CN206952229U - 一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于专用刀具技术领域，具体涉及一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具。本实用新型包括枪钻与镗刀，用于活塞杆深孔粗加工及半精加工。枪钻包括钻头、钻杆、钻柄；钻头、钻杆、钻柄通过焊接连接；中间设有通孔，是切削液进入切削区的通道。镗刀包括刀杆、刀头、刀片；刀杆与刀头采用精密方牙螺纹连接；刀头与刀片采用螺钉紧固式连接。本实用新型用于加工活塞杆深孔，解决大长径比活塞杆深孔加工精度差、效率低的加工难题。

Description

一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具

技术领域

本实用新型属于专用刀具技术领域，具体涉及一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具。

背景技术

XX-7助推级伺服机构活塞杆，如图1所示，是助推级伺服机构中的关键件，工作中通过活塞杆两腔的油压差，实现活塞杆交替往复运动，同时活塞杆是重要受力零件和动密封零件，其内孔尺寸精度、粗糙度要求高，形位公差要求严，加工难度大。

与CZ-3A运载一级活塞杆相比，XX-7助推级活塞杆内孔 尺寸及精度不变，长径比由1：16增加到1：23，长度增加而各项设计技术指标要求并未降低(与外圆跳动均为0.03)，导致CZ-7高精度大长径比内孔圆柱度及与外圆的同轴度加工难度显著增加，不易保证，而这些尺寸超差将会影响到产品的性能，外圆镀铬层对零件性能影响较大。同时零件外形尺寸加长，从原560mm增加到794mm，是原来长度尺寸的1.5倍，在热处理及冷加工后变形量增大，加工难度明显增加。

XX-7助推级活塞杆与XX-2F、XX-3A一级活塞杆结构形状类似，材料一致。传统活塞杆两端外圆采用渗碳、镀铬的方式提高局部表面硬度，以增强耐磨损性能和接触疲劳强度。渗碳淬火热处理及产生较大变形和镀铬的要求使传统活塞杆的工艺过程复杂，工序多，加工周期长，严重制约零件的加工效率。原XX-3A运载一级系列的活塞杆工艺方法中工序为37序，而活塞杆内孔采用浮动镗刀加工+手工研磨加工，加工效率低下，其具体加工方法如下：

①使用深孔钻床，钻头钻孔φ28；

②对活塞杆进行淬火热处理+冰冷处理，消除加工应力；

③使用精密车床采用扩孔钻扩孔为φ30.8；并采用浮动镗刀镗孔为粗糙度Ra1.6，圆柱度0.025；

④对活塞杆进行时效处理，消除加工应力；

⑤精研内孔，保证尺寸粗糙度Ra0.8，圆柱度0.015；其加工中存在的不足如下：

①粗加工采用钻头手动加工，加工效率低下；

②粗加工采用钻头加工预孔中心偏心、偏移较大，且淬火热处理变形量大，造成半精加工前需较大加工留量(直径3mm余量)，加工效率较低；

③精加工采用浮动镗加工，自身加工效率较低；

④由于镗刀在孔中呈浮动状态，精加工浮动镗孔之前，对半精镗孔加工质量要求较高，圆柱度、同轴度、粗糙度均需达到要求。需要靠单刃镗刀与浮动镗刀反复校正予以保证镗孔后质量，造成精加工效率低下；

⑤使用浮动镗刀技术要求较高，易产生孔尺寸不稳定和振纹等问题；

相对于原有运载系列最大型活塞杆，XX-7大长径比活塞杆外形长度增加、内孔加深，致使原来部分加工内孔的设备和加工刀具已不能满足大长径比活塞杆的加工需求，须设计新专用刀具。

发明内容

本实用新型解决的技术问题：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，用于加工活塞杆深孔，解决大长径比活塞杆深孔加工精度差、效率低的加工难题。

本实用新型采用的技术方案：

一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，包括枪钻与镗刀，所述枪钻包括钻头、钻杆、钻柄；钻头、钻杆、钻柄通过焊接连接；枪钻中间设有通孔，是切削液进入切削区的通道；镗刀包括刀杆、刀头、刀片；刀杆与刀头采用精密方牙螺纹连接；刀头与刀片采用螺钉紧固式连接。

