加工，加工深度为300mm，硬质合金深孔枪钻3采用100倍径的钻头，其具体尺寸为D3X320mm，整体长度为370mm，其中用于加工的长度为320mm，此外，硬质合金深孔枪钻3也设置有刀柄，刀柄的呈圆柱形，硬质合金深孔枪钻3的刀柄的直径远大于钻头的直径，使硬质合金深孔枪钻3转动的时候能减少震动。

其中，为了能增加深孔加工时的稳定性，如图3所示，所述的硬质合金引导钻1、硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3的端部刀刃6的夹角为130°，其角度相对于普通的钻头的刀刃角度变大，对于深孔的加工更加有利，能减少钻头端部的跳动，不容易出现断刀的情况。

在本实施例中，所述的硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3均包括钻头段5和加长导向段4，所述的钻头段5和加长导向段4的一侧设置有排屑槽7，钻头段5和加长导向段4采用的材料不同，钻头段5采用硬质合金材料，而加长导向段4就是普通的钢材，钻头段5和加长导向段4是焊接连接，由于硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3的长度比较长，所以为了提高排屑的速度，采用沿着轴向设置的排屑槽7，排屑槽7呈V形，对金属屑具有导向作用，在硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3进行高速转动钻孔的时候，主要是通过钻头段5端部的端部刀刃6进行切削，钻头段5和加长导向段4的侧壁均与孔内壁紧贴，而且是面接触，这样能起到很好的导向作用，最大程度地减少钻头的振动和形变。

为了减少摩擦力，所述的钻头段5的直径大于加长导向段4的直径，具体来说举例说明，钻头段5的直径为3mm，加长导向段4的直径为2.9mm。

同时，所述的硬质合金深孔枪钻3的钻头段5的表面设置有超H涂层，超H涂层又称为PVD涂层，PVD(Physical Vapor Deposition)，指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以是某些有特殊性能强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。超H涂层可以提高硬质合金深孔枪钻3的性能，满足超深孔的加工要求。

同时，由于钻头与孔内壁的接触面积比较大，摩擦也比较多，所以在所述的硬质合金引导钻1、硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3的内部设置有延伸至端部的冷却水孔8，冷却水孔8可以从钻头的端部射出，也可以在硬质合金引导钻1、硬质合金深孔钻2和硬质合金深孔枪钻3的侧壁上均设置若干个与冷却水孔8相连通的出水口，方便侧壁出水，提高冷却和润滑的效果，而位于钻头端部的冷却水孔8的截面呈长条形，可以提高出水的效率。

作为补充，步骤3中硬质合金引导钻1和步骤4中的硬质合金深孔钻2的转速为5300r/min，进给速度为40mm/min；步骤5中的硬质合金深孔枪钻3的2000r/min，进给速度为10-15mm/min，可见对于加工深度最大的硬质合金深孔枪钻3可以降低转速，并降低进给速度，来防止出现断刀情况。

作为优选，在步骤4和5之前均需要对加工孔进行冲洗，这样也能防止孔中有金属屑的残留，保证步骤4和5的顺利加工。

可见，采用本实施例中的加工工艺，可以实现在热处理后对模具钢进行超深微型孔的加工，克服了模具材料超深微型孔只能在模具材料热处理前进行加工的技术偏见，突破了超深孔的加工盲区，解决了因热处理后零部件的变形导致孔位的偏差及不良，从而满足了对模具的极限加工要求。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模具薄壁超深微型孔的加工工艺，所述薄壁超深微型孔的孔径为3mm，其特征在于，包括：

S1、对模具材料进行热处理，将材料的硬度提升到HRC47±1；

S2、将模具材料固定在数控机床的夹具上，对钻孔的位置进行标记确定；

S3、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金引导钻（1），对钻孔位置进行引导孔的加工，加工深度为25mm；

S4、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔钻（2），对引导孔进行同心加工，加工深度为60mm；

S5、在数控机床的主轴卡爪上安装硬质合金深孔枪钻（3），对钻孔位置进行深孔的加工，加工深度为300mm；

所述的硬质合金引导钻（1）、硬质合金深孔钻（2）和硬质合金深孔枪钻（3）的端部刀刃（6）的夹角为130°；

步骤S3中硬质合金引导钻（1）和步骤S4中的硬质合金深孔钻（2）的转速为5300r/min，进给速度为40mm/min；步骤S5中的硬质合金深孔枪钻（3）的转速为2000r/min，进给速度为10-15mm/min。

2.根据权利要求1所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：所述的硬质合金深孔钻（2）和硬质合金深孔枪钻（3）均包括钻头段（5）和加长导向段（4），所述的钻头段（5）和加长导向段（4）的一侧设置有排屑槽（7）。

3.根据权利要求1所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：所述的硬质合金引导钻（1）、硬质合金深孔钻（2）和硬质合金深孔枪钻（3）的内部设置有延伸至端部的冷却水孔（8）。

4.根据权利要求1所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：所述的硬质合金引导钻（1）为10倍径、硬质合金深孔钻（2）为20-25倍径、硬质合金深孔枪钻（3）为100倍径。

5.根据权利要求2所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：所述的钻头段（5）的直径大于加长导向段（4）的直径。

6.根据权利要求2所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：所述的硬质合金深孔枪钻（3）的钻头段（5）的表面设置有PVD涂层。

7.根据权利要求1所述的模具薄壁超深微型孔的加工工艺，其特征在于：在步骤S4和S5之前均需要对加工孔进行冲洗。

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