鍛造鉤尾框鉤尾銷孔加工工藝分析及優(yōu)化

楊海峰　張彥臣　盧忠祥　馬井杰

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品更新?lián)Q代的迅速，新型高強(qiáng)度、高硬度、難加工材料的不斷出現(xiàn)，對(duì)孔加工的質(zhì)量、加工效率和刀具的耐用度都提出了更高的要求。本文以鍛造鉤尾框鉤尾銷孔的加工為實(shí)例，通過幾種加工方法的分析并進(jìn)行優(yōu)化，在加工成本和加工效率上達(dá)到事半功倍的效果。

【關(guān)鍵詞】鍛造鉤尾框；孔加工；鉆削

0.前言

鍛造鉤尾框（圖1、圖2、圖3）作為鐵路貨車關(guān)鍵部件，由鉤尾框框體和連接板焊接組成。呈長(zhǎng)回字形空心框體結(jié)構(gòu)，框體和連接板均采用模鍛成型，且框板金屬纖維流向方向與車鉤沖擊、牽引方向一致，內(nèi)部組織致密，抗沖擊、牽引能力強(qiáng)，使用壽命大大的延長(zhǎng)。鉤尾銷孔起到連接車鉤，傳遞牽引力的作用，生產(chǎn)批量大。

1.工藝分析

鍛造鉤尾框材質(zhì)為25MnCrNiMoA，17型鉤尾銷孔的直徑尺寸為Ф92+0.83-0.36mm，兩側(cè)銷孔同軸度要求為0.45mm，表面粗糙度12.5μm，單側(cè)壁厚60mm，調(diào)制處理后的硬度241-311HBW；QF-2型鉤尾銷孔的直徑尺寸為Ф90+0.7+0.2mm，兩側(cè)銷孔同軸度要求為0.45mm，表面粗糙度12.5μm，單側(cè)壁厚60mm，調(diào)制處理后的硬度241-311HBW；16型鉤尾銷孔的直徑尺寸為Ф106+1+0mm，表面粗糙度12.5μm，單側(cè)壁厚40mm，調(diào)制處理后的硬度241-311HBW。

（1）針對(duì)鉤尾框的材質(zhì)和尾框硬度，采用高速鋼刀具磨損較快，耐用度低，批量生產(chǎn)精度難以保證，加工可采用硬質(zhì)合金刀具。

（2）采用通用鉆床加工（Z3080），最大能鉆直徑80mm的孔，滿足不了孔Ф92+0.83-0.36mm尺寸加工精度和兩側(cè)銷孔同軸度的要求，同時(shí)生產(chǎn)效率低，不適合批量生產(chǎn)需要。

（3）采用普通鏜床加工，需要分兩工序加工完成，即先進(jìn)行鉆孔加工工序，然后再進(jìn)行鏜孔加工工序。優(yōu)點(diǎn)是可以保證孔的尺寸加工精度和兩側(cè)銷孔同軸度的要求；缺點(diǎn)生產(chǎn)效率低，不適合批量生產(chǎn)需求。

針對(duì)上述分析，又要保證大批量生產(chǎn)的要求，又要較少加工設(shè)備的數(shù)量，降低操作強(qiáng)度和加工成本，鉤尾銷孔加工采用專用機(jī)床加工，專機(jī)結(jié)構(gòu)采用雙側(cè)動(dòng)力頭，16型、QF-2型等采用單側(cè)動(dòng)力頭，孔的精度由刀具保證，形位精度由兩動(dòng)力頭主軸的形位精度保證。

2.鍛造鉤尾框加工刀具分析

2.1復(fù)合刀具

因?yàn)閮煽虬彘g距離為180mm，壁厚60mm，兩種加工刀具在同一個(gè)刀桿上，加工刀具既要考慮加工鉆頭的磨損，又要考慮鏜刀加工的安全距離，防止同時(shí)切削造成切削功率的瞬時(shí)增加導(dǎo)致刀桿顫動(dòng)，影響加工精度，所以鉆鏜復(fù)合刀具設(shè)計(jì)實(shí)施較為困難（見圖4），無法解決兩工序加工間隔時(shí)間短和加工刀具干涉問題，如果采用分別加工，又滿足不了加工效率，在滿足加工能力的前提下，勢(shì)必要增加設(shè)備成本和人工成本。

2.2硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆頭

硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆頭目前在很多行業(yè)廣泛采用，鐵路貨車行業(yè)還是一個(gè)空白。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆頭可以加工直徑大于12mm、孔深小于3D的孔，它采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片制成。這種鉆頭不僅具有高切削性能，而且無需重磨鉆尖。只要更換刀片，鉆頭體可長(zhǎng)期使用。目前已成為數(shù)控鉆床和加工中心上的常用鉆頭，鉆前無須在工件上預(yù)鉆中心孔，具有自定心能力。該刀具的加工質(zhì)量和精度完全可以滿足鍛造鉤尾框加工需要（圖5）。

3.鉤尾銷孔加工方案確定與優(yōu)化

3.1加工方案確定

通過對(duì)鍛造鉤尾框鉤尾銷孔加工設(shè)備和刀具的分析，都能保證鉤尾銷孔的加工精度，需對(duì)上述方案進(jìn)行優(yōu)化。主要從切削效率、刀具壽命、操作強(qiáng)度等分析可以看出，采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆頭進(jìn)行加工，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆由刀體（附圖6）及拖刀墊（附圖7）組成，在拖刀墊上安裝刀片。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆切削平穩(wěn)、加工穩(wěn)定，代替了鉆、鏜（擴(kuò)）兩道工序，較原加工工藝提高切削效率5倍以上、降低工具成本50%，刀具壽命提高3倍以上，節(jié)省原材料50%以上，且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆頭進(jìn)行加工已成為目前我公司鍛造鉤尾框孔加工時(shí)的常規(guī)加工方法。鉤尾銷孔的直徑由硬質(zhì)合金刀頭直徑保證，相比采用鏜床加工時(shí)的合格率大幅度提高，通過此刀具的加工鍛造鉤尾框鉤尾銷孔合格率達(dá)到100%。

3.2方案優(yōu)化

由于鍛造鉤尾框鉤尾銷孔直徑規(guī)格較多，加工時(shí)需要更換不同的優(yōu)鉆進(jìn)行加工，致使鉤尾框的加工成本較大，為了節(jié)約鉤尾框的加工成本，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆采用分體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)刀體由四部分組成：刀具母體（圖8）、可換刀頭（圖9）、密封圈、及刀墊組成。用統(tǒng)一刀柄更換不同切削直徑的刀頭，可有效降低刀具的使用成本。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)入了“高速、高效、智能、復(fù)合、環(huán)?！钡碾A段，高速、高效的刀具應(yīng)運(yùn)用，不僅降低了加工成本，而且提高了生產(chǎn)效率，本文通過對(duì)鍛造鉤尾框鉤尾銷孔的加工的工藝分析和優(yōu)化，為以后其他產(chǎn)品的孔加工提供了新的思路。