熱熔鉆鉆孔成型在空調(diào)管路件中的應(yīng)用研究

徐卓恒，周 舟，楊 躍，楊 賽，厲 永

( 長(zhǎng)沙格力暖通制冷設(shè)備有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410600 )

1 引言

隨著人們對(duì)管件加工工藝的深層次要求，以及薄壁孔端連接焊接質(zhì)量可靠性更高標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有薄壁鉆孔成型方式已經(jīng)日益不能滿足空調(diào)管路件的加工要求。熱熔鉆鉆孔成型，應(yīng)用于空調(diào)件管路件薄壁鉆孔成型后，它可通過(guò)一次性加工，在實(shí)現(xiàn)無(wú)屑鉆孔的同時(shí)，利用加工部位的材料(紫銅)形成支承襯套；同時(shí)，工件表面形成一個(gè)凸環(huán)。本文主要介紹熱熔鉆鉆孔成型的原理以及新工藝管路件鉆孔成型后焊點(diǎn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究以及整機(jī)性能驗(yàn)證。

2 熱熔鉆工作原理及加工孔型

2.1 熱熔鉆工作原理

熱熔鉆采用碳化鎢硬質(zhì)合金材料制造，其端部呈30°～60°的錐尖形，錐面上無(wú)切削刃口。熱熔鉆的工作原理如圖1所示。當(dāng)熱熔鉆在金屬薄壁工件表面高速回轉(zhuǎn)并被施以向下的軸向壓力時(shí)，熱熔鉆的頭部與金屬材料劇烈摩擦，產(chǎn)生650～750℃的高溫，使與錐頂接觸的局部金屬材料升溫變紅并迅速軟化，隨著軸向壓力加大和進(jìn)給加深，端部錐面與金屬材料的接觸面積增大，發(fā)熱進(jìn)一步增加，加工區(qū)溫度繼續(xù)上升而使變紅區(qū)域擴(kuò)大。隨著孔內(nèi)原來(lái)的熔融實(shí)體材料在鉆頭的軸向進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)作用下沿徑向和軸向作熱塑性流動(dòng)而形成環(huán)頸和襯套，并快速加工出孔洞，而襯套的形成正是熱熔鉆所需要的加工效果。此外，加工出的襯套還可作為軸承支撐座、分叉歧管等用途。

圖1 熱熔鉆的工作原理

2.2 熱熔鉆加工孔型

標(biāo)準(zhǔn)熱熔鉆可以鉆削的孔型包括長(zhǎng)型、長(zhǎng)平型、短型和短平型(見(jiàn)圖2)。加工不同孔型時(shí)使用的熱熔鉆頭形狀也有所不同：加工長(zhǎng)型、短型孔的熱熔鉆頭端部是平整的；而加工長(zhǎng)平型、短平型孔的熱熔鉆頭端部有一定的弧度。因此，加工出長(zhǎng)平型、短平型孔的工件表面是平整的；而加工出長(zhǎng)型、短型孔的工件表面則有凸臺(tái)階。短鉆：用于常用的薄壁。鉆頭圓柱體部分較短，擠壓成型后形成的孔成圓錐形。長(zhǎng)鉆：用于較厚的工件，或需要加工直孔的情況。鉆頭圓柱體部分較長(zhǎng)，擠壓成型后形成的孔更長(zhǎng)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)熱熔鉆的加工孔型

3 配置與加工參數(shù)

3.1 機(jī)床配置

普通鉆床、搖臂鉆、鉆銑床及NC/CNC加工中心都適合于熱熔鉆，主軸電機(jī)功率1.5～3.0kW，轉(zhuǎn)速1000～3500r/min。

3.2 工具配置

1)熱熔鉆頭；2)散熱刀柄；3)夾頭；4)專用扳手；5)熱熔膏；

3.3 加工參數(shù)

目前已獲得有效應(yīng)用的熱熔鉆頭/絲錐加工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 熱熔鉆頭/絲錐的加工參數(shù)

4 熱熔鉆孔技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 熱熔鉆孔技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

4.1.1 壁厚和成型精度

(1)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

圖3 紫銅管熱熔鉆鉆孔后鑲嵌、研磨成型剖面圖

1)可使傳統(tǒng)鉆孔時(shí)產(chǎn)生的切屑轉(zhuǎn)化為聯(lián)接薄壁工件所需的環(huán)頸(位于工件表面以上)和襯套(位于工件表面以下)結(jié)構(gòu)，其總厚度可達(dá)工件原始壁厚的3倍左右(見(jiàn)圖3)。

