枪钻钻管辊压试验
2018-5-7 来源：大连工业大学; 大连吉瑞刀具技术 作者：申玉良，张伟，任宗强，宿好阳，刘永顺
摘要: 针对枪钻钻管长期依赖进口的现状，提出了一种利用铣床改装的辊压装置，并进行了一系列试验，得到了一种有效的辊压工艺。利用此装置辊压的钻管具有优良的综合机械性能，可以应用于生产实际中。
关键词: 枪钻钻管; 辊压
1、引言
枪钻是一种深孔加工刀具，在钻削过程中可以一次完成钻、扩、铰的加工。钻管是枪钻的一部分(见图 1) ，连接钻柄与钻鼻，起传递扭矩和吸收冲击振动的作用。因此，钻管必须具有良好的综合机械性能。本文研究的吉瑞钻管取自单刃外排屑枪钻，呈“V”型结构。
图1 枪钻基本结构
2、 试验方法
(1) 钻管材质选择
根据使用特点和结构工艺性来选择钻管材质，遵循以下原则: ①用枪钻深孔加工时，转速高、冲击力大，要求钻管材料具有良好的综合机械性能(如强度、冲击韧性等) 。选材应为中等含碳量的优质钢，热处理后能获得索氏体组织。②在管坯生产及V 型槽成型加工时，冷拔、冷轧加工要求有一定的延伸率，并且便于退火热处理。③枪钻制作中，钻鼻、钻柄钎焊温度高达 700 － 800℃，必须选用细晶粒优质钢，以避免钎焊后晶粒粗大、焊缝变脆。经分析得出，吉瑞钻管材质选用含 Cr、W、Mn、Mo 的中碳低合金钢。
(2) 辊压装置设计钻杆 V 型槽的压型选用“滚轮—直线模辊压法”，在铣床上进行，内模截面形状与相应钻管截面形状共轭，其工艺原理图见图 2。管坯用对合式内模夹紧，滚轮在管坯上部沿管坯轴线方向前后往复滚压，经过几次进给和滚压后，便可将管坯辊压出 V型槽。图 3 所示为辊压装置。
图2 辊压工艺原理图
图3 辊压装置
(3) 试验过程
①上料时，右旋螺钉顶开内模，将管坯装入内模孔中并合好内模，再将内模连同管坯一起装到外模的槽中，推靠定位面，用外模上的 M20 螺栓及压块夹紧; 卸料时操作相反; ②滚轮中心平面与管坯中线对准，并 左 右 往 复 移 动 对 刀，全 程 允 许 误 差0. 02mm; ③沿轴向移动滚轮，进行辊轮偏置调整，对于 Φ10 管 径，令 其 锥 角 中 心 平 面 偏 离 管 坯 中 线0. 4mm; ④调整滚压速度 V = 375mm / min( 工作台往复移动速度) ; ⑤如图4a－图4d 所示，对 Φ10 管坯进行压下量调整，每次压下量依次为 2．0mm、2．0mm、1. 0mm、0． 5mm; ⑥如图 4e 和图 4f 所示，辊轮压下量为 5．5mm 后，零进给情况下再滚压2－4 次，克服材料反弹，使材料充分塑性流动，让 V 型槽犄角变锐。
3 、试验结果
(1) 钻杆变形分析
辊压过程中，V 形槽部分单向受力变形较大，导致其轴向有一定程度的收缩，而 V 形槽相对的一边无明显形变。如图 5 所示，钻管辊压完毕从模具上拆除后，钻杆应力重新分布，导致弯曲变形。该变形可以通过调质处理后校直解决。
辊压过程中，V 形槽部分单向受力变形较大，导致其轴向有一定程度的收缩，而 V 形槽相对的一边无明显形变。如图 5 所示，钻管辊压完毕从模具上拆除后，钻杆应力重新分布，导致弯曲变形。该变形可以通过调质处理后校直解决。
图 4 压下量示意图
图 5 变形示意图
试验发现横截面 V 形槽角度偏小 10°，分析认为是管材反弹所致。通过增大滚轮相应部位夹角10°，加工效果得到明显改善。由于管材在辊压过程中受力不均，以致材料反弹，横截面 V 形槽两平面略鼓 0． 2mm(见图6) 。采用矫枉过正的办法，在鼓凸点处将滚轮改成双角度凸起锥面。
图 6 V 形槽表面鼓凸示意图
(2) 扭转试验
为了验证所辊压的钻杆是否具有足够优良的力学性能，进行了扭转试验。试验采用 GB － STS － SF双法兰静态扭矩传感器。选用相同直径的吉瑞钻管与国内某公司钻管、进口某公司钻管作扭转试验，由表 1 的试验数据可知，吉瑞钻管的抗扭表现均不差于国内钻管、进口钻管.
表 1 扭转试验结果
4 、结语
国产钻杆多为 30Cr Mo 钢管压制成的产品，其机械性能不如进口钻管，因此大多数枪钻生产商采用国外进口钻管。本文基于现有设备条件，对钻管制造过程进行分析和试验，获得了一种有效的辊压办法。扭转试验结果显示，吉瑞钻管具有优于国内和进口钻管的抗扭强度，对钻管国产化具有一定的指导意义。可进一步利用吉瑞钻管制成枪钻，进行钻削试验，以检验其实用性能。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