所述枪钻尺寸为：钻头外径dh5：钻头长度L1：65mm；钻杆外径D：φ33；钻孔最大深度L2：650mm；枪钻总长L3：685mm。

所述钻头采用硬质合金材料作为基体，表面涂敷TiN。

所述枪钻切削刃分为外刃和内刃，交点位置距离钻头中心1/4直径。

所述枪钻V型结构角度为110°～130°。

所述枪钻外刃角30°、内刃角20°。

所述镗刀尺寸为：刀杆外径：刀杆外径：刀杆尾部直径：

所述镗刀刀杆选用40Cr无缝钢管，淬火热处理硬度40～45HRC；刀头采用38CrMoAlA氮化钢材料；刀片选择YT系列的钨钛钴硬质合金材料。

所述镗刀刀头体增加两导向支撑，有效提高内孔加工质量。

所述镗刀刀头体上增加4处均布减震垫，通过减震垫自身变形、将有效降低镗刀振动，提高切削过程平稳性。

所述镗刀刀片形状为80°菱形、前角15°、后角11°、主偏角95°、副偏角5°、刃倾角4°、刀刃圆角R0.4。

本实用新型的有益效果：

本实用新型设计一套崭新、完整、高精度的专用刀具，包括专用枪钻与镗刀，用于活塞杆深孔粗加工及半精加工，解决大长径比活塞杆深孔加工精度差、效率低的加工难题。

附图说明

图1为助推级活塞杆结构示意图；

图2为枪钻结构示意图；

图3为图2A-A截面图；

图4为图2B-B截面图；

图5为镗刀结构示意图；

图6为镗刀刀杆结构示意图；

图7为镗刀刀片结构示意图；

图8为图7A-A截面图；

图9为镗刀刀头体结构示意图；

图中：1-钻头、2-钻杆、3-柄部、4-标准安装定位面、5-减震垫安装槽、6-导向支撑块安装槽、7-刀杆、8-刀头、9-刀片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具作进一步详细说明。

本实用新型提供的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，包括枪钻与镗刀，用于活塞杆深孔粗加工及半精加工。

大长径比活塞杆内孔工艺需求：

1.采用枪钻钻削半精加工内孔为

2.高温时效处理，消除加工应力；

3.使用活塞杆内孔镗刀，精镗内孔为粗糙度Ra1.6，圆柱度0.04；

4.时效处理，消除加工应力；

5.珩磨内孔为粗糙度Ra0.8，圆柱度0.02。

根据大长径比活塞杆内孔工艺需求，提供的枪钻结构示意图，如图2-4所示，枪钻包括钻头1、钻杆2、钻柄3；钻头1、钻杆2、钻柄3通过焊接连接；枪钻中间设有通孔，是切削液进入切削区的通道。

枪钻尺寸为：

钻头外径dh5：钻头长度L1：65mm；钻杆外径D：φ33；钻孔最大深度L2：650mm；枪钻总长L3：685mm。

(1)活塞杆枪钻钻头设计选择：

钻头材料：选择韧性和抗振性均较好的硬质合金材料作为基体，表面涂敷TiN以提高钻头部位硬度和耐磨性。

切削刃交点位置选择：枪钻钻头在切削时受到径向分力和主切削力，V型结构使得枪钻为非平衡钻头，为减少径向切削力不平衡并使之作用在钻头支撑区上，以便挤光内孔表面，切削刃分为外刃和内刃，交点位置距离钻头中心一般1/4直径。

V型结构设计：角度为110°～130°，在保证刀具强度刚性前提下，有足够容屑面积，便于排屑。

外刃角和内刃角的选用：根据硬质合金枪钻受力平衡分析，需要外刃径向切削力等于内刃径向切削力，但实际加工中保证困难，为避免钻孔偏心，只有外刃径向切削力大于内刃径向切削力，才能使径向合力始终作用在待加工表面，于是选择外刃角30°、内刃角20°。

枪钻切削力不平衡，为减少钻头周边的径向切削力，采用支撑和导向板分担。

钻尖角：加工较硬的材料需要较小钻尖角，加工较软需要较大钻尖角。

(2)枪钻钻杆设计选择：

钻杆材料：选择40Cr无缝钢管，淬火热处理硬度40～45HRC，以提高刀杆部位强度，增加刚性。

钻杆必须有好的直线度和足够强度，以平衡切削扭矩。

(3)导向套筒与钻头配合选取：

为保证枪钻钻头从导向套筒通过，钻头与导向套筒间配合采用间隙配合，但间隙大将直接影响导向套导向定位精度，造成加工的内孔孔径尺寸超差，易在孔口形成喇叭口；间隙过大甚至会引起刀具失效，此时枪钻的侧刃切出大量的工具材料，因为切削刃的后角为0°，所以过大的切削力引起侧刃破裂。导向钻套与钻头实际选用的配合为0.005～0.01。