2)通過(guò)改變工件結(jié)構(gòu)和加工方式(見(jiàn)表2)，提高了鉆孔的成型精度；

3)通過(guò)改變工件結(jié)構(gòu)和加工方式(見(jiàn)表2)，減少了加工成型過(guò)程中的毛刺產(chǎn)生可能。

表2 工件結(jié)構(gòu)和加工方式的改進(jìn)

(2)成型精度、毛刺產(chǎn)生情況驗(yàn)證：

圖3樣件翻邊孔孔徑為7.2mm，鉆孔孔徑公差±0.1mm；管件內(nèi)部無(wú)銅屑等雜質(zhì)；管件表面無(wú)明顯的劃傷壓痕、拉傷及氧化現(xiàn)象，翻邊后的孔壁光滑、無(wú)劃傷，孔邊無(wú)裂紋等現(xiàn)象；高度為1.98mm，工藝要求此翻邊孔高度要求大于等于1mm

4.1.2 釬焊熔深

(1)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：增加了所鉆孔位與空調(diào)管路件內(nèi)配管的配合面積，保證了釬焊熔深尺寸確保管路件間系統(tǒng)連接的穩(wěn)定性。

圖4 聯(lián)接焊點(diǎn)釬焊熔深效果剖面圖

(2)紫銅管路件焊點(diǎn)聯(lián)接熔深驗(yàn)證(見(jiàn)圖4)。

4.2 表層硬度及防銹、耐腐蝕性能

(1)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

加工表面因熱熔鉆頭部與金屬材料劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，然后在空氣中冷卻而獲得正火處理效果，使孔的表層硬度及防銹、耐腐蝕性能得以提高，該焊點(diǎn)質(zhì)量水平得以提升。

(2)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

1)對(duì)翻邊孔解剖的樣件進(jìn)行鑲嵌、研磨、并進(jìn)行金相分析，晶粒度要求<0.1mm，實(shí)測(cè)晶粒度為0.026mm，晶粒度合格。結(jié)論：經(jīng)熱熔鉆高溫鉆孔成型后，高溫對(duì)紫銅晶粒大小影響在合格范圍以內(nèi)。

2)對(duì)樣件焊點(diǎn)進(jìn)行鑲嵌、研磨、并進(jìn)行金相分析，晶粒度要求<0.1mm，實(shí)測(cè)晶粒度為0.048mm，晶粒度合格。結(jié)論：經(jīng)熱熔鉆高溫鉆孔成型后，高溫對(duì)紫銅焊接聯(lián)接后晶粒大小在合格范圍以內(nèi)。熱熔鉆鉆孔成型管壁金相對(duì)比見(jiàn)圖5、6。

5 熱熔鉆管路件成型整機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

以GMV-H120WL/A整機(jī)上04514100526排氣管(TP2M?12×1)與注氟嘴支管焊點(diǎn)進(jìn)行焊接試驗(yàn)。整機(jī)可靠性測(cè)試、噪音測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格。見(jiàn)表3、表 4。

圖5 管路件熱熔鉆鉆孔成型管壁金相(未焊接)

圖6 管路件熱熔鉆鉆孔成型管壁金相(已焊接)

表3 整機(jī)可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果

表4 噪聲測(cè)試報(bào)告

6 結(jié)論

分廠開(kāi)發(fā)出的無(wú)屑鉆孔技術(shù)，在GMV-H120WL/A整機(jī)上04514100526排氣管(TP2M ?12×1)與注氟嘴支管焊點(diǎn)進(jìn)行焊接試驗(yàn)后：

1)成型孔壁，表層硬度及防銹、耐腐蝕性能得以提高。

2)加工成型過(guò)程中的熱熔鉆工藝加工能減少毛刺產(chǎn)生可能。

3)增加了所鉆孔位與空調(diào)管路件內(nèi)配管的配合面積，保證了釬焊熔深尺寸確保管路件間系統(tǒng)連接的穩(wěn)定性。

4)經(jīng)熱熔鉆高溫鉆孔成型后，高溫對(duì)未焊接鉆孔紫銅晶粒大小影響在合格范圍以內(nèi)。

5)經(jīng)熱熔鉆高溫鉆孔成型后，高溫對(duì)紫銅焊接聯(lián)接后晶粒大小在合格范圍以內(nèi)。

6)經(jīng)整機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：空調(diào)整機(jī)可靠性測(cè)試、噪音測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳學(xué)文.熱熔鉆孔/攻絲技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].工具技術(shù)，2007，41(7)：101-102.