高效加工大直径深孔的HTS钻头

提高加工效率一直是许多制造商的梦想。因为加工效率的提高不仅意味着生产周期的缩短和财务成本的降低，还常常意味着制造成本的大幅降低。位于中国东北工业基地的哈尔滨汽轮机厂(简称“哈汽”)，在其产品供不应求的时候大力提高加工效率，取得了非凡的成果。 　　哈汽当初在加工制造国内首台60万千瓦超临界汽轮机组时，大直径深孔加工成为一个令其非常头疼的问题。该汽轮机组外缸中分面的联结孔最大直径达140mm，深度达600mm。最初他们采用国内比较常用的传统方法——用高速钢麻花钻钻孔之后进行再逐步进行扩孔。钻孔直径为60mm，然后每次扩孔不超过15mm。用这样的加工方法，钻一个孔需要约6.5小时，所有200个孔的加工周期超过40天。 　　骆扬先生是哈汽三分厂工具室主任。他经过选择使用了肯纳金属(Kennametal)的HTS钻头。HTS是一种模块化的可转位钻头，由于使用了可转位刀片，它可以通过选用不同材质、不同涂层、不同槽形的刀片来适应不同的加工任务。内外两种刀座，少则4个多则12个刀片和4种大小的刀片的设计，使它的直径范围覆盖了从45mm至270mm的广泛范围。这样的设计使得整个孔可以一次钻出而不再需要多次的扩孔，切削速度也得到大幅度的提高。而且由于刀片的槽形合理，对机床产生的震动非常小，对机床的影响也就很小。在使用高速钢钻头时，他们发生过机床过载损坏的事故，使用HTS钻头后切削变得非常平稳了。 　　大尺寸的可转位钻头的定心一直是个问题。由于可转位钻头的刀片是采用分布在不同直径段来分工完成整个切削任务，切削力总是很难达到平衡。因此，钻头会在这种切削合力的作用下产生一些偏移。钻头的直径越大，这种偏移的倾向就越明显。哈汽原来的工艺方案需要多次扩孔，其中也包含了校正前面工步位置偏移的作用。HTS钻头中间的定心钻就是为遏制这种偏移而设置安置的。因此，哈汽使用HTS钻孔时就不再需要多次扩孔，而可以一次钻孔完成整个加工任务。 　　驱动环也是HTS钻头的一个重要环节。它会在钻削扭距过载时通过凸键的剪切断裂来保证钻削头部和机床两者都不至于被损坏。 　　HTS钻头必须与切削液一起使用，这里的切削液所起的主要作用是排屑。钻孔加工是一个封闭的环境，所有的切屑都必须从钻杆和孔的间隙中排出。由于加工效率高，每分钟产生的切屑量就大，而承受高的钻削扭距又使得钻杆直径不能过细，这样就使排屑效率变得十分重要。在许多情况下，钻削的效率正是受排屑效率的制约而难以发挥得更好。HTS钻头的切削液由刀具中心供向钻削头部，这些切削液又将切屑从钻杆和孔的间隙中冲出。因此，切削液的压力和流量越大效果会越好。哈汽通过机床的改造实现了由外部冷却转为内部冷却，由增加了冷却的压力，这样就为HTS钻头的合理使用准备了必要的条件。 　　这一系列的设计为大直径的深孔加工提供了革命性的解决方案。以哈汽为例，运用这一钻头，其多个工步被合并成一个，切削速度提高了约8倍，原来一个孔的加工需要6把刀具和6.7个工时，现在只需要一把刀具和0.5个工时，减少了93%的加工时间。 　　哈汽对这一成果非常满意。他们又把这种钻头以及他们的一些经验从三分厂推广到了其他分厂，现在哈汽的汽轮机组加工基本都是采用这种钻头，效率非常高。用骆扬的话来说，一线操作工人最直接的感受就是“省劲”。