当钻套和钻头的旋转轴线之间不同轴度较大，钻头无法在套筒中顺畅运行，过大时甚至造成枪钻钻尖撞击，脆弱的硬质合金刀尖无法承受由不同心引起的弯曲应力，最终造成刀片碎裂失效。专用导套内孔表面粗糙度为Ra0.4，钻套和主轴的同轴度不超过0.005mm，内外径最大允许不同轴度为0.01mm。

(4)枪钻加工特点分析：

枪钻钻削内孔加工效率高：枪钻钻头为硬质合金制造，切削速度比高速钢钻头要高的多(60～100米/分)，虽枪钻的每转进给量较低(约0.015～0.03毫米/转)，但其每分钟进给量却比普通麻花钻大(20～200毫米/分)；

注：每分钟进给量等于每转进给量乘以刀具或工件转速

枪钻使用高压冷却液，其切屑从被加工孔中有效排出，无需在钻削过程中定期退刀来排出切屑。

枪钻钻削内孔尺寸精度、直线度较好：直线度﹤0.3/1000；同轴度：﹤0.5/1000；孔径尺寸公差：IT7～IT10；光洁度：Ra0.8～3.2。

如图5所示，专用镗刀，不仅需充分发挥单刃镗孔、双刃镗孔的优势，而且需有效避免两者的不足。设计刀具方案如下：

(1)结合枪钻定位支撑特点，新镗刀选择单刃镗刀，在其对称部位增加1～2定位支撑，使得其切削过程与单刃镗刀一致，抗弯能力与双刃镗刀基本一致，做到“扬长避短”。如采用1定位支撑，为充分平衡背向力Fp，支撑必须与切削刃对称分布，大大增加刀具制造、刃磨难度；选用2定位支撑，根据三点受力平衡原理，有效降低的对镗刀的制造、刃磨要求。

(2)因镗刀外圆增加固定的定位支撑，使得镗刀虽为单刃切削，但为定尺寸镗刀，实现了与改造后ZP2103A型德州深孔钻有机结合。

(3)因CZ-7大长径比活塞杆孔深长，造成加工用镗刀刀杆细长，为降低刀具加工难度，节约加工成本，提高刀具寿命，将镗刀设计为分体式，由刀杆和刀头组成，采用可换性连接，避免因采用焊接等方式一旦刀头磨损过度、崩刀等造成刀杆报废，定位采用精密孔轴配合。

(4)因镗刀刀头结构较为复杂，根据活塞杆材料特性，刀具采用硬质合金材料，故镗刀头需采用刀片与刀头体焊接方式而成或刀片与刀头体紧固连接方式而成。

根据大长径比活塞杆内孔工艺需求，提供的镗刀结构示意图，如图5～9所示，镗刀包括刀杆7、刀头8、刀片9；刀杆7与刀头8采用精密方牙螺纹连接；刀头8与刀片9采用螺钉紧固式连接。

镗刀尺寸为：

刀杆外径：刀杆外径：刀杆尾部直径：

(1)镗刀刀杆设计选择：

镗刀刀杆与刀头定位连接方式选择：定位方式：镗刀刀杆内孔与刀头外圆精密配合，孔轴配合选择为H6/h5。连接方式：采用精密方牙螺纹连接，通过切削力使刀杆与刀头紧固，能承受很大的扭矩和轴向力。

