槍鉆鉆管輥壓試驗(yàn)
2018-5-7 來(lái)源：大連工業(yè)大學(xué); 大連吉瑞刀具技術(shù) 作者：申玉良，張偉，任宗強(qiáng)，宿好陽(yáng)，劉永順
摘要: 針對(duì)槍鉆鉆管長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，提出了一種利用銑床改裝的輥壓裝置，并進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，得到了一種有效的輥壓工藝。利用此裝置輥壓的鉆管具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。
關(guān)鍵詞: 槍鉆鉆管; 輥壓
1、引言
槍鉆是一種深孔加工刀具，在鉆削過(guò)程中可以一次完成鉆、擴(kuò)、鉸的加工。鉆管是槍鉆的一部分(見(jiàn)圖 1) ，連接鉆柄與鉆鼻，起傳遞扭矩和吸收沖擊振動(dòng)的作用。因此，鉆管必須具有良好的綜合機(jī)械性能。本文研究的吉瑞鉆管取自單刃外排屑槍鉆，呈“V”型結(jié)構(gòu)。
圖1 槍鉆基本結(jié)構(gòu)
2、 試驗(yàn)方法
(1) 鉆管材質(zhì)選擇
根據(jù)使用特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)工藝性來(lái)選擇鉆管材質(zhì)，遵循以下原則: ①用槍鉆深孔加工時(shí)，轉(zhuǎn)速高、沖擊力大，要求鉆管材料具有良好的綜合機(jī)械性能(如強(qiáng)度、沖擊韌性等) 。選材應(yīng)為中等含碳量的優(yōu)質(zhì)鋼，熱處理后能獲得索氏體組織。②在管坯生產(chǎn)及V 型槽成型加工時(shí)，冷拔、冷軋加工要求有一定的延伸率，并且便于退火熱處理。③槍鉆制作中，鉆鼻、鉆柄釬焊溫度高達(dá) 700 － 800℃，必須選用細(xì)晶粒優(yōu)質(zhì)鋼，以避免釬焊后晶粒粗大、焊縫變脆。經(jīng)分析得出，吉瑞鉆管材質(zhì)選用含 Cr、W、Mn、Mo 的中碳低合金鋼。
(2) 輥壓裝置設(shè)計(jì)鉆桿 V 型槽的壓型選用“滾輪—直線模輥壓法”，在銑床上進(jìn)行，內(nèi)模截面形狀與相應(yīng)鉆管截面形狀共軛，其工藝原理圖見(jiàn)圖 2。管坯用對(duì)合式內(nèi)模夾緊，滾輪在管坯上部沿管坯軸線方向前后往復(fù)滾壓，經(jīng)過(guò)幾次進(jìn)給和滾壓后，便可將管坯輥壓出 V型槽。圖 3 所示為輥壓裝置。
圖2 輥壓工藝原理圖
圖3 輥壓裝置
(3) 試驗(yàn)過(guò)程
①上料時(shí)，右旋螺釘頂開(kāi)內(nèi)模，將管坯裝入內(nèi)模孔中并合好內(nèi)模，再將內(nèi)模連同管坯一起裝到外模的槽中，推靠定位面，用外模上的 M20 螺栓及壓塊夾緊; 卸料時(shí)操作相反; ②滾輪中心平面與管坯中線對(duì)準(zhǔn)，并 左 右 往 復(fù) 移 動(dòng) 對(duì) 刀，全 程 允 許 誤 差0. 02mm; ③沿軸向移動(dòng)滾輪，進(jìn)行輥輪偏置調(diào)整，對(duì)于 Φ10 管 徑，令 其 錐 角 中 心 平 面 偏 離 管 坯 中 線0. 4mm; ④調(diào)整滾壓速度 V = 375mm / min( 工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)速度) ; ⑤如圖4a－圖4d 所示，對(duì) Φ10 管坯進(jìn)行壓下量調(diào)整，每次壓下量依次為 2．0mm、2．0mm、1. 0mm、0． 5mm; ⑥如圖 4e 和圖 4f 所示，輥輪壓下量為 5．5mm 后，零進(jìn)給情況下再滾壓2－4 次，克服材料反彈，使材料充分塑性流動(dòng)，讓 V 型槽犄角變銳。
3 、試驗(yàn)結(jié)果
(1) 鉆桿變形分析
輥壓過(guò)程中，V 形槽部分單向受力變形較大，導(dǎo)致其軸向有一定程度的收縮，而 V 形槽相對(duì)的一邊無(wú)明顯形變。如圖 5 所示，鉆管輥壓完畢從模具上拆除后，鉆桿應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致彎曲變形。該變形可以通過(guò)調(diào)質(zhì)處理后校直解決。
輥壓過(guò)程中，V 形槽部分單向受力變形較大，導(dǎo)致其軸向有一定程度的收縮，而 V 形槽相對(duì)的一邊無(wú)明顯形變。如圖 5 所示，鉆管輥壓完畢從模具上拆除后，鉆桿應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致彎曲變形。該變形可以通過(guò)調(diào)質(zhì)處理后校直解決。
圖 4 壓下量示意圖
圖 5 變形示意圖
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橫截面 V 形槽角度偏小 10°，分析認(rèn)為是管材反彈所致。通過(guò)增大滾輪相應(yīng)部位夾角10°，加工效果得到明顯改善。由于管材在輥壓過(guò)程中受力不均，以致材料反彈，橫截面 V 形槽兩平面略鼓 0． 2mm(見(jiàn)圖6) 。采用矯枉過(guò)正的辦法，在鼓凸點(diǎn)處將滾輪改成雙角度凸起錐面。
圖 6 V 形槽表面鼓凸示意圖
(2) 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)
為了驗(yàn)證所輥壓的鉆桿是否具有足夠優(yōu)良的力學(xué)性能，進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)采用 GB － STS － SF雙法蘭靜態(tài)扭矩傳感器。選用相同直徑的吉瑞鉆管與國(guó)內(nèi)某公司鉆管、進(jìn)口某公司鉆管作扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，由表 1 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，吉瑞鉆管的抗扭表現(xiàn)均不差于國(guó)內(nèi)鉆管、進(jìn)口鉆管.
表 1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果
4 、結(jié)語(yǔ)
國(guó)產(chǎn)鉆桿多為 30Cr Mo 鋼管壓制成的產(chǎn)品，其機(jī)械性能不如進(jìn)口鉆管，因此大多數(shù)槍鉆生產(chǎn)商采用國(guó)外進(jìn)口鉆管。本文基于現(xiàn)有設(shè)備條件，對(duì)鉆管制造過(guò)程進(jìn)行分析和試驗(yàn)，獲得了一種有效的輥壓辦法。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果顯示，吉瑞鉆管具有優(yōu)于國(guó)內(nèi)和進(jìn)口鉆管的抗扭強(qiáng)度，對(duì)鉆管國(guó)產(chǎn)化具有一定的指導(dǎo)意義。可進(jìn)一步利用吉瑞鉆管制成槍鉆，進(jìn)行鉆削試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其實(shí)用性能。
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