液压阀板,是工程自卸车上的重要液压零部件。该零件上有相互垂直的两个ϕ16mm过油孔,这两个过油孔的深孔加工是该零件最关键的工序。
液压阀板的材料为45钢,钻孔前热处理硬度为HB180。
深孔钻床做为半精加工,按工艺要求,必须将孔径尺寸的一致性控制在ϕ15.94±0.015mm,孔粗糙度小于Ra1.6,为随后的精加工桁磨做工艺准备。
最初加工状态如下:
机床采用数控深孔钻床ZK2120×4/300,一次装夹四件工件。刀具采用国产硬质合金枪钻。
加工参数:钻头转速:1500r/min,进给量:0.03mm/r,油泵压力为4MPa。
加工一组工件后,检测四个工件:发现孔径尺寸分别为:ϕ15.95、ϕ15.96、ϕ15.93、ϕ15.96,有两个工件的孔径尺寸超差。更为严重的是,内孔的粗糙度较差,并且有不规则的沟槽。后经分析,沟槽为铁屑在孔壁的划痕。经后道工序桁磨实验,沟槽较深,无法桁磨消除。又加工几组工件,情况类似。后又改变刀具角度,增大油泵压力,加工状况均无明显改善,不能满足加工要求。
随后,为了排除刀具因素,更换了枪钻厂家,采用进口山特维克硬质合金枪钻,其他加工参数同上。加工结果孔径尺寸和粗糙度与国产枪钻相比均有不同程度的提高。但批量生产仍有30%左右的工件孔径尺寸超差,另外,孔壁依然会间断出现划痕,造成约35%的工件因划痕太深无法桁磨。
我们将工件钻孔前的热处理硬度提高至HB220左右,同样采用上述加工参数,深孔加工孔径尺寸可以控制在ϕ15.94±0.013mm,粗糙度Ra1.6,孔壁划痕大量减少。完全可以满足后道桁磨工序要求。经分析,造成孔径尺寸及粗糙度超差,最主要的原因是工件材料硬度太低。深孔加工时,工件对刀具的支撑不够,造成孔径尺寸不稳定;并且,因为工件材料硬度低,铁屑很容易在孔壁划出划痕。
但是,提高工件材料热处理硬度,会增加一笔不小的热处理费用。并且,因工件硬度提高,刀具磨损加大,也造成加工成本的上升。所以,提高材料硬度并不是最优解决方案。
针对材料偏软的情况,我们将枪钻的硬质合金钻头做涂层处理。涂层材料为TiN,涂层厚度2um。涂层枪钻与普通枪钻相比成本增加有限。
加工参数:钻头转速:1680r/min,进给量:0.035mm/r,油泵压力为4MPa。加工一组工件后,经检测,四个工件:孔径尺寸分别为ϕ15.945、ϕ15.95、ϕ15.94、ϕ15.945,内孔粗糙度Ra0.8~Ra1.6。内孔的铁屑划痕几乎消失,加工效果非常理想。又连续加工几组,加工状态非常稳定。
经大批量加工试验,涂层刀具寿命较未涂层的普通刀具延长50%左右,降低了加工成本。更重要的是,加工质量大大提高,完全可以满足加工要求。