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阶梯钻头设计图样基准的选择
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阶梯钻头能够将钻孔、扩孔复合为一次进刀加工完成,简化加工程序,提高加工精度。但有些生产厂家生产的阶梯钻头在用户的使用中却不能满足使用要求,尤其是用于汽车自动化生产线的刀具容易出问题,以下就阶梯钻头设计图样基准的选择及工艺控制对使用性能的影响做一简单阐述。

图1

1 阶梯钻头图样标准形式

阶梯钻头图样标准通常有以下两种基本形式:以锥柄轴线为基准的锥柄阶梯钻头和以大直径轴线为基准的直柄阶梯钻头,如图1所示。
这两种形式的钻头都属于单一的基准要素,在选择基准轴线时,主要根据刀具工作要求、使用条件、刀具加工和测量方法而定。

2 工艺分析

  1. 工艺基准
    基准是反映被测要素的方向或位置的参照对象。图样上标出的基准是理想的,但是轴线是中心要素,实际上是不存在的,它依靠相应的回转面来体现。由于实际回转面都存在形状误差,实际轴线必然存在形状误差。根据基准的建立准则,基准要素要符合最小条件,应以基准轴线的实际要素中这些最小包含圆柱的轴线作为基准轴线,这在实际加工和实际测量中很难做到。
    锥柄阶梯钻头的基准按功能要求采用锥柄轴线为基准。实际加工和测量中是在钻头头部增加工艺假顶尖并打中心孔,用尾部的中心孔与假顶尖的中心孔来模拟轴线作为工艺基准。刀具加工完成后进行抽样,取六支产品对其同轴度进行测量,实测数据见表1。
    表1
    测量次数 1 2 3 4 5 6
    mm
    锥柄轴线基准 0.025 0.030 0.028 0.020 0.018 0.025
    中心孔基准 0.015 0.018 0.015 0.010 0.015 0.016
    从表1中的数值可见,对于同一组产品,以锥柄为测量基准时测得的误差较以中心孔为测量基准时测得的误差大,这是由于以中心孔为测量基准时增加了基准的稳定性,克服了悬臂挠度,测得的误差较小,因此为了保证产品质量,在由以锥柄轴线为测量基准转换成以两端中心孔为测量基准时,在工艺规程中应规定适当缩小公差值。
    直柄阶梯钻头小直径基准形式标注位置误差一方面与实际的装配工作条件不相符合,另一方面偏移值也较大,该值与被测小直径的长度和被测小直径轴线的倾斜角有关,也与大、小直径的间距和基准轴线的倾斜角有关,并且随着它们的增大而增大,与基准轴的长度无关,所以从理论上讲这种基准形式不够合理。但是,直柄阶梯钻头结构比较简单,且在装配工作状态下以较长的大直径为主要定位面,因而以大直径轴线为基准不仅能够满足功能要求,而且在加工和检查时采用模拟基准比较容易。
  2. 尺寸精度
    大、小直径(D、d)的尺寸精度对孔径的影响很明显,如果钻头直径超差,那么所加工的孔必然超差。工艺中可经过粗、精磨,保证磨削出的钻头直径在中差左右比较理想。
    小直径长度l的公差决定了小直径部分长度的尺寸,对于按国标生产的阶梯钻头可以通过换算的形式换算出d顶角处距D顶角的距离,用卡尺量出。对于公差值在±0.2以内的必须用专用量规量出。小直径部分长度的尺寸如果超差将影响阶梯孔的深度,严重时会影响自动化生产线的正常进行。
  3. 位置精度
    钻头工作部分(D、d)即使保证了尺寸精度,由于对基准轴线的同轴度超差导致孔径偏大,攻丝后使用时螺纹接触高度不够,导致螺纹联接失效。
    如果钻头两主切削刃与基准轴线间的夹角不等或两主切削刃沿基准轴线方向高度不等,则两主切削刃的切深不等会使径向切削力不平衡,造成孔的扩张,其扩张量为
    DD=H tg(f/2)
    式中 H——两主切削刃沿轴线方向高度差
    f——钻头半顶角
    这样有可能使被加工孔的孔径超差。为了避免孔径超差,在刃磨钻头时应以基准轴线为定位基准,制作相应的夹具,以保证工艺要求。
  4. 表面质量
    表面质量主要指钻头表面层的状况,包括表面粗糙度及表面硬度,如果不满足要求,将影响刀具的耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性。

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