镗刀刀杆几何形状选择：刀杆横截面选择规则圆环结构，保证刀杆在通油排屑前提下，有着很好的抗弯能力。

镗刀刀杆材料选择：选择40Cr无缝钢管，淬火热处理硬度40～45HRC，以提高刀杆部位强度，增加刚性。

钻杆必须有好的直线度足够强度，以平衡切削扭矩。

镗刀刀杆结构设计：镗刀刀杆结构简图如示意图5所示：

(2)镗刀刀头设计选择

镗刀刀头体材料选择：38CrMoAlA氮化钢，保证良好的强度和刚性。

镗刀刀头体为镗杆与标准刀片间的连接件，通过其右侧(后端)精密方牙螺纹实现与镗刀杆连接紧固。

其前端下侧80°凹槽为与80°菱形标准刀片装夹定位部位，通过在标准刀片安装M4螺钉实现刀片与刀头体紧固。其中80°角度两端面为刀片安装底面为标准刀片定位面。

根据以上分析、设计，镗刀刀头体结构简图如示意图8所示，其中位置4为标准刀片定位安装面，位置5为减震垫安装槽，位置6为导向支撑块安装槽。

导向支撑是在镗刀刀头对称部位增加2处定位支撑，提高镗刀抗弯能力，平衡标准刀片背向力Fp的反作用力，使刀具径向方向受力平衡，减小“让刀”。导向支撑块材料选择硬质合金材料。导向支撑块位置相对刀片0.6～0.8mm，保证对刀片支撑和加工面光整作用。导向支撑块长度选择8mm～10mm加长为15mm～18mm，试验发现随着导向块长度加长，切削状态更加平稳。

在镗刀刀头体上增加4处均布减震垫，通过减震垫自身变形、将有效降低镗刀振动，提高切削过程平稳性，最终提高加工内孔表面质量和尺寸精度。

根据减震垫使用特性，选择耐磨损性能优良的橡胶材料，同时具有良好弹性、耐热性能。

(3)镗刀刀片设计选择

镗刀刀片选择YT系列的钨钛钴(WC+TiC+Co)硬质合金材料，其硬度高、耐磨性好、红硬性大，粘结温度高，抗氧化能力强，而且高温下会生成TiO2，可减少粘结。但导热性能较差，抗弯强度低，适用于加工钢材等韧性材料。

刀片涂层选用TiAlN复合涂层的硬质合金刀具，切削时切削热使TiAlN表面发生化学变化，在刀具前刀面和切屑的界面产生一层更硬质的惰性保护膜，具有更好的隔热性，可更有效用于高速切削。

刀片形状尺寸选择如下表

刀片几何角度尺寸选择如下表：

标准刀片几何参数

形状

前角

后角

主偏角

副偏角

刃倾角

刀尖圆角

实际选择具体值

80°菱形

15°

11°

95°

5°

4°

R0.4

Claims (11)

1.一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，包括枪钻与镗刀，其特征在于：所述枪钻包括钻头(1)、钻杆(2)、钻柄(3)；钻头(1)、钻杆(2)、钻柄(3)通过焊接连接；枪钻中间设有通孔，是切削液进入切削区的通道；镗刀包括刀杆(7)、刀头(8)、刀片(9)；刀杆(7)与刀头(8)采用精密方牙螺纹连接；刀头(8)与刀片(9)采用螺钉紧固式连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述枪钻尺寸为：钻头(1)外径dh5：钻头(1)长度L1：65mm；钻杆(2)外径D：φ33；钻孔最大深度L2：650mm；枪钻总长L3：685mm。

3.根据权利要求2所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述钻头(1)采用硬质合金材料作为基体，表面涂敷TiN。

4.根据权利要求2所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述枪钻切削刃分为外刃和内刃，交点位置距离钻头中心1/4直径。

5.根据权利要求2所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述枪钻V型结构角度为110°～130°。

6.根据权利要求2所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述枪钻外刃角30°、内刃角20°。

7.根据权利要求1所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述镗刀尺寸为：刀杆(7)外径：刀杆(7)尾部直径：

8.根据权利要求7所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述镗刀刀杆(7)选用40Cr无缝钢管，淬火热处理硬度40～45HRC；刀头(8)采用38CrMoAlA氮化钢材料；刀片(9)选择YT系列的钨钛钴硬质合金材料。

9.根据权利要求8所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述镗刀刀头(8)体增加两导向支撑，有效提高内孔加工质量。

10.根据权利要求9所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述镗刀刀头(8)体上增加4处均布减震垫，通过减震垫自身变形、将有效降低镗刀振动，提高切削过程平稳性。

11.根据权利要求8所述的一种用于加工大长径比活塞杆深孔的刀具，其特征在于：所述镗刀刀片(9)形状为80°菱形、前角15°、后角11°、主偏角95°、副偏角5°、刃倾角4°、刀刃圆角R0.4。