槍鉆鉆管輥壓試驗
2018-5-7 來源：大連工業大學; 大連吉瑞刀具技術 作者：申玉良，張偉，任宗強，宿好陽，劉永順
摘要: 針對槍鉆鉆管長期依賴進口的現狀，提出了一種利用銑床改裝的輥壓裝置，并進行了一系列試驗，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良的綜合機械性能，可以應用于生產實際中。
關鍵詞: 槍鉆鉆管; 輥壓
1、引言
槍鉆是一種深孔加工刀具，在鉆削過程中可以一次完成鉆、擴、鉸的加工。鉆管是槍鉆的一部分(見圖 1) ，連接鉆柄與鉆鼻，起傳遞扭矩和吸收沖擊振動的作用。因此，鉆管必須具有良好的綜合機械性能。本文研究的吉瑞鉆管取自單刃外排屑槍鉆，呈“V”型結構。
圖1 槍鉆基本結構
2、 試驗方法
(1) 鉆管材質選擇
根據使用特點和結構工藝性來選擇鉆管材質，遵循以下原則: ①用槍鉆深孔加工時，轉速高、沖擊力大，要求鉆管材料具有良好的綜合機械性能(如強度、沖擊韌性等) 。選材應為中等含碳量的優質鋼，熱處理后能獲得索氏體組織。②在管坯生產及V 型槽成型加工時，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 700 － 800℃，必須選用細晶粒優質鋼，以避免釬焊后晶粒粗大、焊縫變脆。經分析得出，吉瑞鉆管材質選用含 Cr、W、Mn、Mo 的中碳低合金鋼。
(2) 輥壓裝置設計鉆桿 V 型槽的壓型選用“滾輪—直線模輥壓法”，在銑床上進行，內模截面形狀與相應鉆管截面形狀共軛，其工藝原理圖見圖 2。管坯用對合式內模夾緊，滾輪在管坯上部沿管坯軸線方向前后往復滾壓，經過幾次進給和滾壓后，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) 試驗過程
①上料時，右旋螺釘頂開內模，將管坯裝入內模孔中并合好內模，再將內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; 卸料時操作相反; ②滾輪中心平面與管坯中線對準，并 左 右 往 復 移 動 對 刀，全 程 允 許 誤 差0. 02mm; ③沿軸向移動滾輪，進行輥輪偏置調整，對于 Φ10 管 徑，令 其 錐 角 中 心 平 面 偏 離 管 坯 中 線0. 4mm; ④調整滾壓速度 V = 375mm / min( 工作臺往復移動速度) ; ⑤如圖4a－圖4d 所示，對 Φ10 管坯進行壓下量調整，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，讓 V 型槽犄角變銳。
3 、試驗結果
(1) 鉆桿變形分析
輥壓過程中，V 形槽部分單向受力變形較大，導致其軸向有一定程度的收縮，而 V 形槽相對的一邊無明顯形變。如圖 5 所示，鉆管輥壓完畢從模具上拆除后，鉆桿應力重新分布，導致彎曲變形。該變形可以通過調質處理后校直解決。
輥壓過程中，V 形槽部分單向受力變形較大，導致其軸向有一定程度的收縮，而 V 形槽相對的一邊無明顯形變。如圖 5 所示，鉆管輥壓完畢從模具上拆除后，鉆桿應力重新分布，導致彎曲變形。該變形可以通過調質處理后校直解決。
圖 4 壓下量示意圖
圖 5 變形示意圖
試驗發現橫截面 V 形槽角度偏小 10°，分析認為是管材反彈所致。通過增大滾輪相應部位夾角10°，加工效果得到明顯改善。由于管材在輥壓過程中受力不均，以致材料反彈，橫截面 V 形槽兩平面略鼓 0． 2mm(見圖6) 。采用矯枉過正的辦法，在鼓凸點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) 扭轉試驗
為了驗證所輥壓的鉆桿是否具有足夠優良的力學性能，進行了扭轉試驗。試驗采用 GB － STS － SF雙法蘭靜態扭矩傳感器。選用相同直徑的吉瑞鉆管與國內某公司鉆管、進口某公司鉆管作扭轉試驗，由表 1 的試驗數據可知，吉瑞鉆管的抗扭表現均不差于國內鉆管、進口鉆管.
表 1 扭轉試驗結果
4 、結語
國產鉆桿多為 30Cr Mo 鋼管壓制成的產品，其機械性能不如進口鉆管，因此大多數槍鉆生產商采用國外進口鉆管。本文基于現有設備條件，對鉆管制造過程進行分析和試驗，獲得了一種有效的輥壓辦法。扭轉試驗結果顯示，吉瑞鉆管具有優于國內和進口鉆管的抗扭強度，對鉆管國產化具有一定的指導意義。可進一步利用吉瑞鉆管制成槍鉆，進行鉆削試驗，以檢驗其實用性能。
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