閥門是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)能源、化工、冶金、熱力及日常生活的易耗產(chǎn)品，為了擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，因此如何提高閥門的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本正是各閥門公司迫在眉睫的要解決的問題。閥門的機(jī)械加工主要是閥體和閥瓣的車削類加工和鉆鏜類加工，而其中鉆孔約超過整個(gè)加工工時(shí)的1/2，我公司針對(duì)以上情況進(jìn)行分析比較：

表1

從（表1）可以看出車削類加工已經(jīng)達(dá)到了較高的效率，如再要提高相對(duì)比較困難，而鉆鏜類加工的效率比較低，有較大提高的可能，因此，我公司就鉆鏜類加工進(jìn)行了多次試驗(yàn)，使得孔類零件的加工效率有了明顯的提高。下面我分別對(duì)不同要求的孔進(jìn)行對(duì)比，分析和改進(jìn)：

一．關(guān)于IT14級(jí)要求的孔的表2

圖1

圖2

Pcr = p2EI /（μ*l）2……………………………………………(公式1)

我們先來看一下以下實(shí)例： 

工件材料：A105鍛件 加工內(nèi)容：鉆孔32-Φ51深125 加工設(shè)備：龍門

數(shù)控鉆

床 加工工效：100元/小時(shí) 硬質(zhì)合金方案 刀桿費(fèi)用：2500元 刀片費(fèi)用：34元/次 推力5500N 扭距120Nm 麻花鉆方案 鉆頭費(fèi)用：150元 推力14439N 扭距203N-m 

從以上實(shí)例我們可以看出采用'硬質(zhì)合金U鉆'鉆孔的效率是'高速鋼麻花鉆'鉆孔的 4.7倍，單位零件加工成本下降 73%。在其它切削試驗(yàn)中也相類似的結(jié)果，目前'硬質(zhì)合金U鉆'以是加工中心中的鉆孔刀具。

下面我對(duì) '高速鋼麻花鉆'（見圖1）和'硬質(zhì)合金U鉆'（見圖2）進(jìn)行討論：

"U 鉆"由于采用不重磨螺釘固定式刀片，在加工零件時(shí)刀桿不會(huì)縮短，因此，它的長(zhǎng)度同"高速鋼麻花鉆"相比要短得多（它不需要留刃磨余量），根據(jù)壓桿的穩(wěn)定性原理(見公式1)，僅長(zhǎng)度減短使其臨界壓力Pcr約為麻花鉆的1.5倍以上,因此"U鉆"的剛性要比"高速鋼麻花鉆"好得多，正是由于這一點(diǎn)，"U鉆"所加工的孔的表面質(zhì)量和鉆孔的位置精度都要比"高速鋼麻花鉆"好得多，也正是由于它的高剛性設(shè)計(jì)，用"U鉆"鉆孔時(shí)不需要用"中心鉆"定位，節(jié)約了加工時(shí)間，提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本。也正是由于它的高剛性設(shè)計(jì)，它還適合于加工小斜面上的孔和凸型及凹型面上的孔。

根據(jù)壓桿的穩(wěn)定性原理，壓桿類零件的臨界壓力:

其中μ為系數(shù)，對(duì)于U鉆，μ=2

從切削受力方面分析"硬質(zhì)合金U鉆" 與"高速鋼麻花鉆"切削特點(diǎn),"U鉆"由于采用了不重磨螺釘固定式刀片，對(duì)于不同的加工材料，我們可以選擇不同的刀片材質(zhì)和不同的卷屑槽型，從而改變了刀具的切削刃的切削角度，并且通過刀體上的刀坑的角度的變化使得內(nèi)外刀刃的切削角度發(fā)生變化，從而使鉆心處有比"高速鋼麻花鉆"更有利的切削角度，從而降低了鉆頭的軸向力，（根據(jù)刀具樣本提供的數(shù)據(jù)約為麻花鉆的2/5），由（公式1）可知，這樣提高了它鉆孔時(shí)的剛性。 "高速鋼麻花鉆"為了在鉆孔時(shí)不偏離位置，需要在正確位置預(yù)鉆中心孔，并且要求操作工有具有相當(dāng)?shù)哪ャ@頭的能力，否則無法將孔鉆直。而"U鉆"對(duì)操作工就沒有這方面的技能要求，它在刀體設(shè)計(jì)時(shí)就以采用了力平衡設(shè)計(jì)。 "U 鉆"的刀片可以根據(jù)不同的加工材料和熱處理狀態(tài)選擇刀片的材質(zhì)和切削槽形，以獲得穩(wěn)定的鐵屑形狀并在內(nèi)冷卻液的作用下順利地排出孔外，從而獲得較好的表面質(zhì)量,同時(shí)也由于通過對(duì)鐵屑形狀的控制并有內(nèi)冷卻液鐵屑順利地排出孔外，"U鉆"的刀體設(shè)計(jì)可以縮小排屑槽，從而程度地提高刀體的剛性。 從刀具的結(jié)構(gòu)上分析"硬質(zhì)合金U鉆" 與"高速鋼麻花鉆"切削特點(diǎn)：其切削刃為"硬質(zhì)合金"，眾所周知硬質(zhì)合金具有相當(dāng)高的硬度及具有相當(dāng)高的紅硬性，又因?yàn)?quot;U鉆"的刀片是不重磨螺釘固定式刀片，它不需要釬焊，刀片不發(fā)生退火現(xiàn)象，更有利于保持刀片原有的硬度，因此用它制成的刀具具有相當(dāng)高的切削速度（100~350m/min），這是高速鋼刀具所無法比擬。同樣由于"U鉆"的刀片的及具有高的紅硬性因此這種刀片也具有相當(dāng)高的，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速鋼刀具，因此減少了換刀具的時(shí)間，提高了

機(jī)床

的利用率，同樣由于其刀片為不重磨刀片，減少了操作工磨鉆頭的時(shí)間，也減少了重復(fù)對(duì)刀的時(shí)間，從而提高了機(jī)床的利用率。 由于"U鉆"的加工精度較低，直徑分級(jí)較大，無法用于螺紋底孔的加工，而閥門加工決離不開螺孔，為了解決"U鉆"鉆螺紋孔的要求，我們還可以通過在"U鉆" 刀柄部加上一個(gè)偏心套筒，使得刀具能在-0.2~+0.5mm之間調(diào)整，從而解決了大于M16螺紋底孔的加工，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 "U鉆"的缺點(diǎn)：

刀體較貴。 較淺，不超過5倍直徑。 機(jī)床一般需有內(nèi)冷卻。

二．關(guān)于IT10級(jí)要求的孔加工和直徑小于Φ12的鉆孔

圖3

對(duì)于直徑小于Φ12的鉆孔加工過去都采用中心鉆定位，再用麻花鉆鉆孔，這樣的生產(chǎn)效率很低，我公司曾有一個(gè)零件要鉆6個(gè)Φ10.2深25盲孔，原用中心鉆定位，再用麻花鉆鉆孔，共要加工9分鐘，針對(duì)這一情況，我們同刀具供應(yīng)商一起討論，最終采用了具有以下加工特點(diǎn)的硬質(zhì)合金鉆頭（見圖3）：

在平面上垂直鉆孔無需預(yù)鉆中心孔就能達(dá)到定位精度小于0.02mm. 能達(dá)到較高的表面質(zhì)量 高剛性的螺旋槽結(jié)構(gòu)，有利于鐵屑的排出。 表面復(fù)合鍍層能減少刀具的磨損和積屑瘤的形成。 內(nèi)冷卻設(shè)計(jì)，使鐵屑排出。

經(jīng)過這一改進(jìn)，現(xiàn)加工這一工步只需要3分鐘，比原來提高了效率3倍，提高了生產(chǎn)效率。

硬質(zhì)合金鉆頭的缺點(diǎn)：

鉆頭較貴。 刃磨困難，要有磨床。 機(jī)床需有內(nèi)冷卻。

三．復(fù)合刀具的發(fā)展及在閥門加工中的應(yīng)用：

復(fù)合刀具起源于階梯麻花鉆和成形刀具，用來加工一些臺(tái)階孔，由于當(dāng)時(shí)主要采用高速鋼刀體磨制而成，在加工碳鋼類零件時(shí)壽命尚可，但在加工奧氏體不銹鋼時(shí)則壽命相當(dāng)短，而且由于是定尺寸刀具，磨損后無法進(jìn)行調(diào)整，只得將整個(gè)刀具報(bào)廢，因此無法在閥門加工中推廣。 新一代復(fù)合刀具的崛起：隨著硬質(zhì)合金技術(shù)的發(fā)展，不重磨刀片的普及，現(xiàn)代化數(shù)控加工中心的出現(xiàn)，為了適應(yīng)不斷提高的生產(chǎn)力水平發(fā)展的需要，為了提高生產(chǎn)效率，不重磨刀片式的復(fù)合刀具發(fā)展起來， 不重磨刀片式的復(fù)合刀具在閥門加工中的應(yīng)用：眾所周知閥門一般都有一個(gè)控制閥瓣啟閉的閥桿，而閥體上都有通過閥桿的中口填料孔（如圖4），原采用角尺車模車削加工，由于角尺車模離心力大，不能采用高速切削，生產(chǎn)效率低，表面質(zhì)量差，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。后我公司進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，將中口加工放到加工中心加工，采用常規(guī)刀具加工（需要6件刀具）表面質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)質(zhì)量也明顯提高，但生產(chǎn)效率還不夠理想，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，我們與刀具商合作，定制了不重磨刀片式的復(fù)合刀具，則刀具數(shù)量減少到2件刀具，使換刀時(shí)間減少了2/3，生產(chǎn)效率明顯提高。不重磨刀片式的復(fù)合刀具也有一些缺點(diǎn)，它是非標(biāo)刀具，訂貨時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，只適應(yīng)大批量生產(chǎn)而不適應(yīng)小批生產(chǎn)。為了單件小批的生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中，我們經(jīng)常采用模塊化設(shè)計(jì)的刀具，它在范圍內(nèi)能調(diào)整尺寸，完成加工任務(wù)，以后又可再組裝成其它尺寸的刀具，它具有很大的靈活性。

上面是我對(duì)閥門零件的孔加工的一些初步的膚淺的認(rèn)識(shí)，我們應(yīng)該根據(jù)具體不同的加工情況，及數(shù)控鉆床條件，選擇合理的加工方案以的效益。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的加工技術(shù)也會(huì)不斷出現(xiàn)，只要我們能正確認(rèn)識(shí)，合理使用，就能從中收獲。